【摘要】：隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展,設備接入數(shù)量和數(shù)據(jù)流量將會呈現(xiàn)爆炸式增長,有限的頻譜資源很難滿足快速增長的移動業(yè)務需求。在大規(guī)模連接場景中,在線直播和視頻會議等業(yè)務的應用將會越來越廣泛。如果以傳統(tǒng)的正交多址接入(Orthogonal Multiple Access,OMA)和無線單播來傳輸,系統(tǒng)資源會被大量占用,勢必加劇頻譜資源短缺的問題。稀疏碼多址接入(Sparse Code Multiple Access,SCMA)是一種新型的碼域非正交多址接入技術,不僅能提升接入的用戶數(shù)量,還帶來了擴頻增益和編碼增益。無線多播利用無線信道的廣播特性,使得基站可用同一時頻資源為多個用戶發(fā)送同樣的數(shù)據(jù),進而提高鏈路利用率。研究基于SCMA的無線多播系統(tǒng)可以充分利用兩者的優(yōu)勢,既可以提升空口效率,又可以節(jié)省頻譜資源。本文從性能分析、系統(tǒng)設計以及資源分配等方面,研究基于SCMA的無線多播技術,主要內(nèi)容概括如下:(1)對SCMA多播系統(tǒng)的性能進行理論分析與驗證。作為一種新型的多址接入技術,SCMA網(wǎng)絡中多播系統(tǒng)的性能尚未得到充分的分析和探索。我們推導了SCMA多播系統(tǒng)中用戶平均中斷概率的閉合表達式,并從理論分析和數(shù)值仿真兩個角度驗證了SCMA多播系統(tǒng)相比傳統(tǒng)OMA多播系統(tǒng)在性能上的增益。針對SCMA碼域多址的特性,研究SCMA多播系統(tǒng)的誤比特率(Bit Error Ratio,BER)性能。首先分析了SCMA單播系統(tǒng)的BER上邊界,在此上邊界基礎上結(jié)合無線多播的系統(tǒng)特性,推導了SCMA多播系統(tǒng)BER上邊界的一個閉合表達式。由于該表達式的復雜性,很難看出關鍵參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。因此,我們推導了當多播組內(nèi)用戶數(shù)趨于無窮時系統(tǒng)BER上邊界的一個漸進表達式,進而得到了發(fā)送信噪比(Signal to Noise Ratio,SNR)和多播組內(nèi)用戶數(shù)對系統(tǒng)BER的影響。(2)研究了基于SCMA的分層多播系統(tǒng),用以改善傳統(tǒng)多播系統(tǒng)總速率受限于組內(nèi)信道增益最差用戶的問題。我們將分層信源編碼引入到SCMA多播系統(tǒng)中,并根據(jù)信道狀態(tài)信息(Channel Status Information,CSI)的可用性提出了兩種發(fā)送方案。第一種方案需要每個用戶反饋CSI給基站,雖然產(chǎn)生大量的反饋開銷,但是可以最大程度的保證所有用戶都有最基本的服務。第二種方案則不需要每個用戶的CSI,無法保證所有用戶的基本服務質(zhì)量。由于前者是動態(tài)的發(fā)送方案,我們?yōu)槠涮岢隽艘环N低復雜度的次優(yōu)資源分配算法。對于后者的靜態(tài)發(fā)送方案,我們?yōu)槠涮岢隽艘环N最優(yōu)的資源分配方案。仿真結(jié)果表明,兩種分層多播發(fā)送方案的中斷性能和系統(tǒng)總速率都優(yōu)于傳統(tǒng)多播,所提的資源分配算法可以有效提升系統(tǒng)性能。(3)研究了基于SCMA的協(xié)作多播系統(tǒng),利用協(xié)作分集增益來提升通信可靠性。我們提出了一個基于SCMA的中繼協(xié)作多播系統(tǒng)模型,基于所提模型,首先通過數(shù)學理論推導了用戶平均中斷概率的精確表達式。其次,分析了高SNR場景下中斷概率的漸進表達式,并根據(jù)該表達式利用理論分析以及數(shù)值策略求解了最優(yōu)功率分配因子和中繼位置。最后通過仿真結(jié)果驗證了理論表達式的正確性,以及所提優(yōu)化方案的有效性。相比直接多播系統(tǒng),SCMA協(xié)作多播可以有效地降低用戶的平均中斷概率,尤其是在高SNR場景,所提的中繼設計方案可以進一步提升系統(tǒng)性能。在中斷概率需求的約束下,協(xié)作多播相比直接多播有更高的可達速率和更低的傳輸時延。
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圖１－１論文研究內(nèi)容框架逡逑１．５．２論文的結(jié)構(gòu)安排逡逑本文針對基于稀疏碼多址接入的無線多播技術展開研宄，整體的研究框架如圖逡逑１－１所示，全文一共分為六個章節(jié)，各章節(jié)的內(nèi)容安排如下：逡逑第一章為緒論。主要闡述本文的研究背景及意義，并給出了邋ＳＣＭＡ技術和無線逡逑多播技術的研究現(xiàn)狀，總結(jié)了國內(nèi)外學者對ＳＣＭＡ技術和無線多播技術的探索工作。逡逑此外，，還概括性地介紹了本文的主要研宄內(nèi)容和創(chuàng)新性工作。逡逑第二章為ＳＣＭＡ多播系統(tǒng)的技術基礎。首先闡述了邋ＳＣＭＡ的原理，并介紹了逡逑ＳＣＭＡ系統(tǒng)中的多用戶檢測算法，其次對無線多播技術進行了簡單的分析，最后對逡逑后續(xù)研究用到的分層信源編碼和中繼協(xié)作技術做了介紹。逡逑第三章研究了基于ＳＣＭＡ的多播系統(tǒng)性能，其中信道建模為大尺度路損和小尺逡逑度瑞利衰落。首先，分別推導了邋ＯＭＡ多播系統(tǒng)和ＳＣＭＡ多播系統(tǒng)的平均中斷概率。逡逑其次，在ＳＣＭＡ單播系統(tǒng)ＢＥＲ上邊界的基礎上，結(jié)合多播系統(tǒng)的特性得到了邋ＳＣＭＡ逡逑多播系統(tǒng)的ＢＥＲ上邊界，并對其進行了近似化以獲得對系統(tǒng)性能更深刻的理解。最逡逑

邐３邐４｜子載波火＝４逡逑圖２－１邋碼本與子載波的映射關系逡逑用戶１比特數(shù)據(jù)流｜邐Ｈ邋信道編碼１邐Ｈ用戶１碼本映射Ｉ邐＾稀疏碼字邐ｋ逡逑｜邐１邋１邋，邋＾邐＇邋＼逡逑用戶２比特數(shù)據(jù)流邐？信道編碼：邐？用戶２碼本映射；邐？邋稀疏碼字邐＜邐＼逡逑＾：——�。卞澹挢掊义嫌脩簦帽忍財�(shù)據(jù)流｜邐？（信道編碼Ｉ邐Ｍ用戶Ｃ碼本映射邐稀疏碼字逡逑圖２－２邋ＳＣＭＡ系統(tǒng)發(fā)送端|廡灣義顯誥ヂ湫諾籃�，洁]斬說墓鄄廡藕趴梢員硎疚哄義希緬義�；ｙ邋二邋ｄｉａ＜偍ｈ）＾Ｋ|沐澹澹鑠危ǎ玻玻╁義希茫劍卞義掀渲校楨澹藉澹ǎ琛�，／＾，…，／＾）是記]У男諾老蛄�，心是記]г謐釉夭ň納系男諾澇鲆媯義希迨鍬氡荊闃斜謊≡竦牡穆胱鄭釵有愿咚梗ǎ牽幔酰螅螅┰肷蛄��？梢鑰闖觶扛鰣義嫌沒У慕郵招藕哦際嵌喔鲇沒У牡有藕�，其中謸]幸徊糠質(zhì)親約盒枰男藕�，为辶x狹朔擲氤鏊枰男畔�，需要使用秶聸]Ъ觳餳際�。辶x希玻保插澹停粒繡寮觳忮義顯冢櫻茫停兩郵斬�，基于ＭＡＰ的检拆~惴ň哂兇鈑諾男閱�，可以使系统n牛易鑠義系停簦椋潁�。栽嶘定洁]招藕牛托諾老蛄浚韜

本文編號：2596732