高斯信道下SCMA简易码本设计方法技术

本发明专利技术涉及一种高斯信道下SCMA简易码本设计方法，属于通信系统技术领域。该方法主要应用在高斯信道下，先设计每个资源块上所有用户的总星座图，然后利用网格编码调制(trellis coded modulation，TCM)中的子集分割法生成各用户对应的星座，然后构造映射矩阵，最后将用户星座与映射矩阵联合构造星座矩阵，最后根据星座矩阵生成码本。本发明专利技术不仅保证了用户之间的星座点间最小欧式距离最大化，同时保证了用户自身星座点间最小欧式距离最大化。因此，应用本发明专利技术，系统的误比特率(bit error rate,BER)低，且在高过载率条件下，系统性能也表现良好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于通信系统
，涉及一种高斯信道下SCMA简易码本设计方法。
技术介绍
移动互联网和物联网是未来移动通信发展的两大主要驱动力，因此，未来移动终端的数量将呈现爆发式增长，5G必须要满足海量连接的特点。每一代移动通信的更新换代都会伴随着多址技术的演变，现有通信系统都是采用正交的多址接入方式，即多个用户通过在不同维度上(频分，时分，码分等)正交划分的资源来接入。例如4G系统中采用的OFDMA将传输带宽划分成正交的一系列子载波集，再将不同的子载波集分配给不同的用户实现多址。正交多址接入由于其接入用户数和正交资源成正比，不能满足5G海量连接的需求。近年来支持过载连接的非正交多址接入被提出作为5G的候选多址接入技术。稀疏码分多址(sparsecodemultipleaccess，SCMA)，也是一种非正交多址接入方式。在SCMA编码中，每个用户都有其专用的码本(codebook，CB)，编码比特直接映射到SCMA码本中的一个多维码字上，替代了原始码分多址中的调制和扩频，且多个用户的码字在资源块上叠加传输，可以成倍增加用户数量，从而更好的提升系统整体容量。SCMA码本设计直接关系到最后接收机的复杂度，系统的误码率，以及系统的过载率。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种高斯信道下SCMA简易码本设计方法，具体技术方案如下：一种高斯信道下SCMA简易码本设计方法，该方法中将网格编码调制子集分割法应用于码本设计，具体包括以下步骤：S1：设计资源块上总的星座图，采用PSK，QAM等星座图产生，星座点总数为2W·df；设计资源块上总的星座图的目的是保证叠加在资源块上的用户任意星座点间的欧式距离尽可能大；资源块上总的星座采用现有成熟的PSK，QAM等星座产生，各资源块上有效用户的星座通过对资源块上的总星座进行子集分割产生，设计方法简单且性能较好；S2：对总星座进行子集分割生成各用户星座图；S3：构造映射矩阵；S4：结合映射矩阵和用户对应的子集星座，生成用户与资源块对应的星座矩阵；S5：由星座矩阵生成码本，并将这种方案设计的码本称为TCM码本。进一步，在步骤S2中，采用TCM子集分割法从资源块上总的星座图生成资源块上有效用户的星座图，每个用户在各资源块上占据的星座点数均为2W；TCM子集分割法能够保证同一资源块上用户间星座点间最小欧式距离最大化的同时，保证用户自身星座点间最小欧式距离最大化。本专利技术的有益效果在于：本专利技术不仅保证了用户之间的星座点间最小欧式距离最大化，同时保证了用户自身星座点间最小欧式距离最大化。因此，应用本专利技术，系统的误比特率(biterrorrate,BER)低，且在高过载率条件下，系统性能也表现良好。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：图1为SCMA编码原理图；图2为本专利技术实施流程图；图3为16QAM子集分割图；图4为12PSK子集分割图；图5为用户与资源块对应的星座矩阵；图6所提方案设计的码本与5G竞赛公布码本的性能对比图；图7所提方案设计的码本在不同过载率条件下的性能仿真曲线。具体实施方式下面将结合附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。用N表示码字的长度，也就是传输数据的资源块总数。用R表示码字中的非零元素个数，也就是每个用户实际传输过程中占用的有效资源块数。用户每次传输的比特数为W，由此可以确定，采用SCMA编码的最大用户数为：Jmax=NR]]>每个资源块上实际传输的用户数为：df=JRN]]>用户的过载率为：λ=JN]]>SCMA编码中，每个用户对应一个独一无二的码本，每个用户码本是一个N×2W的复数矩阵。每个用户每次传输Wbit信息，包含2W种可能的值，分别对应2W个码字。图1为SCMA编码原理图，假设6个用户在4个资源块上同时发送信息，每个用户实际占用的资源数为2，每个用户每次传输2bit信息。即J＝6,N＝4，R＝2,W＝2,假设用户发送的二进制比特为00～11时分别对应用户码本的第1～4列。用户1～用户6分别传输11，10，10，00，01，11，各用户对应码本的第4，3，3，1，2，4列码字被挑选出来，叠加在4个资源块上传输。对于每一个码字而言，包含零项和非零项，零项表示用户在该资源块上不传输信号，非零项表示用户在该资源块上传输信号，且信号的强度为非零项的值。为了表示的方便，本实施例采用映射矩阵F来表示这样一种结构，图1对应的F矩阵如下所示：F4-6=101010100101011001010110,Fn,k=0,sn,k=01,sn,k≠0]]>F4-6表示F矩阵对应6个用户在4个资源块上传输时的映射矩阵，Fn,k表示F矩阵中的第n行第k列，sn,k表示用户k在资源块n上传输的信号值。例如，F矩阵第1列表示用户1实际上只在资源块1和资源块2上传输信号，第1行表示实际上在资源块1上传输信号的是用户1，用户3和用户5。从F矩阵中可知，每个资源块上实际叠加的有效用户数为3，因此，对于资源块n上的信号，经过高斯信道传输后的接收信号可以表示为：yn＝hn,1C1,n(m1)+hn,2C2,n(m2)+hn,3C3,n(m3)+zn其中，hn,k表示资源块n上用户k的信道系数。本文只考虑理想信道的情况，即hn,k＝1。mk表示用户k选择的码字，Ck,n(mk)表示用户k采用mk对应的码字时，该码字第n个值。zn表示资源块n上的白噪声功率。图2所示为本专利技术实施流程图，具体包括如下步骤：步骤201，设计资源块上总的星座图。可以采用PSK,QAM等星座图产生，星座点总数为2W·df。为了保证每个资源块上实际传输的用户之间能够相互区分，则要求在同一个资源块上的用户对应的星座点不能重合。设用户每次传输的比特数为W,则用户需要占用的星座点数为：M＝2W由此可计算出，每个资源块上对应的星座点数为：L＝M·df步骤202，采用TCM子集分割法从资源块上总的星座图生成资源块上有效用户的星座图。TCM子集分割方案如图3所示，这里以对16QAM星座图进行子集分割来说明。假设16QAM星座图中相邻星座点的欧式距离为1，第一步，将16QAM信号集分割为两个一阶子集B0和B1，每个子集含有8个信号点，保证各子集星座点间的最小欧式距离最大，这里，一阶子集星座点间的最小欧式距离为1.414。第二步，将一阶子集再分成经过二个二阶子集C0，C1和C2，C3，每个二阶子集含有4个星座点，分割后二阶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高斯信道下SCMA简易码本设计方法，其特征在于：该方法中将网格编码调制子集分割法应用于码本设计，具体包括以下步骤：S1：设计资源块上总的星座图，采用PSK，QAM等星座图产生，星座点总数为2W·df；其中W表示用户每次传输的比特数，df每个资源块上实际传输的用户数；S2：对总星座进行子集分割生成各用户星座图；S3：构造映射矩阵；S4：结合映射矩阵和用户对应的子集星座，生成用户与资源块对应的星座矩阵；S5：由星座矩阵生成码本。

【技术特征摘要】
1.一种高斯信道下SCMA简易码本设计方法，其特征在于：该方法中将网格编码调制
子集分割法应用于码本设计，具体包括以下步骤：
S1：设计资源块上总的星座图，采用PSK，QAM等星座图产生，星座点总数为2W·df；
其中W表示用户每次传输的比特数，df每个资源块上实际传输的用户数；
S2：对总星座进行子集分割生成各用户星座图；
S3：构造映射矩阵；
S4：结合映射矩阵和用户对应的子集星座，...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵凯，余贝，王光宇，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50