一种SCMA编码本设计方法、SCMA编码器以及SCMA系统技术方案

本发明专利技术涉及一种SCMA编码本设计方法、SCMA编码器以及SCMA系统，该SCMA编码本设计方法，包括步骤：(1)固定最小欧氏距离，同时最小化母星座图的基本容积，生成母星座图；(2)对母星座图以最小乘积距离为目标函数进行最优化，得到最优旋转角度；(3)将母星座图分解为三个子向量，以得到的最优旋转角度对三个子向量进行旋转，得到母星座图的旋转子向量；(4)对旋转子向量进行坐标重排，得到适用于6个用户的SCMA编码本。该方法能够有助于系统获得良好的误码率性能，本系统基于SCMA编码器在信道发射端产生的分量交织器和信道接收端产生的分量解交织器，使5G通信系统下行链路物理层在Rayleigh衰落信道下误码率降低，较好的起到了抵抗通信信道衰落的作用。

SCMA coding design method, SCMA encoder and SCMA system

The present invention relates to the design method, a SCMA encoding SCMA encoder and SCMA system, the design of the SCMA encoding method, comprising the steps of: (1) the fixed minimum Euclidean distance, the basic volume while minimizing the parent constellation, generating constellation; (2) the parent constellation with the minimum product distance as the objective function optimized to get the optimal rotation angle; (3) the parent constellation is divided into three sub optimal vector, to obtain the rotation angle of the three sub vector rotation, get the parent constellation rotation sub vector; (4) on the rotor coordinate vectors for rearrangement, SCMA encoding for 6 users this. This method can help the system to get good BER performance of the system, the SCMA encoder in the channel generated by the transmitter and receiver channel interleaver component from component Interleaver Based on Rayleigh reduced fading channel 5G communication system downlink physical layer, good resistance to fading communication channel the role of.

【技术实现步骤摘要】
一种SCMA编码本设计方法、SCMA编码器以及SCMA系统
本专利技术涉及SCMA码本设计方法，尤其涉及一种SCMA编码本设计方法、SCMA编码器以及SCMA系统。
技术介绍
稀疏码多址SCMA(sparsecodemultipleaccess)是5G通信系统中的一个多址技术，同时兼具基带调制的作用，SCMA技术的核心就是设计SCMA编码本。SCMA在低密度扩频多址接入(LowDensitySignatureMultipleAccess,LDS-MA)的基础上利用码本，也就是多维星座调制和稀疏扩频技术实现过载，使多用户数大于资源数，极大的提高了频谱利用率。良好的多维星座的设计，可降低远近效应，并且降低检测复杂度，而稀疏扩频技术使多用户在同一资源快上的碰撞减小，致使SCMA技术性能优越。SCMA加入了码本设计，从而获得了一定的编码增益，但与此同时，与传统的单一星座点设计所不同的是，SCMA系统需要通过多个资源上的码本进行联合解码得到信息，因此若想取得较好的性能，相应地在发射端SCMA系统也需要对多个资源上的码本进行联合设计，因此设计复杂度高，难度大，目前尚未提出最优化的码本设计方法，因此如何设计出性能更好的码本已成为SCMA面临的巨大挑战。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种SCMA编码本设计方法、SCMA编码器以及SCMA系统，解决SCMA对编码本的设计复杂度高，难度大的问题，同时，基于SCMA编码器在信道发射端产生的分量交织器和信道接收端产生的分量解交织器，使5G通信系统下行链路物理层在Rayleigh衰落信道下误码率降低，较好的起到了抵抗通信信道衰落的作用。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种SCMA编码本设计方法，包括以下步骤：(1)固定最小欧氏距离，同时最小化母星座图的基本容积，生成母星座图；(2)对母星座图以最小乘积距离为目标函数进行最优化，得到最优旋转角度；(3)将母星座图分解为三个子向量，以得到的最优旋转角度对三个子向量进行旋转，得到母星座图的旋转子向量；(4)对旋转子向量进行坐标重排，得到适用于6个用户的SCMA编码本。本专利技术的有益效果是：旋转的星座图能够在衰落信道中获得良好的误码率性能，因此该方法能够有助于系统获得良好的误码率性能,同时按照层级划分的SCMA编码本设计方法能够使得整个SCMA编码本的生成过程简化。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步，所述步骤(2)的目标函数为:其中，dp(l)(x,y)2为两个星座图之间的l阶乘积距离，θmax为最优旋转角度,x,y为旋转后星座图中的任意不相同的两点，xi和yi为星座图中两个不同的星座图点，E为星座图的平均能量，n为星座图的维度；该旋转后星座图的生成矩阵为Grotate：其中，G为母星座图的生成矩阵，利用生成矩阵Grotate可以得到星座图中任意两个点的坐标，将两个坐标点带入目标函数中，经过运算即可得到最优旋转角度。采用上述进一步方案的有益效果是，该方案有助于获得一个最优的旋转角度，该角度用于后续的用户编码本生成过程。另外，本专利技术还提供了一种SCMA编码器，该SCMA编码器基于上述SCMA编码本设计方法产生的编码本。另外，本专利技术还提供了一种SCMA系统，包括：SCMA编码器：用于将各用户输入的N比特数据映射成为对应用户编码本中的数据,该数据是一个4维列向量；合并器：用于将各SCMA编码器形成的4维列向量相加，得到一个4维向量，该4维向量的每一维数值用一个子载波进行传输；分量交织器：用于将所述4个子载波分为两组，将每组中的两个子载波的复数数据的实部和虚部进行交换，得到交换了实部和虚部顺序的4个子载波；无线信道：用于发送交换了实部和虚部顺序的4个子载波，所述信道是瑞利衰落信道；分量解交织器：用于将从无线信道接收的4个子载波分为两组，将每组中的两个子载波的复数数据的实部和虚部进行交换，得到交换了实部和虚部顺序的4个子载波；解码器：用于处理分量解交织器产生的4个子载波上的数据，利用已知信道衰落系数以及MPA解调算法来实现对于原始数据的解码。采用上述方案的有益效果是：基于SCMA编码器在信道发射端产生的分量交织器和信道接收端产生的分量解交织器，使5G通信系统下行链路物理层在Rayleigh衰落信道下误码率降低，较好的起到了抵抗通信信道衰落的作用。附图说明图1为本专利技术系统框图；图2为本专利技术未旋转母星座图的空间格型图；图3为本专利技术母星座图旋转最优角度之后的格型星座图；图4为本专利技术旋转与未旋转六角格星座图误码率对比图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。为了改善原有技术的缺点，本方案从系统的角度出发，将星座图旋转技术应用到编码本的设计中，并且结合交织器，使得SCMA系统整体的性能达到优化其中，如图1所示，本专利技术只针对传统的6用户4载波SCMA系统进行设计，因此后面的所有实施步骤都隐含了这样一个基本背景。本专利技术的一个实施方式，SCMA编码本设计方法为：(1)固定最小欧氏距离及最小化母星座图的基本容积，生成母星座图，该星座图是一个64点的六角格星座图，如图2所示；(2)对母星座图以最小乘积距离为目标函数进行最优化，得到最优旋转角度；具体计算步骤如下所示：a.假设母星座图的最优旋转角度为θmax，该参数是最大化最小乘积距离得到的，首先写出最优化的目标函数:化简目标函数，定义乘积距离如下：其中，表示两个星座图之间的l阶乘积距离，xi和yi表示星座图中两个不同的星座图点，E表示星座图的平均能量，n表示星座图的维度，在该案例中，星座图的维度是2，x,y是旋转后星座图中的点，该旋转星座图的生成矩阵为Grotate：其中，G代表母星座图的生成矩阵本专利技术中使用计算机辅助搜索的技术来搜索最优的旋转角度。具体的，我们已知母星座图的所有坐标点，并且把旋转角度参数设置为θ，步长为Δ，θ初始值设置为0，Δ＝0.1，当θ递增到90度的时候停止迭代。每次迭代，将母星座图所有坐标点乘以θ，然后把旋转之后的坐标点带入上述的两个目标函数中计算，最后求出来一个最大乘积距离，该最大乘积距离对应的旋转角度即为θmax。(3)将母星座图分解为三个子向量，以得到的最优旋转角度θmax对三个子向量进行旋转，得到母星座图的旋转子向量，如图3所示为把母星座图旋转最优角度之后的格型星座图；(4)对旋转子向量进行坐标重排，得到适用于6个用户的SCMA编码本。利用向量重排技术来设计子向量，使得距离谱达到最优。具体方法如下所示：首先固定每个用户的星座图点能量，然后固定该用户星座图的一个旋转子向量，最后调整另外一个旋转子向量的顺序，使得与第一个子向量形成的组合能够达到设定的能量值：其中，和是经过向量重排之后的向量，V1和V2表示用户的原始分配的两个旋转子向量。其中，本专利技术的一个实施方式，设计合并器，将6个用户编码经过合并器，合并器实际上是一个加法器，它将6个用户的数据映射到4个子载波上，因此每个子载波上都是6个用户重叠的复数数据，最后形成一个4维列向量D：mk表示第k个用户的编码本，ik表示从对应的编码本中选择第ik列数据进行传输。其中，本专利技术的一个实施方式，设计分量交织器，配合旋转后的星座图能够达到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种SCMA编码本设计方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)固定最小欧氏距离，同时最小化母星座图的基本容积，生成母星座图；(2)对母星座图以最小乘积距离为目标函数进行优化，得到最优旋转角度；(3)将母星座图分解为三个子向量，以得到的最优旋转角度对三个子向量进行旋转，得到母星座图的旋转子向量；(4)对旋转子向量进行坐标重排，得到适用于6个用户的SCMA编码本。

【技术特征摘要】
1.一种SCMA编码本设计方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)固定最小欧氏距离，同时最小化母星座图的基本容积，生成母星座图；(2)对母星座图以最小乘积距离为目标函数进行优化，得到最优旋转角度；(3)将母星座图分解为三个子向量，以得到的最优旋转角度对三个子向量进行旋转，得到母星座图的旋转子向量；(4)对旋转子向量进行坐标重排，得到适用于6个用户的SCMA编码本。2.根据权利要求1所述的SCMA编码本设计方法，其特征在于，所述步骤(2)的目标函数为:其中，dp(l)(x,y)2为两个星座图之间的l阶乘积距离，θmax为最优旋转角度,x,y为旋转后星座图中的任意不相同的两点，xi和yi为星座图中两个不同的星座图点，E为星座图的平均能量，n为星座图的维度；该旋转后星座图的生成矩阵为Grotate：

【专利技术属性】
技术研发人员：武畅，李豪，杨路遥，袁超，程丹，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51