一种面向稀疏码多址接入系统的调制码本设计方法技术方案

一种面向稀疏码多址接入系统的调制码本设计方法，包括如下步骤：首先根据当前系统参数，包括载波资源数目、用户数目和每个用户占用的载波资源数目，计算每个载波上复用资源用户的数目，设计出用户与载波资源之间的映射关系。然后，根据每个载波上复用资源用户的数目以及每个用户在每个维度星座点的数目设计各用户的调制星座图。最后通过用户与载波资源的映射关系得到所有载波上复用资源用户的调制星座图，并根据符号交织变换得到不同星座维度上比特序列与调制星座点符号之间的映射关系，得到最终的调制码本星座图。本发明专利技术提出的高维码本设计方法操作步骤简单，有利于实现，并且能给系统带来更好的传输性能。

A modulation codebook design method for sparse code multiple access system

A design method of modulation codebook for sparse code multiple access access system, including the following steps: first, according to the current system parameters, including the number of carrier resources, the number of users and the number of carrier resources per user, the number of users of reuse resources on each carrier is calculated, and the user and carrier resources are designed. Mapping relations. Then, the modulation constellation of each user is designed according to the number of resource users multiplexed on each carrier and the number of constellation points per user in each dimension. Finally, the modulation constellation of all the reused resources on the carrier is obtained through the mapping relationship between the user and the carrier resource, and the mapping relation between the bit sequence and the modulation constellation sign on the different constellation dimensions is obtained according to the symbol interleaver transformation, and the final modulation codebook constellation diagram is obtained. The high-dimensional codebook design method proposed by the invention has simple operation steps, is advantageous to realization, and can bring better transmission performance to the system.

【技术实现步骤摘要】
一种面向稀疏码多址接入系统的调制码本设计方法
本专利技术涉及非正交多址接入
，特别是涉及一种面向稀疏码多址接入系统的调制码本设计方法。
技术介绍
移动互联网对数据业务量的需求日益增加，以及当今物联网时代下人们在工作娱乐等各种场景中的业务需求，使得业界对5G移动通信系统的要求骤然提高。例如需要5G通信系统能达到较高的频谱效率以及满足海量用户的接入，尤其是在海量机器类通信(mMTC)场景中，需要处理海量用户的接入问题。在传统的无线通信系统中，通过多址技术来区分不同用户所发射的信号，最常见的有时分多址接入、频分多址接入、码分多址接入以及空分多址接入。另外在4G无线通信系统中采用基于正交频分复用调制方式的正交频分多址接入能增大用户的速率，并成为长期演进(LTE)的主流接入方式的主流接入方式。然而到了未来的万物互联的时代，通信系统需要进一步提高系统的吞吐量和接入量，为此新型非正交多址接入技术(NOMA)的研究也将起到关键性作用。SCMA技术作为目前比较好的NOMA技术之一，具有在过载因子较高的情况下系统的吞吐量仍然很高的优点。学术界对SCMA技术的研究主要集中在发射端的高维码本设计以及接收端复杂的检测过程。在SCMA发射端进行码本设计过程中，每个用户的码本集合中所有码字在相同的维度上取值为零或者非零，并通过设计用户到资源维度的映射关系，降低非正交接入过程中不同用户在同一资源上冲突带来的干扰。SCMA链路中码本设计是将高维星座调制技术与扩频技术相结合的新型码本设计技术，性能好的码本不仅可以提升系统的可靠性，也能降低接收机的计算复杂度。现有的高维码本设计都分为母星座的设计以及不同用户对母星座的操作两个步骤，设计步骤相当繁琐，而且码本设计的步骤涉及到所有载波资源上星座图，不利于优化。因此为了更好地设计出性能良好的高维码本，可以着重考虑某一个载波上复用资源用户的星座图，而通过在这个已设计好的载波资源的星座图基础上做简单的操作即可获得其他在载波资源上的星座图。将高维码本的设计步骤主要集中在单个载波资源上，更有利于星座操作的优化，设计出更好的高维码本。
技术实现思路
为了解决上述存在的问题，本专利技术提供一种面向稀疏码多址接入系统的调制码本设计方法，该方法能用简单的步骤设计出性能优异的码本，具有易于实现，能降低系统的误帧率等特性，为达此目的，本专利技术提供一种面向稀疏码多址接入系统的调制码本设计方法，包括如下步骤：(1)根据当前系统参数，包括载波资源数目K、用户数目J，每个用户占用的载波资源数目P计算出每个载波上复用资源用户数目dc，并设计出合理的用户与载波资源之间的映射关系；(2)根据每个载波上复用资源用户的数目dc，以及每个用户星座点的数目M＝4设计各个用户的星座图，使得冲突用户的星座点之间欧式距离最大化，其中每一个星座符号对应N＝log2M＝2个二进制比特；(3)根据符号交织变换得到不同星座维度上不同比特序列与星座点符号的映射关系，即得到最终的码本。本专利技术的进一步改进，步骤一中每个载波上复用资源用户数目dc的计算公式如下：其中，本专利技术设定所有用户占用的资源以及所有载波上复用资源用户的数目都相等，即为规则的SCMA系统，用户发送的信号在资源上的映射关系可以用一个维度K×J因子图矩阵F表示，当第j个用户在第k个资源上发送信号时(F)k,j＝1，(F)k,j表示矩阵F的第k行第j列元素，如下所示为了一个J＝6，K＝4，P＝2，dc＝3且过载因子λ＝150％的因子图所对应的因子图矩阵，表示为：本专利技术的进一步改进，步骤二根据每个载波上复用资源用户的数目dc以及每个用户星座点的数目M设计各个用户的星座图，包括以下步骤：1)根据每个用户的每个维度星座点的数目M，得到每个载波资源上星座点的层数为每一层上分布着T个星座点，其中：其中第l层的T个星座点均匀排布在以坐标原点为圆心半径为rl的圆上，其中l＝1,2,…,L，将针对每个维度星座点数目M＝4的情况设计高维码本，因此计算得出L＝2，T＝6；2)设置第1层星座点，T个星座点均匀排布在半径r1＝1的圆上，即每相邻的两个星座点之间的圆弧对应的夹角为：其中属于同一用户的两个星座点的连线为该圆的直径，这两个星座点对应的比特分别为00和11，即保证相同用户的两个星座点之间的距离最大化；3)在第1层星座点的基础上设置第2层星座点，首先将第1层星座点缩小成为半径为r2的圆，其中0≤r2≤r1，然后将该T个星座点沿着其所在的圆的弧顺时针旋转角度θr，其中0≤θr≤π/2，第2层中靠近比特序列00对应的星座点和比特序列01对应，靠近比特序列11对应的星座点和比特序列10对应。本专利技术的进一步改进，步骤三根据符号交织变换得到不同星座维度上不同比特序列与星座点符号的映射关系，包括以下步骤：1)根据权利要求2得到每个用户在P个维度上的初步星座映射关系，将sij与比特序列ij对应，即星座符号向量表示为：s0＝[s00s01s10s11]；2)变换所有用户偶数维度上星座符号与比特序列的映射关系，并将符号向量s0中的元素重新排序成；se＝[s01s11s00s10]；偶数维度的符号向量se中的元素分别与比特序列[00011011]中的元素一一对应。本专利技术公开了一种面向稀疏码多址接入系统的调制码本设计方法，对于传统方法中首先设计母星座，再对母星座操作获得每个用户的的高维调制星座的码本设计方法，本专利技术提出的高维码本设计方法操作步骤简单，有利于实现，并且能给系统带来更好的传输性能。附图说明图1是本专利技术中一种面向SCMA系统的调制码本设计方法的流程图；图2是本专利技术第1个载波资源上星座图设计流程；图3是本专利技术中用户数目J＝6、载波资源数目K＝4，每个用户占用资源数目P＝2时所有资源上冲突用户的星座图，其中外层星座图所构成圆的半径是内层的3倍，且内层相对于外层旋转角度θr＝0；图4是本专利技术中用户数目J＝6、载波资源数目K＝4，每个用户占用资源数目P＝2时载波资源1上冲突用户的星座旋转示意图，其中外层星座图所构成圆的半径是内层的3倍，且内层相对于外层旋转角度θr＝0；图5是本专利技术中用户数目J＝6、载波资源数目K＝4，每个用户占用资源数目P＝2时载波资源1上冲突用户的星座旋转示意图，其中外层星座图所构成圆的半径是内层的3倍，且内层相对于外层旋转角度θr＝π/6；图6是信噪比为2.6dB时，旋转角度θr＝0，外层星座点构成圆的半径r1与内层星座点构成圆的半径r2的比值取不同值时的误帧率曲线。由仿真曲线可以得出，当r1:r2＝3.4时误帧率最低；图7是在信噪比为2.6dB时，r1与r2比值取最优值时，两层星座点所构成的圆错开角度θr取不同值时的的误帧率曲线。由仿真曲线可以得出，当θr＝0时误帧率最低；图8是根据仿真得出的局部最优多维星座图，其中r1:r2＝3.4，旋转角度θr＝0。具体实施方式下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述：本专利技术提供一种面向稀疏码多址接入系统的调制码本设计方法，该方法能用简单的步骤设计出性能优异的码本，具有易于实现，能降低系统的误帧率等特性。如图1所示，本专利技术公开了一种面向SCMA系统的调制码本优化设计方法，包括如下步骤：首先根据当前系统参数，包括载波资源数目、用户数目和每个用户占用的载波资源本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向稀疏码多址接入系统的调制码本设计方法，，包括如下步骤，其特征在于：(1)根据当前系统参数，包括载波资源数目K、用户数目J，每个用户占用的载波资源数目P计算出每个载波上复用资源用户数目dc，并设计出合理的用户与载波资源之间的映射关系；(2)根据每个载波上复用资源用户的数目dc，以及每个用户星座点的数目M＝4设计各个用户的星座图，使得冲突用户的星座点之间欧式距离最大化，其中每一个星座符号对应N＝log2M＝2个二进制比特；(3)根据符号交织变换得到不同星座维度上不同比特序列与星座点符号的映射关系，即得到最终的码本。

【技术特征摘要】
1.一种面向稀疏码多址接入系统的调制码本设计方法，，包括如下步骤，其特征在于：(1)根据当前系统参数，包括载波资源数目K、用户数目J，每个用户占用的载波资源数目P计算出每个载波上复用资源用户数目dc，并设计出合理的用户与载波资源之间的映射关系；(2)根据每个载波上复用资源用户的数目dc，以及每个用户星座点的数目M＝4设计各个用户的星座图，使得冲突用户的星座点之间欧式距离最大化，其中每一个星座符号对应N＝log2M＝2个二进制比特；(3)根据符号交织变换得到不同星座维度上不同比特序列与星座点符号的映射关系，即得到最终的码本。2.根据权利要求1所述的一种面向稀疏码多址接入系统的调制码本设计方法，其特征在于：步骤一中每个载波上复用资源用户数目dc的计算公式如下：其中，本发明设定所有用户占用的资源以及所有载波上复用资源用户的数目都相等，即为规则的SCMA系统，用户发送的信号在资源上的映射关系可以用一个维度K×J因子图矩阵F表示，当第j个用户在第k个资源上发送信号时(F)k,j＝1，(F)k,j表示矩阵F的第k行第j列元素，如下所示为了一个J＝6，K＝4，P＝2，dc＝3且过载因子λ＝150％的因子图所对应的因子图矩阵，表示为：3.根据权利要求1所述的一种面向稀疏码多址接入系统的调制码本设计方法，其特征在于：步骤二根据每个载波上复用资源用户的数目dc以及每个用户星座点的数目M设计各个用户的星座图，包括以下步骤：1)根据每个用户的每个维度星座点的数目M，得到每个...

【专利技术属性】
技术研发人员：许威，刘明霞，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32