[发明专利]针对SCMA系统的低复杂度码本设计方法及其硬件架构

权利要求书

1.一种针对大规模SCMA系统的低复杂度码本设计方法，其特征在于：包括以分层式星座旋转为子操作符的码本简化和以已知码本进行非冲突扩充的码本简化两部分设计方案；

所述以分层式星座旋转为子操作符的码本简化：以正交幅度调制信号作为母星座，并以不同半径生成若干同心圆，在圆上等间距安排星座点，不同半径同心圆上的星座点彼此之间存在一定的旋转角度，用以避免在不同星座维度上的冲突，对于每个圆上安排的星座点以顺时针方向按照格雷编码规则一次分配编码比特信息；

所述以已知码本进行非冲突扩充的码本简化：通过对小规模SCMA系统和大规模SCMA系统因子矩阵的对比，以在同一资源点上码字不重合为准则，制定扩展矩阵，应用该扩展矩阵将已知码本的码字重新分配到大规模SCMA系统的非零资源节点上。

2.根据权利要求1所述的一种针对大规模SCMA系统的低复杂度码本设计方法，其特征在于：所述以分层式星座旋转为子操作符的码本简化具体包括如下步骤：

设一大规模SCMA系统有K个资源节点、J个用户层、每个用户有M个码字，每个码字有N个非零元素，将母星座设置为正交幅度调制(QAM)信号，那么以单一旋转操作设计大规模SCMA系统码本的步骤描述如下：

1)确定每个用户在每个旋转层上需要分配的p个星座点数，并由此得到总共的旋转层数L＝M/p(其中L必须为一整数)，那么在每个旋转层上总共的星座点个数为T＝M·d_f/L，其中d_f为共享同一旋转层的用户个数，并且第l层的半径为r_l(l＝1,2,...,L)；

2)将第一层(半径r₁)上的T个点进行均匀分配，每个点之间的角度间隔为2π/T，且在各层上所有星座点按照格雷映射的规则进行编码比特的分配；

3)以相同方式将星座点以T个一组分配在剩下的旋转层上(2,...,L)，但这些层的半径被相应的扩大为3r₁,...,(2L-1)r₁，将相应层上的T个星座点以第一层为基准整体顺时针旋转角度θ₂,...,θ_L(0＜θ₂＜...＜θ_L＜π/2)，且这些星座点仍按照格雷映射的规则进行编码比特的分配。

3.根据权利要求1或2所述的一种针对大规模SCMA系统的低复杂度码本设计方法，其特征在于：所述以已知码本进行非冲突扩充的码本简化具体包括如下步骤：

假设已知码本的小规模SCMA系统的星座向量表示为c_l(N_l×1)，设计的大规模SCMA系统的星座向量表示为c_m(N_m×1)，通过对小规模SCMA系统和大规模SCMA系统相对应因子矩阵的对比，设置非冲突的因子图扩充矩阵E_m,l(N_m×N_l)，从而可以获得大规模SCMA系统的码本码字，计算为：x_m＝V_mc_m＝V_mE_m,lc_l，其中V_m为可通过大规模SCMA系统因子矩阵获得的映射矩阵，x_m则是新获得的码本码字。