[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

说明书

本发明公开了一种针对大规模SCMA系统的低复杂度码本设计方法及相应的硬件架构实现，方法包括以分层式星座旋转为子操作符的码本简化、以已知码本进行非冲突扩充的码本简化等内容；硬件架构为针对大规模SCMA系统检测的高效架构，包括缓冲寄存器、控制单元和译码单元。本发明利用对子星座的单一旋转操作进行非冲突码本设计，避免了映射重排带来的大量复数乘法运算，极大降低了大规模SCMA系统的码本设计复杂度；利用对已知码本进行稀释化处理和非冲突扩充，进一步降低了码本设计复杂度；得到具有较高通用性的检测器架构，有着较低的硬件消耗和较高的硬件使用效率。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种针对大规模SCMA系统的低复杂度码本设计方法以及相应的硬件架构实现。

背景技术

近年来，随着无线通信技术在各领域的广泛应用，社会通信需求呈现快速激增态势，传统通信技术日益无法满足社会发展需要。据主要运营商和权威咨询机构的预测，移动宽带业务流量将在未来10年增长1000倍之多。为应对即将到来的巨大通信压力，5G作为全新的移动通信技术应运而生。其中，“Gbps用户体验速率”将是5G的最关键技术指标。为实现这一超高速传输速率，5G将运用到大规模天线阵列、新型多址、超密集组网、新型网络架构、全频谱接入等重要技术。而新型多址技术作为5G实现的关键技术之一，将在整个系统中扮演至关重要的角色。新型多址技术将对发送信号进行高效叠加传输以使系统的接入能力得到进一步提升，从而保证5G网络的大规模设备连接需求。

回溯多址技术，其自产生以来，经历了相当长时间的演进和变革，在现代无线通信中有着无法替代的重要地位。传统的多址技术包括频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)、空分多址(SDMA)等，而4G技术中所使用的则是正交频分多址(OFDMA)。多有这些多址技术都是正交层面上的多址技术，受到资源数量的极大限制。相比之下，在非正交多址技术中，接入用户则可以成倍大于资源数，从而有效解决这一瓶颈。

稀疏码分多址技术(SCMA)正是5G通信中期待使用的新型多址技术，并具备着重要的非正交特性。理论分析表明SCMA有着极其出色的过载承受能力以及资源复用能力，与传统多址技术相比，其接入量可至少提升50％，并随着系统内部往来互联数目的增加可进一步提升。在关于SCMA的相关文献中，用于研究的SCMA系统都具备用户规模较小的特点，原因在于大规模SCMA系统的码本设计存在复杂度过高的问题，但为了达到5G海量连接的需求，SCMA的大规模扩展是必须的，因此一种应用于大规模SCMA系统的通用性码本设计方案就显得尤为重要。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，提供一种针对大规模SCMA系统的低复杂度码本设计方法以及相应的硬件架构实现，针对大规模SCMA系统的分层式星座旋转码本设计和基于已知码本的非冲突扩展码本设计，可以极大的降低大规模SCMA系统的码本设计复杂度并保证较优的误码率性能，相应的硬件架构亦给出该SCMA检测译码器的通用方案，有着较高的硬件使用效率。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种针对大规模SCMA系统的低复杂度码本设计方法，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设计方案：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。该设计方法只需单一的旋转操作即可获取码本，避免了大量复数乘法运算，极大降低了设计复杂度。

所述以已知码本进行非冲突扩充的码本简化设计方案：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。该设计方法只需通过简单码字重新分配即可获得大规模码本，进一步降低了设计复杂度，且能保证较优的误码率性能。