[发明专利]一种基于SCMA多址接入机制的基站频谱带宽分配方法

说明书

本发明公开了一种基于SCMA多址接入机制的基站频谱带宽分配方法，本发明针对基于SCMA上行链路系统如何保证蜂窝小区内用户业务传输速率要求进行了研究，设计出了一种联合资源分配方案，不仅保证了系统的吞吐量最优，在此基础之上还充分考虑了用户业务传输速率的要求，对蜂窝小区内的基站频谱带宽进行调节。最后通过MATLAB仿真对比，从吞吐量说明了本发明的优越性。

技术领域：

本发明主要涉及基于SCMA(Sparse Code Multiple Access)多址接入机制的基站频谱带宽分配问题，在考虑到用户吞吐量以及用户业务传输速率要求，特别涉及了一种基于SCMA多址接入机制的基站频谱带宽分配方法。

背景技术：

未来5G无线通信网络需要满足三个应用场景，即大规模连接、增强型带宽以及低时延。为了满足5G网络的要求，一种新型的非正交多址接入技术SCMA(Sparse CodeMultipleAccess)被提出来用于多用户的接入。SCMA通过将来自不同用户的输入数据流直接映射到相应的多维码本的码字上，从而实现多个SCMA层共享相同的OFDMA时频资源。而在接收端，由于SCMA码字的稀疏性，因此可以利用低复杂度的消息传递算法(MessagePassingAlgorithm,MPA)实现接近最优的检测性能。由于SCMA多址接入技术具有适合未来5G通信网络需求的多种优势，因此华为公司成立了一个专门的团队对其进行研究，同时在全国范围内，与多所高校进行合作研究，希望能更好的了解和发掘SCMA存在的潜能并在实际通信系统中实现。然而，由于这一新的多址接入技术出现时间较短，故目前关于它的研究都还处于起步阶段，相关研究成果相对也较少，仅仅体现在SCMA基本原理的介绍、码本的设计、上下行多址接入性能评估及如何利用MPA算法实现其接收检测等方面，且这些研究涉及的性能评估都是建立在简单的初步模型中进行的。鉴于SCMA技术在提升系统吞吐量、降低系统接入时延、提升用户连接数等方面的巨大优势，非常适合未来的5G网络，因此对基于SCMA这一新的多址接入技术的无线通信网络进行相关方面研究，尤其是无线资源管理(Radio Resource Management，RRM)方面的研究，将具有重要的理论及现实意义。

在SCMA上行链路系统中，每个用户分配有特定的码本，该码本决定了该用户所占用的频谱资源，大部分现有文献介绍了如何为用户分配码本资源(即频谱资源)，提出的用户码本分配方案考虑的基本都是在单位带宽下，以保证SCMA上行链路系统吞吐量最大为目标来为各用户分配码本。但是当前文献在考虑SCMA资源分配时，都未曾将用户业务的传输速率要求(即QoS要求)计算在内，这就导致了现有文献所提的资源分配方案并不适用于实际场景。而本发明所设计的基于SCMA多址接入机制的基站频谱带宽分配方案，是在用户码本资源分配的基础上，根据推导出来的等效频谱带宽公式在基站端为SCMA上行链路系统的子载波分配频谱带宽从而满足各用户业务的传输速率要求。

发明内容：

本发明的目的是提出一种基于SCMA多址接入机制的基站频谱带宽分配方法，即通过分配用户码本使得SCMA上行链路的系统吞吐量最大，同时通过在基站端为SCMA上行链路系统子载波分配频谱带宽来保证用户业务传输速率要求。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于SCMA多址接入机制的基站频谱带宽分配方法，具体包括以下步骤：

步骤1，根据SCMA上行链路系统模型，为用户码本建立关于系统吞吐量的最优化模型：

步骤1.1，根据SCMA上行链路系统模型，推导单个正交子载波的信道容量计算公式：