[发明专利]基于容量最大化的稀疏编码多址接入码本设计方法

摘要

本发明提供了一种基于容量最大化的稀疏编码多址接入码本设计方法，步骤1：确定SCMA码本参数S(J,K,F,M,N)，J表示SCMA能够承载的最大用户数，F代表指示基于资源块和用户生成的SCMA映射矩阵，K表示资源块个数，M表示调制阶数，N表示每个码字中非零元素的个数；步骤2：构建一维基星座集S₀，并基于该一维星座集S₀计算得到一维复星座点集S_d；步骤3：通过一维复星座点集构造N维复星座集，并选择出最优的组合序列作为基准码字；步骤4：根据基准码字将每个用户的码字进行重排，并将重排后的码字分配到指示矩阵中，生成SCMA复码本。本发明在设计多用户码本的过程中引入叠加编码调制的思想来提高系统的性能，并能够保持N维码字的功率差异特性。

主权项

1.一种基于容量最大化的稀疏编码多址接入码本设计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：确定SCMA码本参数S(J,K,F,M,N)，其中：J表示SCMA能够承载的最大用户数，F代表指示基于资源块和用户生成的SCMA映射矩阵，K表示资源块个数，M表示调制阶数，N表示每个码字中非零元素的个数；步骤2：构建一维基星座集并基于该一维基星座集计算得到一维复星座点集步骤3：通过一维复星座点集构造N维复星座集，并选择出最优的组合序列作为基准码字；步骤4：根据基准码字将每个用户的码字进行重排，并将重排后的码字分配到指示矩阵中，生成SCMA复码本；所述步骤2包括：步骤2.1：假设在一个SCMA系统中，每个资源块上叠加有d_f个用户每个用户都被分配一个一维复星座点集其中：满足：其中：Y₀＝S₀+N₀；式中：θ_d表示第d个一维复星座点集的旋转角度，表示基星座集中第个符号，r₁表示基星座集中第1个符号，r_i表示基星座集中第i个符号，Y₀表示只发S₀时资源块上叠加噪声后的接收信号，I(Y₀；S₀)表示发送端发送S₀接收端收到Y₀时的互信息，N₀表示加性高斯白噪声，则在资源块上接收到的信号Y的计算公式如下：则可达速率的计算公式如下：式中：P表示发射信号的功率，服从正态分布，为complex norm，表示复高斯分布，表示发送端发送接收端收到Y时的互信息，表示接收端在S₀,S₁,...,S_d‑1已知的情况下发送端发送S_d接收端收到Y时的互信息，并求所有d_f种情况的总互信息运算；步骤2.2：计算出各用户星座集之间的最优角度；d_f个用户组合后的星座集的计算公式如下：则映射准则f如下：式中：表示一个资源块上复用的第d_f个用户的码字，×表示笛卡尔积，→表示映射运算符；当f是双射时，f为映射准则，接收机就能够对组合后的星座集进行唯一解码，则可达速率的计算公式如下：式中：表示和Y之间的互信息，H(S_sum)表示S_sum的信息量，p(y,s_sum,i)表示s_sum,i和y的联合概率，表示求和运算的所有可能结果，d_f个用户的M阶调制因此有种情况，p(y)表示接收信号y的概率；由于的大小与间的角度是独立的，则设计如下的优化问题：式中：θ₁^*表示优化问题求解出来的第一个星座集的最优旋转角度，表示优化问题求解出来的第d_f个最优旋转角度，采用互信息的下界I_L来近似计算互信息，计算公式如下：则式中：s_sum,i表示S_sum中的第i项，s_sum,j表示S_sum中的第j项，||·||表示求范数运算。