论文部分内容阅读
第五代移动通信系统(The Fifth Generation Mobile Communication Technology,5G)要求更高的频谱效率、海量的设备连接、更低的设备功耗,传统的正交多址技术已逐渐无法满足系统需求。非正交多址技术由于容量优势而受到广泛关注。其中,稀疏码分多址(Sparse Code Multiple Access,SCMA)是一种典型的码域非正交多址方案。SCMA将调制和扩频级联为码本选择器,为每个用户设计专有码本,根据码本直接将用户的比特符号映射为多维复数码字,多用户码字复用传输,支持系统过载;接收端采用消息传递算法(Message Passing Algorithm,MPA)进行多用户信号的分离。但是MPA复杂度较高,而在5G的大连接、低功耗和低时延等场景下,要求基站和终端侧接收机较低的复杂度。基于此,对SCMA的低复杂度译码算法进行研究。首先简要介绍了 SCMA系统,包括技术原理、系统模型、链路模型以及发送端的码本设计方案,为译码算法的研究和仿真奠定基础。然后,分析MPA及相关低复杂度译码算法的原理,基于部分边缘化消息传递算法,引入节点可靠性度量,提出一种基于节点信任度的动态消息传递算法(Dynamic Message Passing Algorithm Based on Reliability ofNodes,RN-DMPA)。RN-DMPA 通过基于符号残差的节点可靠度辅助边缘节点的选取,动态化调整译码结构,消息准确度增加以逼近MPA译码性能。此外,RN-MPA还可根据边缘节点集判断算法是否收敛,使算法不受固定迭代次数的限制,灵活性较强。仿真证明:RN-DMPA相比于MPA,能在损失0.2dB信噪比条件下为系统节约28.7%的运算量。受RN-DMPA启发,进一步探索MPA的译码结构,提出一种基于变量节点的消息传递算法(Message Passing Algorithm Based on Variable Nodes,VMPA)。VMPA通过在每次迭代过程中,拓展消息在因子图上的传递路径,按照变量节点的顺序进行消息更新,使节点间的消息利用更充分,提高译码收敛速度,从而降低算法整体复杂度。此外,基于VMPA,创新性地引入了基于因子矩阵的分组算法,通过变量节点集的正交化分割,使无关联的变量节点进行同步消息传递,提出一种基于变量节点的分组消息传递算法(Group Message Passing Algorithm Based on Variable Nodes,G-VMPA)。仿真证明:VMPA 和G-VMPA能在仅损失0.06dB的信噪比条件下获得59.8%和59.3%的计算复杂度节约。