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稀疏码多址接入(Sparse code multiple access,SCMA)是一种新兴的基于码本的非正交多址接入技术。SCMA的非正交性使得系统中可以实现用户的过载,从而增大用户容量、提升频谱利用效率;而其稀疏性又允许低复杂度接收的实现,因此SCMA是一种优秀的多址接入方案。多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)技术可以充分利用空间自由度提升系统性能。将SCMA与MIMO技术相结合,可以进一步提升系统的可靠性及有效性。本文主要深入地分析和研究了基于SCMA码本的MIMO系统的实现及其性能。首先,本文对频率资源SCMA下行链路系统模型和信号结构进行了分析,给出了基于星座图旋转的SCMA码本的设计方案并对其容量进行了理论分析。之后推导了SCMA信号的分集特性,并针对衰落信道提出了基于最大比合并准则的消息传播算法(Message Pasing Algorithm,MPA)。此外,本文还推导了SCMA码本在加性高斯白噪声信道以及瑞利平坦衰落信道下的理论误比特率上、下边界。其次,本文提出了天线资源SCMA系统模型,理想情况下可以大幅提升系统的容量。为了实现低复杂度接收,本文针对天线资源SCMA系统推导了联合迫零准则的MPA和最小均方误差准则的MPA检测算法。仿真结果表明,相比于传统系统,天线资源SCMA的误码率和容量性能均有提升。之后,本文对时变衰落信道下的基于时间资源SCMA的多天线系统的模型、检测算法和性能进行了分析论证。将SCMA信号在时变信道下进行交织,可以充分利用其分集特性,从而进一步提升了系统的抗衰落能力。多天线分集系统的重复编码和Alamouti编码方案引入了新的分集增益,提升了系统的可靠性;而多天线复用方案增加了系统的自由度,提升了系统的有效性。最后,针对频率选择性衰落信道提出了基于SCMA码本的正交频分复用(Orthogonal Frequency Divided Multiplexing,OFDM)结构,即OFDM-SCMA,并将之与多天线技术相结合。该方案可以进一步提升系统的有效性和可靠性。