[發明專利]一種動態稀疏碼分多址通信系統及其方法

有效

• 申請號: 201810190778.1
• 申請日: 2018-03-08
• 公開（公告）號: CN108449168B
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 鄧單
• 申請（專利權）人: 廣州番禺職業技術學院
• 主分類號: H04L5/00
• 分類號: H04L5/00
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

本發明公開了一種動態稀疏碼分多址通信系統及其方法，包括：小數數值碼本設計模塊，求解小數數值的映射系數與最優功率分配系數；碼本系數量化模塊，將小數數值映射系數轉換為定點整數；整數數值碼本映射模塊，在最優功率分配系數以及整數化映射系數約束下，求解最優化的整數數值映射系數；其中，小數數值碼本設計模塊輸出小數數值映射系數以及最優功率分配系數；上述小數數值映射系數作為碼本系數量化模塊的輸入值；最優功率分配系數作為整數數值碼本映射模塊的輸入值。本發明采用小數數值的映射關系進行最優化求解，實現采用不同映射關系的方法，使用整數映射關系來逼近小數數值映射關系，最終使系統容量更加貼近于理論上的最優容量。

技術領域

本發明涉及通信系統技術領域，尤其涉及一種動態稀疏碼分多址通信系統及其方法。

背景技術

隨著移動互聯網以及物聯網的蓬勃發展，下一代無線移動通信系統將面臨著海量用戶連接請求的挑戰。為提升無線通信系統的容量及可承載的用戶數，相關研究機構提出了各種解決方案。

2013年IEEE著名學術會議Personal Indoor and Mobile Radio Communications上，由Nikopour和Baligh等人首次系統性提出稀疏碼分多址(Sparse code multipleaccess,SCMA)技術，并對SCMA的碼本設計算法及其性能進行了詳細的分析。隨后，SCMA技術作為下一代移動通信系統的關鍵技術，吸引了大量研究人員的關注。

基于SCMA的通信系統可在有限的無線頻譜約束下，提供比正交多址接入系統更多的系統容量，并可根據用戶的服務質量需求，采用靈活的調制編碼方式，以進一步降低多用戶干擾。但經典的SCMA通信系統也存在著明顯的缺點：SCMA采用固定的因子圖，即多用戶與資源塊之間的映射關系是固定的。由于最優化的SCMA碼本對應的因子圖通常是以小數表示，上述設計只能將因子圖整數化處理，顯然并不能達到最優的系統性能。

發明內容

有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種動態稀疏碼分多址通信系統及其方法，通過對稀疏碼分多址通信系統的因子圖的動態設計，能進一步逼近最優化設計的理論容量。

為實現上述目的，本發明提供了一種動態稀疏碼分多址通信系統，包括：

小數數值碼本設計模塊，用于求解小數數值的映射系數與最優功率分配系數；

碼本系數量化模塊，用于將小數數值映射系數轉換為定點整數；

整數數值碼本映射模塊，用于在最優功率分配系數以及整數化映射系數約束下，求解最優化的整數數值映射系數；

其中，小數數值碼本設計模塊輸出小數數值映射系數以及最優功率分配系數；上述小數數值映射系數作為碼本系數量化模塊的輸入值；最優功率分配系數作為整數數值碼本映射模塊的輸入值。

一種動態稀疏碼分多址通信方法，包括：

S1、小數數值碼本設計模塊中的最優化目標函數，為多用戶總速率；小數數值碼本設計模塊中的求解方法可以是搜索法及采用凸優化求解；輸出結果為小數數值映射系數及最優功率分配系數；

S2、碼本系數量化模塊中采用的量化基數一般可采用2的冪次方；量化基數同時也是碼本映射圖的變化周期；將上述小數數值映射系數進行量化，得到量化映射系數；

S3、整數數值碼本映射模塊在上述量化映射系數及最優功率分配系數約束下，采用目標函數為變化周期內平均的多用戶總速率，進行整數優化求解，求解方法可采用直接搜索法，輸出最終的動態碼本映射系數。

上述的一種動態稀疏碼分多址通信方法，所述步驟1具體為：

上式中，N₀表示接收機端的高斯白噪聲；