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第五代移动通信系统中SCMA技术研究

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本论文符号说明

本论文专用术语注释表

1 绪论

1.1 论文研究背景及意义

1.2 第五代移动通信系统概述

1.2.1 第五代移动通信技术的新特点

1.2.2 第五代移动通信技术的新要求

1.3 第五代移动通信系统的关键技术

1.3.1 大规模MIMO技术

1.3.2 毫米波通信技术

1.3.3 超密集异构网络

1.3.4 基于滤波器组的多载波技术

1.4 论文主要工作及安排

2 非正交多址接入技术及SCMA系统原理

2.1 引言

2.2 非正交多址接入技术简介

2.3 MUSA技术原理

2.4 PDMA技术原理

2.5 SCMA技术原理

2.5.1 SCMA系统框架

2.5.2 SCMA发射端原理

2.6 本章总结

3 多天线下的SCMA技术研究

3.1 引言

3.2 SCMA中译码算法

3.2.1 MPA算法

3.2.2 消息传递算法中的节点操作

3.2.3 SCMA中的MPA算法

3.3 MIMO-SCMA模型

3.3.1 MIMO-SCMA传输结构

3.3.2 ZF检测算法

3.3.3 MMSE检测算法

3.4 单天线下SCMA技术研究

3.4.1 仿真参数设置

3.4.2 仿真结果及分析

3.5 多天线下SCMA技术研究

3.5.1 仿真参数设置

3.5.2 仿真结果及分析

3.6 本章总结

4 基于通用滤波器多载波技术的SCMA技术研究

4.1 引言

4.2 UFMC技术

4.3 UFMC调制与解调原理

4.4 SCMA-UFMC系统原理及仿真

4.4.1 SCMA-UFMC系统原理

4.4.3 仿真结果及分析

4.5 本章总结

5 一种基于正六边型的SCMA码本设计方法

5.1 引言

5.2 SCMA码本设计理论

5.2.1 SCMA码本设计概述

5.2.2 映射矩阵设计

5.2.3 母星座图的设计

5.2.4 多维星座图实部和虚部上的混编和旋转

5.3 基于正六边形的码本设计

5.3.1 新码本设计方法

5.3.2 SCMA新码本性能研究

5.4 本章总结

6 全文总结

6.1 论文工作总结

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果

致谢

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摘要

第五代移动通信技术(5G)要求有更好的通信性能,这其中包括更大的吞吐量,更低的传输时延和响应时间,以及更低的传输能耗和信令开销。同时,支持海量设备的海量接入需求也是下一代无线通信网络的一个重要要求。当前,LTE系统已不能够有效的满足这些新特点、新要求,尤其是在通信系统上行链路中。为了满足下一代移动通信系统的发展需求,本论文研究了一种基于非正交多址接入的稀疏码多址技术(SCMA)并提出一种全新的基于正六边形的SCMA码本设计。 首先,本文对华为公司所提出的SCMA技术以及SCMA中的MPA译码算法进行必要的研究。MPA算法是一种基于迭代的消息传递算法。分析发现MPA算法通过因子图中变量节点(VN)和因子节点(FN)外在信息的迭代交换,获得一个稳定的概率分布作为判决量,进行本地的译码操作。同时研究结果表明,通过后验对数似然比(LLR)的应用,MPA译码算法在保持合理复杂度的情况下,可以充分利用SCMA码字的稀疏特性,获得接近于最大似然检测器(ML)的性能。 其次,基于通用滤波器多载波技术(UFMC)以及OFDM技术,本文进一步研究了SCMA技术的相关性能。在单天线和多天线下,通过对ITU-R信道中SCMA和OFDMA系统性能对比研究,发现SCMA技术在牺牲部分误码率性能的条件下,可以获得吞吐量性能的大幅提高。在此基础上,将SCMA技术调制到UFMC波形上,研究结果表明在ITU-R信道中,SCMA-UFMC的误码率性能和吞吐量性能和SCMA-OFDM的完全相当,误码率性能都比OFDMA相差6dB左右,吞吐量性能提高50%。 最后,本文提出一种基于正六边形星座图的全新码本设计。该设计参考多维星座图的格理论,适用于SCMA系统中4载波6用户的情形。新码本的设计大致可分为三个步骤。首先根据传输层个数、资源块个数,以及系统的过载率要求,借鉴LDPC校验矩阵的设计,生成映射矩阵。随后将12个星座点分布在两个嵌套的正六边形端点上形成母星座图,再根据星座图旋转和子集分割等方法扩大星座点之间欧式距离,生成每个用户子星座图。最后,对子星座图上的码本进行功率归一化,生成每个用户的码本。新设计的SCMA码本相较于华为公司所公布的4载波6用户16点码本,复杂度降低了1/4。与此同时,由于新设计码本所有星座点的相位角皆为30?的整数倍,从而进一步降低了SCMA码本硬件实现的复杂度。经仿真显示,新设计的码本在高信噪比下无论是在AWGN信道还是在多径信道,无论是在UFMC调制还是OFDM调制上,系统都有着更好的误码率性能。综上,本文所研究的SCMA-UFMC技术的性能表现,以及新提出的SCMA码本设计方案都为下一代无线通信候选技术的使用提供了有力的数据参考。

著录项

  • 作者

    刘恒;

  • 作者单位

    东南大学;

  • 授予单位 东南大学;
  • 学科 电子与通信工程
  • 授予学位 硕士
  • 导师姓名 盛彬,滑瀚;
  • 年度 2018
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类
  • 关键词

    第五代; 移动通信系统; SCMA;

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