[发明专利]一种动态稀疏码分多址通信系统及其方法

说明书

本发明公开了一种动态稀疏码分多址通信系统及其方法，包括：小数数值码本设计模块，求解小数数值的映射系数与最优功率分配系数；码本系数量化模块，将小数数值映射系数转换为定点整数；整数数值码本映射模块，在最优功率分配系数以及整数化映射系数约束下，求解最优化的整数数值映射系数；其中，小数数值码本设计模块输出小数数值映射系数以及最优功率分配系数；上述小数数值映射系数作为码本系数量化模块的输入值；最优功率分配系数作为整数数值码本映射模块的输入值。本发明采用小数数值的映射关系进行最优化求解，实现采用不同映射关系的方法，使用整数映射关系来逼近小数数值映射关系，最终使系统容量更加贴近于理论上的最优容量。

技术领域

本发明涉及通信系统技术领域，尤其涉及一种动态稀疏码分多址通信系统及其方法。

背景技术

随着移动互联网以及物联网的蓬勃发展，下一代无线移动通信系统将面临着海量用户连接请求的挑战。为提升无线通信系统的容量及可承载的用户数，相关研究机构提出了各种解决方案。

2013年IEEE著名学术会议Personal Indoor and Mobile Radio Communications上，由Nikopour和Baligh等人首次系统性提出稀疏码分多址(Sparse code multipleaccess,SCMA)技术，并对SCMA的码本设计算法及其性能进行了详细的分析。随后，SCMA技术作为下一代移动通信系统的关键技术，吸引了大量研究人员的关注。

基于SCMA的通信系统可在有限的无线频谱约束下，提供比正交多址接入系统更多的系统容量，并可根据用户的服务质量需求，采用灵活的调制编码方式，以进一步降低多用户干扰。但经典的SCMA通信系统也存在着明显的缺点：SCMA采用固定的因子图，即多用户与资源块之间的映射关系是固定的。由于最优化的SCMA码本对应的因子图通常是以小数表示，上述设计只能将因子图整数化处理，显然并不能达到最优的系统性能。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种动态稀疏码分多址通信系统及其方法，通过对稀疏码分多址通信系统的因子图的动态设计，能进一步逼近最优化设计的理论容量。

为实现上述目的，本发明提供了一种动态稀疏码分多址通信系统，包括：

小数数值码本设计模块，用于求解小数数值的映射系数与最优功率分配系数；

码本系数量化模块，用于将小数数值映射系数转换为定点整数；

整数数值码本映射模块，用于在最优功率分配系数以及整数化映射系数约束下，求解最优化的整数数值映射系数；

其中，小数数值码本设计模块输出小数数值映射系数以及最优功率分配系数；上述小数数值映射系数作为码本系数量化模块的输入值；最优功率分配系数作为整数数值码本映射模块的输入值。

一种动态稀疏码分多址通信方法，包括：

S1、小数数值码本设计模块中的最优化目标函数，为多用户总速率；小数数值码本设计模块中的求解方法可以是搜索法及采用凸优化求解；输出结果为小数数值映射系数及最优功率分配系数；

S2、码本系数量化模块中采用的量化基数一般可采用2的幂次方；量化基数同时也是码本映射图的变化周期；将上述小数数值映射系数进行量化，得到量化映射系数；

S3、整数数值码本映射模块在上述量化映射系数及最优功率分配系数约束下，采用目标函数为变化周期内平均的多用户总速率，进行整数优化求解，求解方法可采用直接搜索法，输出最终的动态码本映射系数。

上述的一种动态稀疏码分多址通信方法，所述步骤1具体为：

上式中，N₀表示接收机端的高斯白噪声；