[发明专利]一种SCMA多址系统中的非正交导频与信号传输方法

说明书

本发明属于无线通信技术领域，涉及一种SCMA多址系统中的非正交导频与信号传输方法。本发明首先通过一组正交的导频序列估计出多个用户的初始信道信息，然后采用不同用户的导频非正交叠加的方式，更新不同用户的信道信息。在此导频配置方案下，每个子载波上没有不同发射天线的导频叠加，只有不同发射天线的数据和导频重叠，这样既提高了信道估计的准确性，又保证了系统的频谱效率。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及一种SCMA多址系统中的非正交导频与信号传输方法。

背景技术

稀疏码多址接入(Sparse Code Multiple Access，SCMA)是为了满足5G移动通信中所要求的海量连接、超低时延、更高频谱效率等而提出的新型多址接入技术，是非正交多址(Non-orthogonal Multiple Access，NOMA)技术之一。在发送端，SCMA把星座点映射和扩频相结合，直接将传输数据比特映射为特定的复数域多维码字，多个用户的码字通过稀疏的扩频方式在相同的资源块上进行非正交叠加传输。在接收端，由于码字稀疏性SCMA接收机可以利用消息传递算法(Message Passing Algorithm，MPA)进行多用户检测(Multi-user Detection，MUD)，并结合信道信息完成多用户的数据解调。因为通过稀疏扩频方式得到的多维码字的个数明显大于码字占用的资源块个数，因此SCMA通过多个码字叠加的传输方式提升系统的传输容量和效率，为解决未来越来越稀少的频谱资源与越来越多的用户接入数之间的矛盾，提供了一种良好的解决方案。

低密度扩频是SCMA的关键技术之一。该技术的特点是将1个单载波扩频成为K个子载波(单载波扩频到多载波)，然后将扩频后的K个子载波分给U个用户共同传输数据。其中每个用户使用K个子载波中的N个进行有效数据传输，剩余子载波空载，这就是SCMA中稀疏的概念。SCMA技术通过引入码域多址，并对信号之间的稀疏度(承载单用户数据的子载波数)进行调整，以此对频谱效率进行多倍提升。

信道估计是通信系统中一项重要任务，接收端只有明确所有天线间的信道状态信息才能完成接收端的解调工作，因此信道估计及估计准确性与系统的传输性能好坏密切相关。传统的信道估计算法的研究大多都是使用正交的导频序列进行信道信息估计，使用相互正交的导频序列不仅可以获取到较好的信道状态信息，且信道估计算法实现较为简单。但是，正交的导频传输将导致严重的频谱资源损耗，影响系统的传输速率。而随着移动通信系统的快速发展，系统的用户数必然越来越多，此时基于正交导频序列的传输必将造成大量的频谱资源浪费，严重降低了频谱利用率。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种基于稀疏结构的非正交导频设计及信道估计的新方法，该方法首先通过一组正交的导频序列估计出多个用户的初始信道信息，然后采用不同用户的导频非正交叠加的方式，更新不同用户的信道信息。在此导频配置方案下，每个子载波上没有不同发射天线的导频叠加，只有不同发射天线的数据和导频重叠，这样既提高了信道估计的准确性，又保证了系统的频谱效率，具体导频的设计结构如图1所示。

本发明的技术方案是：

设定SCMA-OFDM系统中有S个子帧,每个子帧有一个OFDM符号，一个OFDM符号子载波个数为N，用户数为K，且每个用户只有一个发射天线，所述方法包括以下步骤：

发射端：

a.进行子载波分配，根据稀疏码多址接入方式，给K个用户分配各自的可用子载波，每个用户都只能在自己的可用子载波上发送数据，非可用子载波空载；

b.在第s个子帧中，插入K个用户的导频序列；在剩余的子帧中，插入K个用户的星座点调制符号。

接收端：

信道估计方法一：

c.初始信道估计：所有发射天线通过传输相互正交的导频序列完成初始的信道估计得到