[发明专利]一种高效的上行链路SCMA码本设计

权利要求书

1.一种高效的上行链路SCMA码本设计方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤一：二维格星座的M点子集构成母星座的第一维度星座点；

步骤二：通过对第一维度星座点使用符号交换算法得到母星座的第二维度星座点；

步骤三：构造自动生成的拉丁结构的因子图矩阵

步骤四：计算资源块星座图Q_k的最小欧式距离得到满足最大化准则的最优旋转角度θ^*；

步骤五：通过计算拉丁结构因子图矩阵和最优旋转角度θ^*得到用户j的映射矩阵V_j和星座算子Δ_j；

步骤六：将母星座、用户j的映射矩阵和星座算子相乘生成用户j码本。

2.根据权利要求1所述的一种高效上行SCMA码本设计方法，其特征在于，所述步骤一中，二维格星座的M点子集构成母星座的第一维度星座点；通过统计二维格星座同一环l上的星座点数m_l，将不同环上星座点数相加满足的星座图为子集星座A，该子集星座对称且均值为0。

3.根据权利要求1所述的高效的上行链路SCMA码本设计方法，其特征在于，所述步骤二中，通过对第一维度星座点使用符号交换算法得到母星座的第二维度星座点，其中包括：

步骤二一：固定M点子集A的符号索引为一个自然数序列因此可以得到母星座的第一维度星座点；

步骤二二：对M点的子集A随机分配索引顺序，因此可以获得母星座的第二维度星座点，结合步骤二一得到多维母星座，然后计算此时母星座的最小乘积距离表示为：

式中，表示母星座的第n维第i个星座点；

步骤二三：交换母星座的第二维度星座点s和t的索引并且s≠t，然后计算此时母星座的最小乘积距离

步骤二四：如果则设置t＝s+1,返回步骤二三，否则第二维度星座点s和t索引不交换；

步骤二五：最后得到母星座其中表示母星座每一维度的索引。

4.根据权利要求1所述的一种高效的上行链路SCMA码本设计方法，其特征在于，所述步骤三中，构造自动生成的拉丁结构的因子图矩阵

步骤三一：定义因子图矩阵F＝[f₁,f₂,…,f_J]，其中f_j＝diag(V_j·V_j^T)。将二进制矩阵转换成十进制同时因子图矩阵F的列向量满足D(f₁)D(f₂)…D(f_J)；

步骤三二：定义矩阵F中第k行和第i列非零值的索引为(k,i)，则在第k个资源上d_f个用户的旋转角度为α_i＝(k+i-N)mod(d_f)，其中θ^*表示最优旋转角度，从而得到拉丁结构的因子图矩阵

5.根据权利要求1所述的一种高效的上行链路SCMA码本设计方法，其特征在于，所述步骤四中，计算资源块星座图Q_k的最小欧式距离得到满足最大化准则的最优旋转角度θ^*；

步骤四一：定义第k个资源上的资源块星座图Q_k表示成：

其中，ξ_k表示连接第k个资源上的用户索引集合，表示在第k个资源上第一个用户码本的第m₁个码字；

步骤四二：定义旋转角度θ的优化问题可以构建成:

其中，θ从0开始以步长为逐步增加到π，表示旋转θ度后星座Q_k的归一化的欧式距离，表示旋转θ度后星座Q_k的归一化的最小欧式距离，表示K个最大最小欧式距离的均值；通过逐步变化的角度θ，可以得到满足优化问题的最优旋转角度θ^*。