[发明专利]基于最大化星座点和距离的SCMA码本设计方法

摘要

本发明涉及一种基于最大化星座点和距离的SCMA码本设计方法，该方法包括以下步骤：首先通过最大化旋转后的QPSK星座在坐标轴上的投影点间的和距离，选择最优旋转角度并将旋转角度为的QPSK星座经归一化处理后的星座作为母星座C⁺；进而将母星座C⁺在X轴上的投影分别旋转角度α,β,γ，构造单个资源块叠加3个用户的星座图；在保持α固定的基础上，以最大化单个资源块上叠加的3个用户的星座点间的和距离函数f(α,β,γ)，得到优化后的旋转角β,γ；最后，根据α及对应的优化角度β,γ设计的操作因子矩阵Δ_j，并结合映射矩阵V_j，将二维母星座C⁺经过映射得到6个用户的码本U_j,j＝1,2,...,6。该方法通过两次优化计算，分别最大化了每个用户4个星座点间的和距离和每个资源块上叠加的3个用户的星座间点的和距离，从而提升了系统误比特率性能。

主权项

1.一种基于最大化星座点和距离的SCMA码本设计方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：S1：将QPSK星座旋转角度限定形成旋转后的星座C，将C投影到相互正交的两个坐标轴上，根据单个坐标轴上的4个投影点的位置，构造投影点和距离函数通过最大化得到优化后的旋转角度将旋转角度为的星座C作归一化后的星座为母星座C⁺；S2：将母星座C+在X轴上的投影，分别旋转角度α,β,γ，构造单个资源块上叠加的3个用户的星座图，固定角度α，使单个资源块上叠加的3个用户的星座点间的和距离函数f(α,β,γ)最大化，得到优化后的角度β,γ；S3：根据角度α及对应的优化后的角度β,γ，设计操作因子矩阵Δj，并结合对应的映射矩阵Vj，将二维四点母星座C+映射成适用于6个用户的稀疏码本Uj，j＝1,2,...6；在步骤S1中，QPSK星座包含两种形式，用矩阵表示为：其中，上述矩阵的第一行表示QPSK星座的星座点的横坐标，第二行表示QPSK星座的星座点的纵坐标；QPSK1星座的四个星座点的相位分别为45,135,225,315，QPSK2星座的相位分别为：0,90,180,270；其中，QPSK星座图中有4个星座点，且4个星座点位于同一个圆上，4个星座点中相邻两个星座点分别与原点连线的夹角为90，星座点和原点的距离表示调制后的信号的幅值，信号点与原点间连线与X轴正半轴夹角表示调制后信号的相位；在步骤S1中，旋转角度后的QPSK星座C用矩阵表示为：由于QPSK星座的正交性和对称性，在对QPSK星座进行逆时针旋转的过程中，其分别在两个正交坐标轴上的投影点间的距离随旋转角度的变化方式都相同，即C在两个正交的坐标轴上的投影点的和距离函数相同，因此，只需计算一个坐标轴上投影点的和距离函数即可；此外，在QPSK星座旋转过程中，其在两个相互正交的坐标轴上的投影点间的和距离函数都随着旋转角度以为周期变化，单个周期内的距离变化特征足够表征整个区间距离变化特征，即可限定的范围为正如此，最大化每个坐标轴上的投影点在区间内的和距离函数就转化为最大化单个坐标轴上的投影点在区间内的和距离函数；求出C在单个坐标轴上投影点的和距离函数为：从而，步骤S1中的优化问题等价描述为：由上述优化式可以求出最优旋转角将代入C中得到：将C作归一化后得到母星座C+为：其中，归一化是指使得母星座C⁺在每个坐标轴上的4个投影点的平均功率为即使得单个资源块上叠加的3个用户的平均功率之和为1。