1.1 研究目的及意义

在现如今的社会，人们的日常生活、工作以及各个方面在移动互联网的影响下，变得更加方便和灵活，移动通信的飞跃式发展不断改变着人们的生活方式。随着智能设备的普遍化，移动大数据正在急速增长，第四代移动通信技术（The Fourth Generation of Mobile Communication Systems，4G）将无法继续满足数据量的增长。因此，在移动互联网和物联网这两大驱动力的支持下，第五代移动通信技术（The Fifth Generation of Mobile Communication Systems，5G）具有了广阔的发展前景。与4G相比，优化速率、优化时延、优化设备连接数量，最终实现万物互联是我们对5G技术的要求。由于正交多址技术的接入用户数量与正交资源成正比，正交资源总量限制了可同时接入的用户数量，并不能满足5G的技术要求。因此，国内外的研究人员提出了非正交多址接入（Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA）。

NOMA技术能够在很大程度上提高无线网络系统的容量并满足大量连接的需求。在发送端采用非正交发送，主动引入干扰信息，即对不同的用户分配不同的信号功率，接着发送叠加码，在接收端利用串行干扰删除技术实现正确解调，检测出用户各自的信号。

稀疏码多址接入(Sparse Code Multiple Access,SCMA)技术是NOMA技术之一，是由华为公司所提出的第二个第五代移动通信网络全新空口核心技术，引入稀疏编码对照簿，通过实现多个用户在码域的多址接入来实现无线频谱资源利用效率的提升。SCMA是为了适应5G需求而被提出的，为了进一步优化此技术，目前针对SCMA高维码本设计复杂度高且与接收机检测模块复杂度密切相关的特点进行研究，对高维码本进行优化设计，以提升无线频谱资源的利用效率。

1.2 国内外研究现状

截止到目前，5G 标准下的多址技术有非正交多址接入（Non-orthogonalMultiple Access, NOMA），多用户共享接入（Multiple User Shared Access, MUSA），图样分割多址接入（Pattern Division Multiple Access, PDMA）技术，稀疏码多址接入（Sparse Code Multiple Access, SCMA）技术。近几年来，对于这些5G 标准，许多研究公司和国内外学校都投入了大量人才和精力进行研究和验证。

日本NTT DoCoMo公司早在2010年就开始了有关NOMA技术的研究，并且已经提出了比较系统化的方案。在NTT DoCoMo提出的5G构想中，各种蜂窝小区中将采用很多新技术。例如，在使用800MHz频带及2GHz频带等的宏蜂窝中采用NOMA的接入方式。以前只能为单一的无线资源(比如按频率和时间分割的块)分配一个用户，而NOMA方式可将一个资源分配给多个用户。该公司通过模拟，验证了在城市地区采用NOMA的效果，并已证实，采用该方法可使无线接入宏蜂窝的总吞吐量提高50%左右。

SCMA技术是由低密度签名多址接入（Low Density Signature Multiple Access，LDSMA）技术发展而来的。2008年，英国Surrey大学和华为公司共同提出了LDSMA技术，其发送端通过低密度签名矩阵对不同用户的信息扩频，接收端则利用消息传递算法（Message Passing Algorithm，MPA）来检测接收信号。在2013年，华为结合了LDSMA技术与四维调制技术以解决高阶调制系统中LDSMA技术不佳表现的弊端，即提出了SCMA技术。SCMA技术使用户的编码比特能够直接映射为稀疏的负数向量，即SCMA码字。接收端仍旧沿用LDSMA技术中使用的MAP接收机。对SCMA技术的深入研究将对我们进入5G时代具有极大的推动作用。5G时代，万物两联，万物之间的联系紧密增强，这种统一的连接架构将会把移动技术的优势扩展到全新行业，并创造全新商业模式，促进社会的整体进步。

2. 研究的基本内容与方案

为提高5G中的多址接入效率以解决未来海量智能用户的接入问题,非正交多址接入技术(Non-orthogonal Multiple Access,NOMA)起到关键性作用。本选题要求对NOMA技术之一的稀疏码多址接入(Sparse Code Multiple Access,SCMA)技术展开研究,并重点针对SCMA高维码本设计复杂度高且与接收机检测模块复杂度密切相关的特点进行了研究，对高维码本进行优化设计。

SCMA的基本思想是在发送端通过SCMA编码器将多个用户的比特数据映射为复数域的多维稀疏码字，然后将所有用户的多维稀疏码字非正交叠加到相同的物理资源上进行传输，在接收端通过MPA算法实现低复杂度的解码。由于SCMA码本设计将直接影响接收机的复杂度，系统的过载率，以及整个通信性能，所以目前研究的关键之一是码本设计。本设计将从实现星座点间最小欧氏距离最大化的方向出发。首先生成各资源块上所有有效用户的母星座图，然后利用网格编码调制(Trellis Coded Modulation，TCM)中的子集分割法，从资源块上的总星座图上生成资源块上有效用户各自的星座图，最后结合低密度扩频码进行码本设计; 在接收机端，采用消息传递算法( Message Passing Algorithm，MPA) 对接收到的信号进行译码。最终进行仿真，对优化后的码本及传统码本进行误码率性能方面的比较。