SCMA上行接收机低复杂度算法研究与实现

• 作 者: 李佳
• 出 处: 重庆邮电大学
• 发表日期: 2020年01期
• 关键词: 第五代移动通信 稀疏码多址接入 消息传递算法 定点仿真

近年来,移动通信技术发展迅速,人与人之间的交流变得更为方便。第五代移动通信(5th Generation of Mobile Communication System,5G)面临更高频谱效率和海量设备连接,这对5G空中技术是一个巨大的挑战。移动通信中的多址接入分为正交接入和非正交接入。正交接入的特征是基于正交资源分配,接收机复杂度相对较低,但存在连接数量有限的问题。为了更好地满足未来移动通信的要求,非正交多址可在相同时频资源上复用不同用户的信息。其中,稀疏码多址接入(Sparse Code Multiple Access,SCMA)是一种基于码本的非正交接入技术,可有效地提升频谱利用率和用户连接数。然而当前SCMA系统的检测算法复杂度较高,且无法直接应用于实际系统。因此,本文的研究目的是降低接收机的复杂度并进行定点实现。具体研究内容如下:1.针对目前检测算法复杂度较高的问题,本文分析了现有的检测算法,提出两种新的动态检测算法,即DS-MPA和DRC-MPA。DS-MPA算法的主要思想是根据消息传递算法的收敛特性,将剩余值计算方式作为其收敛程度的判断,从而确定下一次迭代所用的因子图。所得因子图是原始因子图的删减版,检测算法可以根据所生成的因子图进行信号检测,该算法在保证性能的情况下,计算复杂度大约降低1/3。针对所需遍历组合过多的问题,提出DRC-MPA解决方案,在迭代过程中剔除不可靠的码字,缩减星座组合点数量,从而达到降低复杂度的目的。本文提出的两种算法可以结合使用,在保证性能的情况下,算法复杂度的降低更为明显,甚至可达50%。2.为了便于工程实现,本文对MPA算法进行对数域的改进,并进行了定点仿真。改进算法有LOG-MPA和MAX-LOG-MPA,然而LOG-MPA无法有效地解决对数域问题;MAX-LOG-MPA虽然能完全解决对数问题,但是存在性能损失。因此本文提出新的定点实现方案,灵活地补偿MAX-LOG-MPA的损失部分。通过仿真实验表明,在不增加复杂度的同时,有效地改善了误码性能。另外,本文通过统计分析检测过程中所需要存储的数据,并对其进行定点量化,在性能和量化位数上达到平衡。