式距離 最大化。
[0042] 步驟203,構(gòu)造映射矩陣。映射矩陣F有如下要求：
[0043] (1)每行每列中1的個數(shù)必須足夠少，運里，每列中1的個數(shù)為R，每行中1的個數(shù)為 df O
[0044] (2)構(gòu)成的因子圖必須全部連通。
[0045] 上述要求與LDPC矩陣的要求非常相似。因此，任何LDPC矩陣可W用作此處的F矩 陣，F(xiàn)矩陣可W通過手動設(shè)計或從已設(shè)計好的LDPC矩陣中得到。
[0046] 步驟204,結(jié)合映射矩陣和用戶對應(yīng)的子集星座，生成用戶與資源塊對應(yīng)的星座矩 陣。用戶碼本可W表示成NXM的矩陣，具體排列結(jié)構(gòu)由F矩陣確定：
[0047]
[004 引且：Srand(i), n 辛 Srand( j) ,n(i,jE{l,2, . . . ,df})其中 CBk, n 表不用戶k 在資源塊 n 上可 能的取值集合。Srand(p),n表示集合{Sl,n，S2,n，. . .，Sdf,n}隨機(jī)重排后的第P個值。
[0049]步驟205,由星座矩陣生成碼本。CBk,n構(gòu)成的星座矩陣中，行代表資源塊，列代表用 戶，星座矩陣中的值由信號的星座和0構(gòu)成。其中每列k，對應(yīng)用戶k占據(jù)的資源塊及其對應(yīng) 的星座圖，將CBk,n中每一列展開成NXM矩陣，構(gòu)成3維矩陣，第一維度n表示資源塊，第二維 度m表示碼字，第=維度k表示用戶，第一維度和第二維度對應(yīng)的矩陣即為每個用戶對應(yīng)的 碼本，由此得到J個用戶的碼本設(shè)計如下式：
[0051] CBk,n(m)表示用戶k在資源塊n的第m個碼字的值。
[0052] 下面W6個用戶在4個資源塊上傳輸，每個用戶實際占用兩個資源塊為例，來說明 簡易碼本的設(shè)計過程。然后通過與5G算法創(chuàng)新競賽中提供的碼本進(jìn)行仿真對比，來說明本 發(fā)明提供的碼本設(shè)計方案的可行性及性能。
[0化3] 此時，J = 6，N = 4，R = 2。由此可W計算出，每個資源塊上實際傳輸?shù)挠脩魯?shù)為：df = 6X2/4 = 3,過載率為:A = 6/4 = 150%dF矩陣采用下式：
[0055] 假設(shè)用戶每次傳輸化it,即M=4,由（6)知，每個資源塊上的星座點數(shù)為L = 4 ? 3 = 12。
[0056] 對應(yīng)各資源塊上的總星座可采用12PSK星座圖表示，總星座點數(shù)為12,然后采用 TCM子集分割法將運些星座點分配給3個用戶，保證分割之后各子星座內(nèi)的星座點間最小歐 式距離最大化，對應(yīng)的子集劃分圖如圖4所示。
[0057] 在分割之前，星座點之間的最小歐式距離為：
[0059]分割之后，星座點之間的最小歐式距離為：
[0061] 每個用戶的符號映射到一個子集星座上，從而保證用戶內(nèi)星座點間最小歐式距離 最大化。
[0062] 本例中每個資源塊上實際傳輸3個用戶，且3個用戶選擇的子集星座是隨機(jī)的。因 此，用戶與子集星座之間有多種對應(yīng)關(guān)系，其中一種對應(yīng)關(guān)系圖如圖5所示。圖5中，白色星 座點表示子集星座1，灰色星座表示子集星座2，黑色星座表示子集星座3。
[0063] 從圖5中也可W看到，各資源塊上承載的用戶是不同的，同一資源塊上的不同用戶 對應(yīng)的星座圖合并起來，就是前面所說的12PSK星座圖。同時也可W看到，同一用戶的信息 會在不同的資源塊上同時傳輸，從而保證了在高過載率條件下，譯碼的準(zhǔn)確性。
[0064]通過圖5的對應(yīng)關(guān)系圖，生成的每個用戶的碼本如表1所示。運里W計算用戶3對應(yīng) 的碼本的第2個碼字的值來進(jìn)行說明，假設(shè)第1個碼字到第4個碼字分別對應(yīng)星座圖上的第 一到第四象限。因此第2個碼字對應(yīng)星座圖上第二象限的值。映射矩陣F可W看出，用戶3的 碼字結(jié)構(gòu)為Fn,3=[1 1 0 0]巧陽矩陣中的第3列，它表示用戶3只在資源塊1，2上傳輸信號。 所求C3,n(2)向量中的第1個元素的值為用戶3在資源塊1上的星座圖的第二象限上的值，即 為-0.966+0.2591，第2個元素對應(yīng)位置的值為用戶3在資源塊2上的星座圖的第二象限上的 值，即為-0.966+0.2591，第3個元素和第4個元素對應(yīng)的值為0,由此可得用戶3碼本的第2個 碼字的值為：
[0066] 同理可W計算出其它用戶的碼字，進(jìn)而得到6個用戶的TCM碼本。
[0067] 表1 6個用戶碼本
[0070] 在高斯白噪聲下，通過上述方案設(shè)計出來的TCM碼本，與5G競賽中用到的碼本，在 采用1/2碼率turk)編碼，并采用MPA算法譯碼，得到的BER-SNR性能仿真曲線如圖6所示。從 圖6中可W看到，本發(fā)明提出的TCM碼本在對抗高斯白噪聲時有較好的性能，當(dāng)化rbo碼碼率 為1/2時，本文提出的TCM碼本相比于5G算法創(chuàng)新競賽中的碼本，能有效提高2地的性能。
[0071] 不同過載率條件下的性能比較：
[0072] 依然采用上文描述的方法來設(shè)計碼本，設(shè)N=6，R = 2,則可計算出，最大用戶數(shù)為： J=15,即此時最多可同時傳輸15個用戶，運里，取九=6^2 = 9，九=12^4=15，對應(yīng)每個資 源塊上實際傳輸?shù)挠脩魯?shù)分別為:(1:1 = 2成2 = 3此3 = 4此4 = 5，不同用戶數(shù)下的過載率分 別為:人 1= 100%，人2 = 150%，人3 = 200%，人4=250%。
[0073]不同過載率下映射矩陣F矩陣可W分別表示為：
[0078] 針對W上4種情況，采用1/2碼率turbo編碼，得到的不同過載率條件下的肥R-SNR 性能曲線如圖7所示。
[0079] 從圖7中可W看出，采用本發(fā)明提出的TCM碼本設(shè)計方案在用戶過載條件下依然表 現(xiàn)出良好的性能。同時，也可W看出，誤碼率會隨著過載率的增加而增加。
[0080] 最后說明的是，W上優(yōu)選實施例僅用W說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通 過上述優(yōu)選實施例已經(jīng)對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可W在 形式上和細(xì)節(jié)上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種高斯信道下SCMA簡易碼本設(shè)計方法，其特征在于：該方法中將網(wǎng)格編碼調(diào)制子 集分割法應(yīng)用于碼本設(shè)計，具體包括以下步驟： S1:設(shè)計資源塊上總的星座圖，采用PSK，QAM等星座圖產(chǎn)生，星座點總數(shù)為2W· df;其中W 表示用戶每次傳輸?shù)谋忍財?shù)，df每個資源塊上實際傳輸?shù)挠脩魯?shù)； S2:對總星座進(jìn)行子集分割生成各用戶星座圖； S3:構(gòu)造映射矩陣； S4:結(jié)合映射矩陣和用戶對應(yīng)的子集星座，生成用戶與資源塊對應(yīng)的星座矩陣； S5:由星座矩陣生成碼本。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高斯信道下SCMA簡易碼本設(shè)計方法，其特征在于:在步驟 S2中，采用TCM子集分割法從資源塊上總的星座圖生成資源塊上有效用戶的星座圖，每個用 戶在各資源塊上占據(jù)的星座點數(shù)均為2 W;TCM子集分割法能夠保證同一資源塊上用戶間星 座點間最小歐式距離最大化的同時，保證用戶自身星座點間最小歐式距離最大化。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高斯信道下SCMA簡易碼本設(shè)計方法，屬于通信系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。該方法主要應(yīng)用在高斯信道下，先設(shè)計每個資源塊上所有用戶的總星座圖，然后利用網(wǎng)格編碼調(diào)制(trellis？coded？modulation，TCM)中的子集分割法生成各用戶對應(yīng)的星座，然后構(gòu)造映射矩陣，最后將用戶星座與映射矩陣聯(lián)合構(gòu)造星座矩陣，最后根據(jù)星座矩陣生成碼本。本發(fā)明不僅保證了用戶之間的星座點間最小歐式距離最大化，同時保證了用戶自身星座點間最小歐式距離最大化。因此，應(yīng)用本發(fā)明，系統(tǒng)的誤比特率(bit？error？rate,BER)低，且在高過載率條件下，系統(tǒng)性能也表現(xiàn)良好。
【IPC分類】H04L5/00
【公開號】CN105634712
【申請?zhí)枴緾N201610179117
【發(fā)明人】邵凱, 余貝, 王光宇
【申請人】重慶郵電大學(xué)
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2016年3月25日