基于稀疏码多址接入系统的自适应编码调制方案与资源调度方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及自适应编码调制方案与资源调度方法，特别设及基于稀疏码多址接入 系统的自适应编码调制方案与资源调度方法；
【背景技术】
[0002] 稀疏码多址接入(SCMA)是一种新型的非正交多址接入方式，是华为针对高频谱利 用效率而提出的一种高速传输技术，该空口技术已被列为5G移动通信候选标准，相比于传 统的多址接入技术，它具有容量高时延小传输速率快等优点，抗多径能力强，同时也克服了 CDMA远近效应的不足。
[0003] 但目前关于SCMA的相关研究仍然十分有限，许多理论方面的研究仍为空白，W自 适应调制编码(Adaptive Modulation and Coding,AMC)技术为例，在LTE系统中相关研究 已较为成熟，但针对于SCMA系统AMC相关技术方面的研究则少之又少。由此带来的问题是， 固定调制编码方式的SCMA系统不能够根据信道条件的变化动态地选择适当的编码调制方 案，导致难W在系统吞吐量和传输链路质量中得W权衡，从而无法实现多用户情况系统资 源的最优分配。此外，针对于SCMA系统的资源分配算法同样也少有人研究，而合理的资源分 配算法能够对系统的吞吐量和公平性进行兼顾，对系统整体的性能带来较大的提升。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是为了解决固定调制编码方式的SCMA系统不能够根据信道条件的 变化动态地选择适当的编码调制方案，导致难W在系统吞吐量和传输链路质量中得W权 衡，从而无法实现多用户情况系统资源的最优分配的问题，而提出的基于稀疏码多址接入 系统的自适应编码调制方案与资源调度方法。
[0005] 上述的发明目的是通过W下技术方案实现的：
[0006] 步骤一、建立系统模型;建立蜂窝网多小区系统，在蜂窝网多小区系统中任选一小 区，并采用稀疏码多址SCM方式将该小区的参与调度的用户接入到蜂窝网多小区系统中；
[0007] 其中，多小区的系统中的每个小区为正六边形，半径为500m;且每个小区均与六个 小区相邻，并且参与调度的用户只随机分布在每个小区中；参与调度的用户仿真的业务均 为实时视频流业务;实时视频流业务要求的保证数据传输速率为256化PS;
[000引该蜂窝网多小区SCMA系统中规定频域上每四个子载波和时域上每个子帖组成一 个子载波组，记每个子帖的长度为1个调度周期，从而每个调度周期内组成75个子载波组 SCC;所有的子载波组都参与小区内的用户调度;75个子载波组共占据5MHz带宽；
[0009] 步骤二、基于最大化最小乘机距离准则构造出一对4点的SCMA码本、一对8点的 SCMA码本和一对16点的SCMA码本；
[0010] 步骤S、在步骤一中选择的小区中，根据瞬时下行SINR值，用户在每个调度周期 TTI都将相应的CQI值报告给基站，基站根据上报的CQI信息及时调整和更新用户的信道条 件信息，从而实现在多用户情况下进行系统资源的最优分配；
[0011] 步骤四、根据多用户情况下进行系统资源的最优分配的结果，对自适应调制编码 后的用户进行资源调度；
[0012] 其中，对自适应调制编码后的用户进行资源调度具体过程如下：
[001 ；3 ] (1)、赋值num_TT I = 1，num_TT I 为当前调度时隙；
[0014] (2)、赋值num_SCC=l，num_SCC为子载波组的编号，依次为每个子载波组分配用 户；
[0015] (3)、根据优先级公式计算每个用户在当前调度时隙的优先级数值:Mi(num_TTI), M2(num_TTI)…Mn(num_；〇2);其中，优先级公式算法为最大吞吐量算法MT或比例公平算法 PF;
[0016] (4)、根据步骤(3)得出的n个用户优先级数值中挑选出优先级最高的6个用户Ki、 K2、K3、K4、Ks、K6 接受调度；
[0017] (5)、在选出的子载波组上传输用户K适Ks的数据，并将此子载波组标记为已分配；
[0018] (6)、分别判断步骤(5)中用户Ki至Ks获得数据速率是否小于GBR，若Ki至Ks中某个 用户获得数据小于GBR，则将此用户保留在服务列表Mi(num_TTI)，M2(num_TTI)，-'Mn(num_ TTI)中，若Ki至Ks中某个用户获得数据大于GBR，则将此用户从服务列表Mi(num_TTI)，M2 (num_TTI)..-Mn(num_TTI)中清除;
[0019] (7)、判断子载波组是否分配完毕，若没有，则重复步骤(2)~(6)，直至75个子载波 组分配完毕；
[0020] (8)、num_TTI=num_TTI+l;
[0021] (9)、判断num_TTI是否等于Ntti，若不相等，则重复步骤(2)~(8)直至num_TTI等于 系统调度时隙总数目Ntti为止。
[0022] 发明效果
[0023] 针对于多用户稀疏码多址接入系统，设计出与之相匹配的自适应调制编码方案， 能够根据信道条件的变化来动态地进行选择，并且提出了针对于SCMA系统的资源分配算 法。
[0024] 本发明将从SCMA系统的吞吐量和公平性两个方面对MT和PF算法进行性能仿真，并 与采用相同调度算法的正交频分多址接入（OFDMA)进行了对比。公平性的衡量采用经典 化in公平性指数作为评价指标：
I它是一个归一化的指标，取值范围为0~ 1。当所有分量相等时为1(最佳公平性），当1个分量攫取了全部资源时为l/n(n是参与竞争 的分量数KSCMA系统完全采用的是部分3中的调制编码方案，其它主要的仿真参数设置如 表3所不。
[0025] 表1系统仿真参数设置
[0026]
[0027] 图4对系统的吞吐量进行了仿真。从图4可W看出，无论是MT算法还是PF算法，SCMA 系统的吞吐量都要优于OFDMA系统，运是由于在相同的资源下SCMA系统可W容纳更多的用 户进行信息传输，虽然在调制编码方式上SCMA相比于LTE中0抑MA在调制阶数和编码速率上 有所降低，运是为了保证接收端有足够低的误码率，但整体看来，在系统吞吐量上SCMA有着 巨大的优势。
[0028] 图5对用户间的公平性进行了仿真。从图5可知，在公平性方面SCMA系统与OFDMA系 统相差不大，但SCMA系统略优于OFDM系统，运主要是因为在一定的资源下SCMA系统能够容 纳更多的用户，即更多的用户能够接入到系统当中，从而对系统的公平性有所提升。而决定 系统公平性最大的因素则是所采用的调度算法。
[0029] 从调度算法的角度来看，MT算法是将信道条件作为决定用户在资源分配中优先级 的唯一因素，因此信道条件好的用户优先接受调度，在载波资源有限的情况下，系统可W充 分利用高质量的信道，尽可能发出更多的包，因此可W获得更高的系统吞吐量。但不足的 是，一些处于小区边缘的用户由于信道条件不好，一直被分配较少的资源，甚至不被分配资 源，造成无法接入到系统当中，从公平性的角度来说，运是所不希望看到的，因此PF算法在 MT算法基础上除W 了该用户单位时间窗内的平均吞吐量，也就是说考虑了用户已传输的数 据速率，兼顾了用户间的公平性。
【附图说明】
[0030] 图1(a)为【具体实施方式】二提出的QPSKl星座图；
[0031] 图1(b)为【具体实施方式】二提出的QPSK2星座图；
[0032] 图2(a)为【具体实施方式】二提出的经旋转后得到的QPSKl星座图；
[0033] 图2(b)为【具体实施方式】二提出的经旋转后得到的QPSK2星座图；
[0034] 图3(a)为【具体实施方式】二提出的码本1的SCMA16点星座图；
[0035] 图3(b)为【具体实施方式】二提出的码本2的SCMA16点星座图；
[0036] 图4为【具体实施方式】一提出的MT与PF算法下SCMA与OFDM系统吞吐量对比示意图；
[0037] 图5为【具体实施方式】一提出的MT与PF算法下SCMA与(FDM系统公平性指数对比示意 图。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0038] 一:本实施方式的基于稀疏码多址接入系统的自适应编码调制方案 与资源调度方法，具体是按照W下步骤制备的：
[0039] 步骤一、建立系统模型;建立蜂窝网多小区系统，在蜂窝网多小区系统中任选一小 区，并采用稀疏码多址SCM方式将该小区的参与调度的用户接入到蜂窝网多小区系统中；
[0040] 其中，多小区的系统中的每个小区为正六边形，半径为500m;且每个小区均与六个 小区相邻，并且参与调度的用户只随机分布在每个小区中；参与调度的用户仿真的业务均 为实时视频流业务;实时视频流业务要求的保证数据传输速率(GBR)为256化PS;
[0041] 该蜂窝网多小区SCMA系统中规定频域上每四个子载波和时域上每个子帖(每个子 帖包括14个符号）组成一个子载波组，记每个子帖的长度为1个调度周期（Transmission Time Interval，调度周期），从而每个调度周期内组成75个子载波组（5116-carrierCluster，SCC);W子载波组为单位进行资源调度;所有的子载波组都参与小