SCMA

本项目SCMA 技术研究的创新点主要包括以下方面的内容。 ① 发送端的稀疏码本设计：稀疏码本设计的好坏，直接决定了可获得的系统性能增益，同时也决定了接收机设计的复杂程度。因此，稀疏码本的设计是SCMA 非正交接入技术的和核心关键。本项目的创新之处在于：将稀疏码本的设计问题抽象为多维空间上的优化问题，进行多维调制和稀疏扩频的联合优化设计，同时兼顾发送信号峰均功率比（PAPR）的要求（尽可能的低）。

② 导频设计与信道估计：由于SCMA 需要应对海量用户接入的场景，因此导频设计若仍采用传统系统的正交方式设计，不能很好地解决系统接入问题。本项目的创新之处在于：引入非正交的方式来设计上行导频结构，同时，针对发送端SCMA 信号的非正交发送方式，优化设计导频的序列和分布图案，以确保大量用户可同时接入。对应地，接收端也进行相应优化的信道估计算法，使得SCMA非正交系统在复杂的信道环境中仍能确保良好的译码性能。

③ 低复杂度下的多用户接收机设计：多用户联合接收机设计是非正交接入引入后所必须考虑的。不同于正交通信系统，非正交接收存在用户间干扰的迭代消除，目标是设计性能逼近最大似然的接收算法，同时保证复杂度在系统硬件和系统时延可承受的范围之内。本项目的创新之处在于：引入消息传递算法（MPA）来进行译码，同时，设计创新的算法和结构来降低计算成本。

④ 进行MIMO-SCMA 的联合设计：SCMA 方案可以结合已有的MIMO 技 术，通过空间复用来提高用户数和吞吐率和空间分集来提高系统可靠

性。本项目的创新之处在于：为了充分利用发挥SCMA 和MIMO 的各自优势，对各自的码本和接收机算法进行优化和联合设计。尤其对于下行MIMO，由于每个预编码向量不再针对单个用户（可认为SCMA 在码域进一步复用了用户），单一预编码向量需同时对多个用户进行了优化，相对于原有的预编码方案，需要新的优化设计，从而取得更好的性能。在接收端，可将MIMO 译码和SCMA 的MPA 译码相结合，进行联合处理，以进一步提高系统性能。预期获得上述创新点研究成果的知识产权主要包括：申请专利不少于2 项（其中包括不少于1 项国际专利），提交标准提案不少于2 项，在国际学术期刊或国际学术会议上发表学术论文不少于4 篇；完成SCMA 技术的仿真分析及典 型场景下的传输方案和通信性能分析。其中，预期在以下方面获得知识产权。

* 低复杂度的SCMA 稀疏码本设计 * 低复杂度的SCMA 检测器设计 * SCMA 稀疏码本的优化方法 * SCMA 多用户接收机设计 *SCMA 符号检测器设计

* SCMA 系统中的非正交导频设计 * SCMA 系统中信道估计方案 * SCMA-MIMO 系统中的空时编码方案 * SCMA-MIMO 系统中预编码设计 * SCMA-MIMO-FBMC 系统中信道估计方案

1）稀疏码多址接入技术（SCMA）

SCMA 技术是在传统的TDMA（2G 核心接入技术）， CDMA（3G 核心接 入技术）和OFDMA（4G 核心接入技术）的正交多址接入技术的基础上引入了非正交的大维度扩展的稀疏函数序列而构成的，可以作为OFDMA 接入方式在未来5G 通信系统中的演进。SCMA 在继承和保持OFDMA 多径宽带系统的实现优势，以及资源灵活应用、发送模式灵活应用的前提下，把CDMA 的优势和思想通过稀疏码设计融入进来，使得相比OFDMA，在同样的资源数下，能接入更多的用户数据流。同时，相比于OFDM 与CDMA 的简单叠加，通过稀疏码本的设计，以及接收端低复杂度检测器的设计，规避系统均衡实现复杂的弊端，使得其应用成为可能。同时，通过稀疏码本的优化设计，可以进一步提升分集和成型增益，进而提升链路层传输可靠性。国际上首次引入SCMA 概念的论文是2008 年由英国萨里大学的Tafazolli教授（英国5G 创新中心创始人）团队发表的[1]，主要是针对性地解决CDMA系统中用户接入量受限的问题，并没有考虑基于OFDM 移动通信系统。在随后 的几年内，该团队陆续发表了多篇SCMA 技术在OFDM 通信系统中应用的问题及其解决方案，并提出LDS-OFDMA 移动通信系统的概念[2]，以及采用EXIT图的方式对该系统进行系统级的性能分析的结果[3]。 相比国外研究的进展，国内在SCMA 技术方面研究的投入还是非常好有限的。但从目前的研究趋势来判断，这一类基于非正交的接入方式成为面向5G 移动通信的候选接入方案的可能性非常大，主要基于以

下分析：

① 为适应5G 移动通信对用户数和吞吐量大幅增长的需求，非正交接入技术基于在有限资源上复用多个用户的接入方式必然是下一代无线空口技术突破瓶颈的必经途径；

② 数字信号处理芯片能力随着摩尔定律逐年提升，令人望而却步的非正交解码复杂度问题也逐渐趋于平缓，使得发展该技术成为了一种可能；

③ 通过稀疏码的设计和优化，可以简化接收端的多用户检测器设计、提高发送端的分集增益，进而在降低复杂度的同时提升系统鲁棒性。 华为技术有限公司从2009 年起也投入了对非正交过载多址接入方式的基础研究工作，其中华为瑞典研究所的专家J. van de Beek 和B. M. Popovic 就于2009年全球通信大会上发表了关于采用稀疏特征矩阵进行多址接入的技术方案[4]。由于关注到萨里大学Tafazonlli 教授团队在该方向上的创新成果，公司在2011年与该教授签订了长期合作协议，并于2012 年合作发表了关于LDS-OFDM 方案的接收机设计论文[5]。2012 年华为加拿大研究所的专家也独立研究出了采用 稀疏码方式进行多址接入的新技术，即SCMA[6]，为研究非正交过载多址接入提供了一种新的技术手段。 主要参考文献

[1] R. Hoshyar, F. P. Wathan, and R. Tafazolli. Novel low-density signature for synchronousCDMA systems over AWGN channel, IEEE Trans. Signal Process., vol. 56, no. 4, pp.

1616-1626, 2008.

[2] R. Hoshyar, R. Razavi, and M. Al-Imari. LDS-OFDM an efficient multiple access technique,in Proc. 2010 IEEE Veh. Technol. Conf., pp. 1-5.

[3] R. Razavi, M. Ali Imran, and R. Tafazolli. EXIT chart analysis for turbo LDS-OFDMreceivers, in Proc. 2011 Int. Wireless Commun. Mobile Comput. Conf., pp. 354-358.

[4] J. Van De Beek and B. M. Popovic. Multiple access with low-density signatures, in Proc. 2009IEEE Global Commun. Conf., pp. 1-6.

[5] R. Razavi, M. AL-Imari, M. Ali Imran, R. Hoshyar, and D. Chen. On receiver design foruplink low density signature OFDM (LDS-OFDM), IEEE Trans. Commun., vol. 60, no. 11,pp. 3499-3508, 2012.

[6] H. Nikopour and H. Baligh. Sparse code multiple access, in Proc. 2013 IEEE Personal Indoorand Mobile Radio Commun. Conf., pp. 332-336.

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/k0or.html