基于稀疏碼多址接入系統(tǒng)的自適應(yīng)編碼調(diào)制方案與資源調(diào)度方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及自適應(yīng)編碼調(diào)制方案與資源調(diào)度方法，特別設(shè)及基于稀疏碼多址接入 系統(tǒng)的自適應(yīng)編碼調(diào)制方案與資源調(diào)度方法；
【背景技術(shù)】
[0002] 稀疏碼多址接入(SCMA)是一種新型的非正交多址接入方式，是華為針對(duì)高頻譜利 用效率而提出的一種高速傳輸技術(shù)，該空口技術(shù)已被列為5G移動(dòng)通信候選標(biāo)準(zhǔn)，相比于傳 統(tǒng)的多址接入技術(shù)，它具有容量高時(shí)延小傳輸速率快等優(yōu)點(diǎn)，抗多徑能力強(qiáng)，同時(shí)也克服了 CDMA遠(yuǎn)近效應(yīng)的不足。
[0003] 但目前關(guān)于SCMA的相關(guān)研究仍然十分有限，許多理論方面的研究仍為空白，W自 適應(yīng)調(diào)制編碼(Adaptive Modulation and Coding,AMC)技術(shù)為例，在LTE系統(tǒng)中相關(guān)研究 已較為成熟，但針對(duì)于SCMA系統(tǒng)AMC相關(guān)技術(shù)方面的研究則少之又少。由此帶來(lái)的問(wèn)題是， 固定調(diào)制編碼方式的SCMA系統(tǒng)不能夠根據(jù)信道條件的變化動(dòng)態(tài)地選擇適當(dāng)?shù)木幋a調(diào)制方 案，導(dǎo)致難W在系統(tǒng)吞吐量和傳輸鏈路質(zhì)量中得W權(quán)衡，從而無(wú)法實(shí)現(xiàn)多用戶情況系統(tǒng)資 源的最優(yōu)分配。此外，針對(duì)于SCMA系統(tǒng)的資源分配算法同樣也少有人研究，而合理的資源分 配算法能夠?qū)ο到y(tǒng)的吞吐量和公平性進(jìn)行兼顧，對(duì)系統(tǒng)整體的性能帶來(lái)較大的提升。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了解決固定調(diào)制編碼方式的SCMA系統(tǒng)不能夠根據(jù)信道條件的 變化動(dòng)態(tài)地選擇適當(dāng)?shù)木幋a調(diào)制方案，導(dǎo)致難W在系統(tǒng)吞吐量和傳輸鏈路質(zhì)量中得W權(quán) 衡，從而無(wú)法實(shí)現(xiàn)多用戶情況系統(tǒng)資源的最優(yōu)分配的問(wèn)題，而提出的基于稀疏碼多址接入 系統(tǒng)的自適應(yīng)編碼調(diào)制方案與資源調(diào)度方法。
[0005] 上述的發(fā)明目的是通過(guò)W下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0006] 步驟一、建立系統(tǒng)模型;建立蜂窩網(wǎng)多小區(qū)系統(tǒng)，在蜂窩網(wǎng)多小區(qū)系統(tǒng)中任選一小 區(qū)，并采用稀疏碼多址SCM方式將該小區(qū)的參與調(diào)度的用戶接入到蜂窩網(wǎng)多小區(qū)系統(tǒng)中；
[0007] 其中，多小區(qū)的系統(tǒng)中的每個(gè)小區(qū)為正六邊形，半徑為500m;且每個(gè)小區(qū)均與六個(gè) 小區(qū)相鄰，并且參與調(diào)度的用戶只隨機(jī)分布在每個(gè)小區(qū)中；參與調(diào)度的用戶仿真的業(yè)務(wù)均 為實(shí)時(shí)視頻流業(yè)務(wù);實(shí)時(shí)視頻流業(yè)務(wù)要求的保證數(shù)據(jù)傳輸速率為256化PS;
[000引該蜂窩網(wǎng)多小區(qū)SCMA系統(tǒng)中規(guī)定頻域上每四個(gè)子載波和時(shí)域上每個(gè)子帖組成一 個(gè)子載波組，記每個(gè)子帖的長(zhǎng)度為1個(gè)調(diào)度周期，從而每個(gè)調(diào)度周期內(nèi)組成75個(gè)子載波組 SCC;所有的子載波組都參與小區(qū)內(nèi)的用戶調(diào)度;75個(gè)子載波組共占據(jù)5MHz帶寬；
[0009] 步驟二、基于最大化最小乘機(jī)距離準(zhǔn)則構(gòu)造出一對(duì)4點(diǎn)的SCMA碼本、一對(duì)8點(diǎn)的 SCMA碼本和一對(duì)16點(diǎn)的SCMA碼本；
[0010] 步驟S、在步驟一中選擇的小區(qū)中，根據(jù)瞬時(shí)下行SINR值，用戶在每個(gè)調(diào)度周期 TTI都將相應(yīng)的CQI值報(bào)告給基站，基站根據(jù)上報(bào)的CQI信息及時(shí)調(diào)整和更新用戶的信道條 件信息，從而實(shí)現(xiàn)在多用戶情況下進(jìn)行系統(tǒng)資源的最優(yōu)分配；
[0011] 步驟四、根據(jù)多用戶情況下進(jìn)行系統(tǒng)資源的最優(yōu)分配的結(jié)果，對(duì)自適應(yīng)調(diào)制編碼 后的用戶進(jìn)行資源調(diào)度；
[0012] 其中，對(duì)自適應(yīng)調(diào)制編碼后的用戶進(jìn)行資源調(diào)度具體過(guò)程如下：
[001 ；3 ] (1)、賦值num_TT I = 1，num_TT I 為當(dāng)前調(diào)度時(shí)隙；
[0014] (2)、賦值num_SCC=l，num_SCC為子載波組的編號(hào)，依次為每個(gè)子載波組分配用 戶；
[0015] (3)、根據(jù)優(yōu)先級(jí)公式計(jì)算每個(gè)用戶在當(dāng)前調(diào)度時(shí)隙的優(yōu)先級(jí)數(shù)值:Mi(num_TTI), M2(num_TTI)…Mn(num_；〇2);其中，優(yōu)先級(jí)公式算法為最大吞吐量算法MT或比例公平算法 PF;
[0016] (4)、根據(jù)步驟(3)得出的n個(gè)用戶優(yōu)先級(jí)數(shù)值中挑選出優(yōu)先級(jí)最高的6個(gè)用戶Ki、 K2、K3、K4、Ks、K6 接受調(diào)度；
[0017] (5)、在選出的子載波組上傳輸用戶K適Ks的數(shù)據(jù)，并將此子載波組標(biāo)記為已分配；
[0018] (6)、分別判斷步驟(5)中用戶Ki至Ks獲得數(shù)據(jù)速率是否小于GBR，若Ki至Ks中某個(gè) 用戶獲得數(shù)據(jù)小于GBR，則將此用戶保留在服務(wù)列表Mi(num_TTI)，M2(num_TTI)，-'Mn(num_ TTI)中，若Ki至Ks中某個(gè)用戶獲得數(shù)據(jù)大于GBR，則將此用戶從服務(wù)列表Mi(num_TTI)，M2 (num_TTI)..-Mn(num_TTI)中清除;
[0019] (7)、判斷子載波組是否分配完畢，若沒(méi)有，則重復(fù)步驟(2)~(6)，直至75個(gè)子載波 組分配完畢；
[0020] (8)、num_TTI=num_TTI+l;
[0021] (9)、判斷num_TTI是否等于Ntti，若不相等，則重復(fù)步驟(2)~(8)直至num_TTI等于 系統(tǒng)調(diào)度時(shí)隙總數(shù)目Ntti為止。
[0022] 發(fā)明效果
[0023] 針對(duì)于多用戶稀疏碼多址接入系統(tǒng)，設(shè)計(jì)出與之相匹配的自適應(yīng)調(diào)制編碼方案， 能夠根據(jù)信道條件的變化來(lái)動(dòng)態(tài)地進(jìn)行選擇，并且提出了針對(duì)于SCMA系統(tǒng)的資源分配算 法。
[0024] 本發(fā)明將從SCMA系統(tǒng)的吞吐量和公平性兩個(gè)方面對(duì)MT和PF算法進(jìn)行性能仿真，并 與采用相同調(diào)度算法的正交頻分多址接入（OFDMA)進(jìn)行了對(duì)比。公平性的衡量采用經(jīng)典 化in公平性指數(shù)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)：
I它是一個(gè)歸一化的指標(biāo)，取值范圍為0~ 1。當(dāng)所有分量相等時(shí)為1(最佳公平性），當(dāng)1個(gè)分量攫取了全部資源時(shí)為l/n(n是參與競(jìng)爭(zhēng) 的分量數(shù)KSCMA系統(tǒng)完全采用的是部分3中的調(diào)制編碼方案，其它主要的仿真參數(shù)設(shè)置如 表3所不。
[0025] 表1系統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)置
[0026]
[0027] 圖4對(duì)系統(tǒng)的吞吐量進(jìn)行了仿真。從圖4可W看出，無(wú)論是MT算法還是PF算法，SCMA 系統(tǒng)的吞吐量都要優(yōu)于OFDMA系統(tǒng)，運(yùn)是由于在相同的資源下SCMA系統(tǒng)可W容納更多的用 戶進(jìn)行信息傳輸，雖然在調(diào)制編碼方式上SCMA相比于LTE中0抑MA在調(diào)制階數(shù)和編碼速率上 有所降低，運(yùn)是為了保證接收端有足夠低的誤碼率，但整體看來(lái)，在系統(tǒng)吞吐量上SCMA有著 巨大的優(yōu)勢(shì)。
[0028] 圖5對(duì)用戶間的公平性進(jìn)行了仿真。從圖5可知，在公平性方面SCMA系統(tǒng)與OFDMA系 統(tǒng)相差不大，但SCMA系統(tǒng)略優(yōu)于OFDM系統(tǒng)，運(yùn)主要是因?yàn)樵谝欢ǖ馁Y源下SCMA系統(tǒng)能夠容 納更多的用戶，即更多的用戶能夠接入到系統(tǒng)當(dāng)中，從而對(duì)系統(tǒng)的公平性有所提升。而決定 系統(tǒng)公平性最大的因素則是所采用的調(diào)度算法。
[0029] 從調(diào)度算法的角度來(lái)看，MT算法是將信道條件作為決定用戶在資源分配中優(yōu)先級(jí) 的唯一因素，因此信道條件好的用戶優(yōu)先接受調(diào)度，在載波資源有限的情況下，系統(tǒng)可W充 分利用高質(zhì)量的信道，盡可能發(fā)出更多的包，因此可W獲得更高的系統(tǒng)吞吐量。但不足的 是，一些處于小區(qū)邊緣的用戶由于信道條件不好，一直被分配較少的資源，甚至不被分配資 源，造成無(wú)法接入到系統(tǒng)當(dāng)中，從公平性的角度來(lái)說(shuō)，運(yùn)是所不希望看到的，因此PF算法在 MT算法基礎(chǔ)上除W 了該用戶單位時(shí)間窗內(nèi)的平均吞吐量，也就是說(shuō)考慮了用戶已傳輸?shù)臄?shù) 據(jù)速率，兼顧了用戶間的公平性。
【附圖說(shuō)明】
[0030] 圖1(a)為【具體實(shí)施方式】二提出的QPSKl星座圖；
[0031] 圖1(b)為【具體實(shí)施方式】二提出的QPSK2星座圖；
[0032] 圖2(a)為【具體實(shí)施方式】二提出的經(jīng)旋轉(zhuǎn)后得到的QPSKl星座圖；
[0033] 圖2(b)為【具體實(shí)施方式】二提出的經(jīng)旋轉(zhuǎn)后得到的QPSK2星座圖；
[0034] 圖3(a)為【具體實(shí)施方式】二提出的碼本1的SCMA16點(diǎn)星座圖；
[0035] 圖3(b)為【具體實(shí)施方式】二提出的碼本2的SCMA16點(diǎn)星座圖；
[0036] 圖4為【具體實(shí)施方式】一提出的MT與PF算法下SCMA與OFDM系統(tǒng)吞吐量對(duì)比示意圖；
[0037] 圖5為【具體實(shí)施方式】一提出的MT與PF算法下SCMA與(FDM系統(tǒng)公平性指數(shù)對(duì)比示意 圖。
【具體實(shí)施方式】
【具體實(shí)施方式】 [0038] 一:本實(shí)施方式的基于稀疏碼多址接入系統(tǒng)的自適應(yīng)編碼調(diào)制方案 與資源調(diào)度方法，具體是按照W下步驟制備的：
[0039] 步驟一、建立系統(tǒng)模型;建立蜂窩網(wǎng)多小區(qū)系統(tǒng)，在蜂窩網(wǎng)多小區(qū)系統(tǒng)中任選一小 區(qū)，并采用稀疏碼多址SCM方式將該小區(qū)的參與調(diào)度的用戶接入到蜂窩網(wǎng)多小區(qū)系統(tǒng)中；
[0040] 其中，多小區(qū)的系統(tǒng)中的每個(gè)小區(qū)為正六邊形，半徑為500m;且每個(gè)小區(qū)均與六個(gè) 小區(qū)相鄰，并且參與調(diào)度的用戶只隨機(jī)分布在每個(gè)小區(qū)中；參與調(diào)度的用戶仿真的業(yè)務(wù)均 為實(shí)時(shí)視頻流業(yè)務(wù);實(shí)時(shí)視頻流業(yè)務(wù)要求的保證數(shù)據(jù)傳輸速率(GBR)為256化PS;
[0041] 該蜂窩網(wǎng)多小區(qū)SCMA系統(tǒng)中規(guī)定頻域上每四個(gè)子載波和時(shí)域上每個(gè)子帖(每個(gè)子 帖包括14個(gè)符號(hào)）組成一個(gè)子載波組，記每個(gè)子帖的長(zhǎng)度為1個(gè)調(diào)度周期（Transmission Time Interval，調(diào)度周期），從而每個(gè)調(diào)度周期內(nèi)組成75個(gè)子載波組（5116-carrierCluster，SCC);W子載波組為單位進(jìn)行資源調(diào)度;所有的子載波組都參與小