基于SCMA的蜂窩系統(tǒng)下行鏈路無線資源管理研究.pdf

1、5G網(wǎng)絡(luò)在用戶連接、系統(tǒng)容量、時(shí)延、穩(wěn)定性和服務(wù)質(zhì)量等方面對下一代通信技術(shù)尤其是多址接入技術(shù)提出了極大的挑戰(zhàn)。非正交多址接入(non-orthogonal multipleaccess，NMA)技術(shù)由于其技術(shù)特性可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)時(shí)頻資源上承載更多用戶數(shù)據(jù)而備受業(yè)界推崇。以華為公司為主提出的稀疏碼分多址接入(Sparse Code Multiple Access，SCMA)技術(shù)就是其中之一。SCMA通過使用稀疏碼本可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的不同過載，且SC

2、MA可以根據(jù)實(shí)際情況靈活配置參數(shù)來產(chǎn)生不同的碼本資源數(shù)，使系統(tǒng)海量鏈接的實(shí)現(xiàn)成為可能，此外SCMA上行鏈路可以采用基于競爭機(jī)制的Grant-Free接入機(jī)制，從而大大降低系統(tǒng)時(shí)延及信令開銷，因此，其在滿足5G通信需求方面存在巨大潛能。
　　鑒于無線資源管理(Radio Resource Management，RRM)在各種無線通信網(wǎng)絡(luò)的重要意義以及SCMA技術(shù)與5G通信需求之間的高度契合，本文研究基于SCMA的無線通信系統(tǒng)中的RR

3、M將具有重要的理論及現(xiàn)實(shí)意義。
　　本文主要針對基于SCMA的無線蜂窩系統(tǒng)下行鏈路中進(jìn)行了RRM研究。由于SCMA這一新的多址技術(shù)的引入，使系統(tǒng)中無線資源基本單元將由時(shí)域、頻域、SCMA碼域等多個(gè)維度來共同定義，且SCMA碼本還與時(shí)頻域之間有密切的關(guān)聯(lián)關(guān)系。鑒于該關(guān)聯(lián)關(guān)系以及無線信道所具有的頻選衰落特性，故當(dāng)下行用戶使用不同SCMA碼本或?qū)⑼淮a本分配給不同下行用戶使用時(shí)，將獲得不同的系統(tǒng)性能。但目前關(guān)于SCMA的研究中對用戶使用

4、碼本都是隨機(jī)選擇的，因此在本文SCMA無線蜂窩下行鏈路模型中，將采用一種基于信道狀態(tài)信息（Channel State Information, CSI）的SCMA碼本選擇方案，來最大化系統(tǒng)容量。此外，由于功率管控也是RRM的重要內(nèi)容，而目前SCMA研究中還沒有有效的功率管控方案成果，因此本文也對SCMA下行鏈路功率分配方案進(jìn)行了研究，主要在基于CSI的碼本選擇結(jié)果基礎(chǔ)上，借鑒經(jīng)典的注水功率分配算法來進(jìn)一步優(yōu)化SCMA系統(tǒng)容量。同時(shí)為與S

5、CMA系統(tǒng)進(jìn)行同步比較，本文也對具有相同系統(tǒng)資源數(shù)目配置、采用類似資源分配算法的OFDMA下行鏈路系統(tǒng)容量進(jìn)行了仿真。仿真結(jié)果表明，本文基于CSI的SCMA碼本選擇策略及功率分配算法比現(xiàn)有研究常用的碼本隨機(jī)選擇及功率均分方案下的系統(tǒng)容量性能表現(xiàn)更佳，同時(shí)由于SCMA的過載特性，相比OFDMA系統(tǒng)也能獲得更好的系統(tǒng)容量性能。最后本文還就SCMA下行鏈路的其他三種場景（SU-SCMA、單用戶多SCMA層/碼本傳輸以及用戶QoS保障要求），對