移动通信网络经过近40年的发展,对于系统容量、等待时延和可承载的连接数等提出了更加苛刻的需求。下一代移动通信系统中,在保证设备低成本的前提条件下亟需一种新的空口技术来满足上述系统性能需求。稀疏码多址接入(Sparse Code Multiple Access,SCMA)作为5G候选空口技术之一,是一种可以同时满足5G系统中对系统性能的苛刻要求的新型非正交多址接入方式,受到了业界的广泛关注和研究。多址接入是无线通信当中最核心的底层技术之一,它使得无线基站能够区分并且同时服务多个终端用户。现在的系统中大多采用正交的多址接入方式,即多个用户通过在多个维度上正交划分的资源来接入系统,比如频域分、时间分、码序列分等等。在4G系统中,采用的正交频分多址(Orthogonal Frequency Division Multiple Access,OFDMA)技术也是一种正交多址接入方式,它是在二维的时频资源栅格上进行正交接入。正交接入的优势是实现简单,但是它的劣势是:其能承载的用户数和正交资源数是严格成正比的。所以当用户数量变化十分剧烈时,或者有更多用户接入的时候,正交接入技术就不足以满足这样的需求,所以非正交多址接入(Non-orthogonal Multiple Access,NOMA)技术成为当下5G研究当中的重点之一。稀疏码多址接入是一种为了应对5G大容量、海量用户连接以及低等待时延这样的需求而产生的非正交多址接入技术。在发送端经过信道编码后的比特被直接映射为复数域的多维码字,不同用户的发送码字在相同的时频资源上以稀疏扩频的方式非正交叠加,接收端利用这种稀疏特性进行低复杂度的多用户联合检测,然后结合信道译码来完成多用户比特串的译码。因此,稀疏码多址接入最大的特点是:非正交叠加的码字个数可以成倍的大于系统所使用的资源块的个数,相较于4G的OFDMA技术它可以实现在相同资源的条件下同时服务更多的用户,从而有效地提升系统的整体容量以及频谱效率。码本设计对于SCMA系统性能起着至关重要的作用,SCMA多用户码本设计一直是制约系统性能提升的瓶颈。现有关于码本设计的研究方案均未从系统容量的角度出发来设计多用户码本。因此本文的主要创新点和贡献是:不仅优化和改进了现有基于能量最小化的码本设计方法,而且还提出了一种基于容量最大化的SCMA高维码本设计方法,并且其实现复杂度与现有码本设计方法相比大幅下降。本文所提出的基于最大化系统容量的设计方法将多用户码本设计转换成一系列一维复域码字的优化问题。具体来讲,通过优化M阶脉冲振幅调制(Pulse Amplitude Modulation,PAM)星座集并对M-PAM星座进行旋转使得叠加后的星座点和速率最大。再通过拉丁准则将一系列一维复星座组合成多用户码本。仿真结果表明,按照本文所提出的基于容量最大化的SCMA码本设计方法生成的码本与现有码本相比,在误码率(BER)性能方面,新码本在AWGN和瑞利衰落信道上可以分别获得1.3dB和1.1dB的增益。在容量方面,在低信噪比区域(SNR=8dB)可获得0.1dB的增益;在高信噪比区域(SNR=12dB)可获得0.3dB的增益。在本文末的附录中,我们给出了用本文所述基于容量最大化的码本设计方法得出的6个用户4个资源块的优化码本和15个用户6个资源块的优化码本,可以有助于后续研究人员对本文所述码本设计方法生成的码本性能进行仿真验证,并为后续SCMA系统性能验证以及高性能接收机的仿真验证提供一个对照组。