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为适应移动互联网和物联网的发展带来的终端的爆发式增长,第五代移动通信(5th Generation Mobile Communication Network,5G)要求必须具备海量连接的特点。中国华为公司在2013年提出的稀疏码分多址(Sparse Code Multiple Access,SCMA)以其高过载能力成为了5G候选多址接入方案之一。SCMA系统发送端将输入的二进制比特流直接从预先设定好的码本中映射成多维复数域稀疏码字,取代传统方案中的调制和扩频,在接收端则基于码字的稀疏性,采用具有迭代特性的消息传递算法(Message Passing Algorithm,MPA)进行多用户检测。本文从关键性能分析及关键技术优化设计等方面对SCMA进行了详细的研究,具体内容如下:1.本文首先对SCMA系统结构进行了详细分析,然后从过载率、译码复杂度等角度对SCMA系统作了基本评估。最后基于多用户接入特性,对SCMA与LTE(Long Term Evolution)上行链路中的单载波频分多址(Single Carrier Frequency Division Multiple Access,SC-FDMA)进行了比较。研究表明,SCMA具有高过载能力,适合5G海量连接的要求。但在高过载率条件下BER会增加,且接收机更复杂。2.针对SCMA过载条件下BER较高的问题,首先分析了SCMA码本设计过程中的相位旋转对系统性能的影响,然后从控制合成星座图上星座点间的相对距离的角度,提出了两种优化相位旋转角度的方案:基于最大化最小欧式距离的旋转(Rotation Based on Maximizing Minimum Euclidean Distance,M-rotation)方案和基于指数平均的旋转(Rotation Based on Exponential Average,E-rotation)方案。在BER方面,E-rotation方案整体性能较好,但在高信噪比(Signal to Noise Ratio,SNR)条件下,M-rotation方案表现出更优异的性能;在译码复杂度方面,两种方案对原始MPA的译码复杂度无影响,但采用E-rotation方案时,再采用本文第五章提出的部分外部信息传递的消息传递算法(Partial Extrinsic Information Transmission of MPA,PEIT-MPA),译码复杂度更低。3.针对SCMA高过载条件下译码复杂度高的问题,首先分析了MPA迭代更新过程中功能节点(Function Node,FN)外部信息的来源以及外部信息对系统性能的影响,然后根据外部信息值与接收信号概率密度函数值的关系,提出了基于接收信号概率密度函数值进行门限判决以减少FN负荷的PEIT-MPA。PEIT-MPA在几乎不影响原始MPA的BER及迭代收敛速度的条件下,降低了译码复杂度,尤其是高SNR条件下的译码复杂度。