论文部分内容阅读
在移动互联网的发展推动下,车联网、智能家居、智慧城市等新兴业务不断涌现。这些业务需要高频谱效率和大连接能力,而现有的正交频分多址(Orthogonal Frequency Division Multiple,OFDM)接入技术难以满足这些业务所需的性能需求。稀疏码分多址接入(Sparse Code division Multiple Access,SCMA)是一种具有较高频谱效率的码域非正交多址接入技术,可以有效地满足大连接通信需求,是一种有前途的多址接入方式。为了提升系统容量,第五代(The Fifth Generation,5G)移动通信系统部署将趋向密集化,低功率节点呈现出小半径密集覆盖的特点。但这种部署趋势会使网络拓扑变得复杂,干扰环境更加恶劣。为了更好地在5G系统中运用稀疏码分多址技术,本文将根据上述传输场景的特点,对SCMA传输性能进行研究,运用随机几何的点过程模型建模低功率小基站和用户,描述场景内干扰环境,分别求取上下行传输链路的中断与容量性能,确定性能指标的影响因素,指出其具体的影响方式,并在此基础上与正交多址接入(Orthogonal Multiple Access,OMA)方式进行比较,寻找SCMA合理的应用区间与应用方式,为稀疏码分多址技术在5G系统中的实际部署提供理论参考。本文主要的内容和贡献如下:首先,建模上行传输模型,研究上行SCMA的传输性能,寻找性能指标影响因素和影响方式,确定SCMA适用区间。基于随机几何理论的点过程模型,对上行传输进行建模,根据上行传输中小基站受到的干扰来源,确立信干噪比表达式。对中断性能、平均和速率性能进行推导,获取基准性能表达式,通过蒙特卡洛仿真验证准确性。根据表达式对影响性能指标的主要因素进行分析,确定具体的影响方式。将SCMA传输方式与正交多址接入传输方式进行比较,证明了在一定条件下,SCMA可以通过对单位子载波承载用户终端数的调节,在一定的门限值区间内实现优于OMA的传输性能,为SCMA上行传输的部署提供较好的理论指导。其次,建模下行传输模型,研究下行SCMA的传输性能,寻找性能指标影响因素和影响方式,确定SCMA合适的配置方式。基于随机几何理论的点过程模型,对下行传输进行建模,根据下行传输中目标用户受到的干扰来源,确立信干噪比表达式。对中断性能、遍历容量性能进行推导,获取中断概率的闭式表达式和遍历容量的基准性能表达式,通过蒙特卡洛仿真验证其准确性。根据各自的性能表达式,对影响性能指标的主要因素进行分析,确定具体的影响方式。在固定的带宽分配条件下,对SCMA中断性能与频谱效率间的性能平衡进行研究,确定边界条件的存在。与正交多址接入进行比较,证明在一定条件下,一定接入用户数的SCMA具有优于正交多址接入传输开销性能的传输配置策略,为SCMA下行传输的部署提供较好的理论指导。