基于飞蛾扑火算法的SCMA码本设计方法技术

本发明专利技术提供一种基于飞蛾扑火算法的SCMA码本设计方法，根据设置SCMA码本中的参数、设置用户码字，确定优化的参数；再构建待优化的SCMA码本最后将待优化的SCMA码本以最小误比特率为准则，通过飞蛾扑火算法得到待优化的参数的最佳参数值，从而根据最佳参数值得到最佳SCMA码本。本发明专利技术能够适用于不同信道下的SCMA码本设计，在不同信道下，只要更换误码率函数f_BER中SCMA的信道参数；随着用户数量的增多，飞蛾扑火算法的复杂度增长缓慢，实现简单；根据仿真结果，在高斯信道和瑞利信道下，本发明专利技术方法得到的码本的误比特率与相对于其他码本对比有提升明显。对比有提升明显。对比有提升明显。

【技术实现步骤摘要】
基于飞蛾扑火算法的SCMA码本设计方法


[0001]本专利技术涉及无线通信技术，具体涉及一种基于飞蛾扑火算法的非正交多址接入系统码本技术。

技术介绍

[0002]近年来，随着社会的不断发展，通信技术在不断进步，移动通信系统成为了人类社会最为关键的信息网络之一。第五代移动通信系统5G(Fifth
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Generation)在更高的频谱效率、大规模连接和更低的延迟等方面有很高的需求，传统的正交多址接入OMA(OrthogonalMultipleAccess)技术由于正交性，资源块数与用户数必须一致，满足不了5G的要求。非正交多址接入NOMA(Non
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OrthogonalMultipleAccess)技术是应对5G需求的一种技术，能够支持用户数远大于资源块数的过载系统，在功率域的NOMA中，不同级别的功率分配给不同的用户；在码域的NOMA中，不同的用户使用不同的码字或者签名。低密度签名LDS(LowDensitySignature)技术是一种码域的NOMA技术，用户比特与不同的稀疏扩展签名相乘，该扩展序列被映射到调制星座点以进行传输。
[0003]Nikopour等人为了改进LDS技术提出了稀疏码分多址SCMA(SparseCodeMultipleAccess)技术，SCMA本质上是扩频与调制映射相结合，基于专用的因子图，用户码字直接映射为稀疏的多维码字，SCMA比LDS能获得更大的整形增益。H.NikopourandH.Baligh,"Sparsecodemultipleaccess,"2013IEEE24thAnnualInternationalSymposiumonPersonal,Indoor,andMobileRadioCommunications(PIMRC),2013,pp.332
‑
336,doi:10.1109/PIMRC.2013.6666156.
[0004]SCMA码本设计是一个较为复杂的多维的问题，Taherzadeh、Nikopour等人首次提出了一种SCMA的设计方法，该方法是基于栅格星座的设计，分为三个步骤，第一步为因子图的设计，因子图确定了用户叠在资源块上的个数、非零元素的个数；第二步为构建多维母星座，具体为构造一个最大化最小欧式距离的多维星座，再通过旋转星座以获得欧氏距离不变而星座点乘积距离变大的多维星座；第三步为母星座的相位旋转、码字重排等操作以获得各个用户之间的差异。基于距离谱来设计SCMA码本都是以该方法为基础。M.Taherzadeh,H.Nikopour,A.BayestehandH.Baligh,"SCMACodebookDesign,"2014IEEE80thVehicularTechnologyConference(VTC2014
‑
Fall),2014,pp.1
‑
5,doi:10.1109/VTCFall.2014.6966170.
[0005]SCMA码本设计还可以通过资源分配、设计因子图、降低接收端复杂度、降低能量消耗等方面来考虑，本专利技术不一样，本专利技术的创新点是将SCMA码本设计转化为对用户码字的参数优化，以降低SCMA系统的误码率。
[0006]飞蛾扑火算法是一种新型的群智能优化算法，是由自然界飞蛾飞行的导航机制演变而来，其寻优过程采用螺旋轨迹，保证了算法在全局空间的搜索能力。飞蛾和火焰的排列都是末位淘汰机制，每次迭代火焰数量将减少，保证了算法在局部空间的充分搜索。MirjaliliS.Moth
‑
flameoptimizationalgorithm:Anovelnature
‑
inspired
heuristic paradigm[J].Knowledge
‑
Based Systems,2015,89(NOV.):228
‑
249.

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题是，为降低SCMA码本设计复杂度，提供一种使用飞 蛾扑火算法来搜寻SCMA码本设计中用户码字参数的方法。
[0008]本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是，基于飞蛾扑火算法的SCMA码 本设计方法，包括以下步骤：
[0009]1)根据用户需求确定SCMA码本中的参数J、M、N、K；J为用户数、M分别为 用户码字的长度，N为用户码字的维数，K为资源块个数；设置N＝2，K＝4；
[0010]2)设置用户码字为：
[0011][0012]确定待优化的4*d
f
个参数为a
i
,i＝1,2,...,2*d
f
，表示实数域，d
f
为复用在 资源块上用户个数。
[0013]3)通过拉丁准则，构建因子图矩阵F，因子图矩阵中每行有d
f
个元素为1，再将 用户码字带入因子图矩阵F中得到因子图结构矩阵，最后选择部分在因子图结构矩阵 中的用户码字进行重排得到待优化的SCMA码本；
[0014]4)将待优化的SCMA码本以最小误比特率为准则，设置飞蛾扑火算法中维数为待 优化的参数的个数4*d
f
，根据待优化的参数值得到待优化的SCMA码本，设置飞蛾扑 火算法中飞蛾的个数为n，开始飞蛾扑火算法的迭代：
[0015]4.1)将当前待优化SCMA码本在各符号能量与噪声能量谱密度比值EbN0为设定 值时SCMA系统误比特率f_BER作为飞蛾扑火算法的适应度，初始化n个飞蛾的位置， 通过飞蛾位置计算各飞蛾的适应度；初始化火焰个数为n,位置为n个飞蛾的位置，火焰 个数为iter为当前迭代次数，Iter为最大迭代次数， round为取整函数；
[0016]4.2)更新飞蛾的位置，按照更新后的飞蛾位置重新计算f_BER并升序排列，取前 flame_num个f_BER，如果该次f_BER比当前火焰位置的f_BER小，则将该次的 飞蛾位置作为更新后的火焰位置；否则，火焰位置保持不变；飞蛾的位置就是一个位置 坐标，维度是待优化的参数个数；
[0017]4.3)减少火焰个数，提高局部最优解；继续更新飞蛾位置，直至达到最大迭代次数 Iter；
[0018]4.4)得到使f_BER最小的飞蛾位置来得到最佳SCMA码本。
[0019]本专利技术的有益效果是，能够适用于不同信道下的SCMA码本设计，在不同信道下， 只要更换误码率函数f_BER中SCMA的信道参数；随着用户数量的增多，飞蛾扑火 算法的复杂度增长缓慢，实现简单；根据仿真结果，在高斯信道和瑞利信道下，本专利技术 方法得到的码本的误比特率与相对于其他码本对比有提升明显。
附图说明
[0020]图1为本专利技术码本设计流程图；
[0021]图2为本专利技术的因子图；
[0022]图3为实施例生成码本与其他码本在高斯信道下的误比特率对比图；
[0023]图4为实施例生成码本与其他码本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于飞蛾扑火算法的SCMA码本设计方法，其特征在于，包括以下步骤：1)根据用户需求确定SCMA码本中的参数J、M、N、K；J为用户数、M分别为用户码字的长度，N为用户码字的维数，K为资源块个数；设置N＝2，K＝4；2)设置用户码字为：S1＝[a1+b1*j,a2+b2*j,
‑
a2‑
b2*j,
‑
a1‑
b1*j]S2＝[a3+b3*j,a4+b4*j,
‑
a4‑
b4*j,
‑
a3‑
b3*j]
····
确定待优化的4*d
f
个参数为个参数为表示实数域，d
f
为复用在资源块上用户个数，j表示虚数；3)通过拉丁准则，构建因子图矩阵F，因子图矩阵中每行有d
f
个元素为1，再将用户码字带入因子图矩阵F中得到因子图结构矩阵，最后选择部分在因子图结构矩阵中的用户码字进行重排得到待优化的SCMA码本；4)将待优化的SCMA码本以最小误比特率为准则，设置飞蛾扑火算法中维数为待优化的参数的个数4*d
f
，根据待优化的参数值得到待优化的SCMA码本，设置飞蛾扑火算法中飞蛾位置的个数为n，开始飞蛾扑火算法的迭代：4.1)将当前待优化SCMA码本在各符号能量与噪声能量谱密度比值EbN0为设定值时SCMA系统误比特率f_B...

【专利技术属性】
技术研发人员：何超，何春，朱立东，王剑，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：