10、稀疏码与混合多址接入技术解析

稀疏码与混合多址接入技术解析

1. 非正交多址接入（NOMA）概述

下一代无线网络需要更高的频谱效率和更低的延迟，以满足各种新兴应用的需求。从1G到4G，无线网络主要基于正交多址接入（OMA）技术，如时分多址接入（TDMA）和频分多址接入（FDMA），这些技术为每个用户独家分配资源。然而，当某些带宽资源分配给信道状态信息（CSI）较差的用户时，基于OMA的系统频谱效率较低。而且，OMA技术可能不适用于需要极高频谱效率、极低延迟和大规模设备连接的无线网络，无法支持未来各种应用中数十亿设备的连接。

因此，研究人员开始关注基于NOMA的系统，以实现下一代无线网络的高频谱效率和低延迟。在NOMA中，一个或多个资源同时分配给多个用户，从而提高网络的频谱效率。目前，文献中主要探讨了基于功率域（PD）和码域的NOMA系统。

稀疏码多址接入（SCMA）是一种码域（CD）NOMA技术，用户在通信时会占用多个正交资源。SCMA使用多维码本，可增强整形增益，它可以看作是低密度扩频（LDS）多址接入技术的扩展版本，近年来在5G及未来无线网络中引起了研究人员和科学家的广泛关注。

2. SCMA系统模型

假设系统中有K个正交资源元素和J个用户，且J > K，这样的系统通常被称为J × K SCMA系统。在SCMA中，每个用户的信息直接映射到一个多维复向量进行传输。每个用户都有一个码本$X_j$（$j = 1, 2, …, J$），包含M个K维的复列向量，码本$X_j$的大小为K × M，可表示为$X_j = [x_{j1}, x_{j2}, …, x_{jM}] \in C^{K×M}$。

例如，当M = 4时，每个数据符号有两个比特（即