通过最大化叠加码字最小欧氏距离实现低误码率下行SCMA码本设计

稀疏码多址接入（SCMA）作为一种基于码本的非正交多址（NOMA）技术，近年来受到研究关注。SCMA的码本设计问题也已得到一定程度的研究，因为码本选择与该系统的误码率性能高度相关。在本文中，我们通过构建一个在功率约束下最大化叠加码字最小欧氏距离（MED）的优化问题来处理SCMA码本设计问题。尽管具有更大MED的SCMA码本有望获得更好的BER性能，但据作者所知，在SCMA文献中尚未有关于MED最大化的最优SCMA码本的报道。本文提出了一种基于带精确罚项的交替最大化的新迭代算法用于MED最大化问题。所提算法在给定合适的初始点与参数时，得到一组所有用户的码本，其MED大于任何先前报道的结果。推导了拉格朗日对偶问题，给出了任意码本集合MED的上界。尽管所实现的MED与对偶问题给出的上界之间仍存在非零间隙，仿真结果表明所提码本集合在误码率性能上相对于所有现有码本具有明显优势，不仅在AWGN信道中，而且在一些符合5G/NR应用的下行场景中，使其成为良好的码本候选。然而，所提SCMA码本集合在上行信道中或使用非连续OFDMA子载波的情况下，未被证明优于现有码本。仿真结果中误码曲线的正确性与准确性进一步由其与任意给定码本集合导出的误码率理论上限的吻合所证实。