SCMA性能及仿真分析
SCMA
本项目SCMA 技术研究的创新点主要包括以下方面的内容。
①发送端的稀疏码本设计：稀疏码本设计的好坏，直接决定了可获得的系统性能增益，同时也决定了接收机设计的复杂程度。
因此，稀疏码本的设计是SCMA 非正交接入技术的和核心关键。
本项目的创新之处在于：将稀疏码本的设计问题抽象为多维空间上的优化问题，进行多维调制和稀疏扩频的联合优化设计，同时兼顾发送信号峰均功率比（PAPR）的要求（尽可能的低）。
②导频设计与信道估计：由于SCMA 需要应对海量用户接入的场景，因此导频设计若仍采用传统系统的正交方式设计，不能很好地解决系统接入问题。
本项目的创新之处在于：引入非正交的方式来设计上行导频结构，同时，针对发送端SCMA 信号的非正交发送方式，优化设计导频的序列和分布图案，以确保大量用户可同时接入。
对应地，接收端也进行相应优化的信道估计算法，使得SCMA非正交系统在复杂的信道环境中仍能确保良好的译码性能。
③低复杂度下的多用户接收机设计：多用户联合接收机设计是非正交接入引入后所必须考虑的。
不同于正交通信系统，非正交接收存在用户间干扰的迭代消除，目标是设计性能逼近最大似然的接收算法，同时保证复杂度在系统硬件和系统时延可承受的范围之内。
本项目的创新之处在于：引入消息传递算法（MPA）来进行译码，同时，设计创新的算法和结构来降低计算成本。
④进行MIMO-SCMA 的联合设计：SCMA 方案可以结合已有的MIMO 技术，通过空间复用来提高用户数和吞吐率和空间分集来提高系统可靠性。
本项目的创新之处在于：为了充分利用发挥SCMA 和MIMO 的各自优势，对各自的码本和接收机算法进行优化和联合设计。
尤其对于下行MIMO，由于每个预编码向量不再针对单个用户（可认为SCMA 在码域进一步复用了用户），单一预编码向量需同时对多个用户进行了优化，相对于原有的预编码方案，需要新的优化设计，从而取得更好的性能。
在接收端，可将MIMO 译码和SCMA 的MPA 译码相结合，进行联合处理，以进一步提高系统性能。
基于加权消息传递的SCMA多用户检测算法
基于加权消息传递的SCMA多用户检测算法郑建宏;李玉菱;田枚【摘要】Aiming at the slow convergence rate of message passing algorithm (MPA) leading to higher complexity in sparse code multiple access (SCMA) system,a SCMA multiuser signal detection method based on weighted message passing was proposed.Weighted factors were introduced to change the initial probability of each superposed constellation points,and therefore the constellation points closed to the received signal might obtain larger initial probabilities which made the convergence rate of the iterative process better.The simulation results show that the proposed scheme can obtain good trade-off between complexity and bit error rate (BER) performance compared with the original MPA algorithm.%针对稀疏码多址接入(sparse code multiple access,SCMA)技术中,消息传递算法(message passing algorithm,MPA)收敛速度较慢导致复杂度较高的问题,提出一种基于加权消息传递的SCMA多用户信号检测改进算法.在原始MPA的基础上,通过引入权重因子改变每个叠加星座点的初始概率,使靠近接收信号的星座点可以获得更大的初始概率,加快迭代过程的收敛速度.仿真结果表明,与原始MPA算法相比,改进算法在误比特率(bit error rate,BER)和复杂度之间达到了较理想的平衡.【期刊名称】《计算机工程与设计》【年(卷),期】2018(039)004【总页数】5页(P928-932)【关键词】稀疏码多址接入;消息传递算法;多用户检测;加权消息传递;非正交多址接入【作者】郑建宏;李玉菱;田枚【作者单位】重庆邮电大学通信核心芯片、协议及系统应用创新团队,重庆400065;重庆邮电大学通信核心芯片、协议及系统应用创新团队,重庆 400065;重庆邮电大学通信核心芯片、协议及系统应用创新团队,重庆 400065【正文语种】中文【中图分类】TN929.50 引言与4G相比，5G不再局限于人与人的连接，更加入了人与物、物与物的连接。
基于改善差分进化算法的功率不平衡码本构造
Advances in Applied Mathematics 应用数学进展, 2023, 12(3), 1207-1214 Published Online March 2023 in Hans. https:///journal/aam https:///10.12677/aam.2023.123122基于改善差分进化算法的功率不平衡码本构造杨 锐西华大学理学院，四川 成都收稿日期：2023年2月21日；录用日期：2023年3月20日；发布日期：2023年3月27日摘要在稀疏码多址接入(Sparse code multiple access, SCMA)系统中，码本构造和多用户检测是提升误码率(bit error rate, BER)性能的关键因素。
由于用户码本间的功率不平衡可以增加远近效应，减少接收端用户间的干扰，提升多用户检测的性能，因此我们基于改善的差分进化算法，固定最小乘积距离的取值区间，以最大化最小欧氏距离为目标，构造一种同时适用于高斯信道和下行瑞利衰落信道的功率不平衡码本。
仿真结果显示，所提码本与现有差分进化码本相比，在高斯信道下，当BER = 10−5时，信噪比提升了约0.3 dB ；在下行瑞利衰落信道下，当BER = 10−4时，也提升了约1.0 dB 。
因此，所提方案构造的码本是一种性能较优的功率不平衡码本。
关键词稀疏码多址接入，码本构造，功率不平衡，差分进化Power Imbalance Codebook Construction Based on Improved Differential Evolution AlgorithmRui YangSchool of Science, Xihua University, Chengdu SichuanReceived: Feb. 21st , 2023; accepted: Mar. 20th , 2023; published: Mar. 27th , 2023AbstractIn sparse code multiple access systems, codebook construction and multi-user detection are key factors to improve bit error rate (BER) performance. Since the power imbalance between user co-debooks can increase the near far effect, reduce the interference between users at the receiving杨锐end, and improve the performance of multi-user detection, based on the improved differential evolution algorithm, we fixed the value range of the minimum product distance, with the goal of maximizing the minimum Euclidean distance, and constructed a power imbalance codebook that is applicable to both the Gaussian channel and the downlink Rayleigh fading channel. The simula-tion results show that the SNR of the proposed codebook is improved by about 0.3 dB when BER = 10−5 in the Gaussian channel compared with the existing differential evolution codebook; In the downlink Rayleigh fading channel, when BER = 10−4, it also increases about 1.0 dB. Therefore, the codebook designed by the proposed scheme is a power imbalance codebook with better perfor-mance.KeywordsSparse Code Multiple Access, Codebook Design, Power Imbalance, Differential Evolution Array Copyright © 2023 by author(s) and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0)./licenses/by/4.0/1. 引言第五代移动通信以及未来无线通信中，需要满足大规模用户接入以及高频谱利用率等要求[1]。
基于迭代剔除的SCMA多用户检测算法
2018093-1
第6期
朱翠涛等：基于迭代剔除的 SCMA 多用户检测算法
·65·
利用 SCMA 码字结构具有的稀疏特性，文献[7] 提出了一种基于消息传播（MPA, message passing algorithm）的次优多用户检测算法，用来有效接近 理论上最优的最大联合后验概率（MAP, maximum joint a posteriori probability）译码算法的性能。虽然 MPA 译码算法的复杂度远小于 MAP 译码算法，但 随着用户数的增加，MPA 译码算法的复杂度呈指数 增加，不利于应用于实际系统中。文献[8]在 MPA 的基础上提出了 MAX-Log MPA 算法，利用雅克比 公式变换到对数域，使 MPA 算法中的指数运算消 失，降低了复杂度。文献[9]提出了基于部分边缘化 的 MPA 算法，在降低 MPA 算法复杂度的同时保证 译码性能，但该算法所引入的重要参数取值需进一 步探讨。文献[10]提出了串行干扰消除（SIC, successive interference cancellation）和基于串行干扰消 除的 MPA（SIC-MPA）2 种译码算法，SIC 算法复 杂度较低，而译码性能较差，SIC-MPA 算法的复杂 度适中，译码性能较好，但这 2 种算法都需要在发 送端改变原有编码规则和多维调制星座图设计的 支持。文献[11]给出了多种降低 MPA 译码算法复杂 度的方法，ProjMPA、CMPA 和 SelEXP-MPA，但 只对 ProjMPA 进行了仿真分析，而且涉及多维调制 星座图和码本的最优设计，译码性能有待验证。文 献[12]提出了 WMPA 译码算法，其原理是对 MPA 算法进行加权处理，以加权取代了原 MPA 算法的 迭代运算，降低了算法的复杂度，再结合 Turbo 编 码，可以取得较好的译码性能。文献[13]在 MPA 的 基础上，改变消息传播的机制，以串行消息传播取 代原来的并行消息传播，使消息的传播更及时，加 快了 MPA 算法的收敛速度，降低 MPA 算法所需的 迭代次数。文献[14]提出基于门限的 MPA 算法，根 据码字的可靠性，用户被分成可靠用户集和不确定 用户集，每次迭代过后都要对用户消息的可靠性进 行检测并与门限值比较，若用户消息的可靠性达到 了门限的要求则对此用户进行译码并将其放到可 靠用户集中，且不再对可靠用户集里的用户进行消 息的更新，若用户消息的可靠性达不到门限值的要 求，则将此用户放到不确定用户集中，然后再对不 确定用户集中的所有用户进行下一轮迭代，此方法 虽然能够降低译码的复杂度，但由于用户消息的随 机性比较大，若门限值取值不恰当，则很难达到降 低 MPA 算法复杂度的效果。SCMA 与大规模 MIMO 技术相结合[15-16]，将进一步提高系统的频谱资源利
供应链管理中的仿真分析与优化
供应链管理中的仿真分析与优化供应链是现代企业发展的重要组成部分，它贯穿了企业的生产、销售、采购等诸多业务环节。
然而，在日益激烈的市场竞争下，企业供应链面临着很多挑战，例如需求变化、不确定性、成本控制等问题。
为了应对这些挑战，不断优化供应链管理已成为企业提高效率、降低成本、提高竞争力的重要手段。
而仿真分析正是供应链优化的重要工具之一。
1. 供应链仿真分析的作用供应链仿真分析是一种以计算机模拟的方式对供应链进行管理和优化的方法。
它通过建立供应链的模型，模拟物流、库存、生产等各环节的运作，以便更好地理解供应链的运作过程，并通过对数据的分析和模拟实验，找到优化供应链的方案。
供应链仿真分析可以对供应链中的各类因素进行探究，例如自然灾害、政策变化、市场变化等。
通过仿真分析，企业可以发现供应链各个环节出现的问题，并在实际生产落地前进行调整，降低因为调整带来的成本和效率损失。
与传统的试错方式不同，供应链仿真分析能够预估供应链在某个环节出现问题的可能性，让企业能够提前采取措施，做出正确的决策。
2. 供应链仿真分析的实践在实际应用中，企业可以采用不同的仿真软件实现供应链仿真分析。
例如市场上广泛使用的River Logic仿真工具，它可以根据企业数据建立优化模型，并模拟出不同的策略下的供应链运行情况。
此外，还有Simul8、Arena等仿真软件也被广泛应用于供应链仿真分析中。
以零售业为例，一般可以从销售、库存、采购等多个角度展开仿真分析。
在销售方面，可以通过仿真模拟出不同的市场条件和销售策略下的销售量和收益等指标。
在库存方面，可以建模出不同的库存策略、来源和数量等，实现对库存的监测和控制。
在采购方面，可以从供应商、运输方式、采购量等多个角度动态调整，实现供应链优化。
3. 供应链仿真分析的应用案例供应链仿真分析在实际应用中已经取得了不少成功的应用案例。
例如欧洲零售业龙头，德国的METRO集团，它曾经在其中国分公司中采用仿真分析进行库存优化，最终通过不断的模拟实验，实现了在保证库存充足的同时降低了库存成本。
SCM信道建模分析与仿真
摘要 ： 对 ＭＩ ＭＯ的基础信道模 型 Ｓ Ｃ Ｍ 模型进行 了详 细的介绍 ， 首先对 Ｓ Ｃ Ｍ 模型分类 ， 建模基本原理 ， 适 用场景和 建模
具体流程作 了全面的分析说 明， 其 次从 Ｓ Ｃ Ｍ 模 型所适 用的三种环境 的具体特征 ， 建模过程 中的相关参数的生成和简化
等进行 了充分分析 。 最后 对 Ｓ Ｃ Ｍ 系统仿真模型所适用的三种环境分别从 信道 容量 以和 空间相 关性进行 了仿真验证 ， 说 明了Ｓ Ｃ Ｍ 模型建模的合理性与 实用性。
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： Ｓ ＣＭ ，ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｎｇ ｉ ｎａ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ，ｃ ｈ ａ ｎ ｎ ｅ １ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ，ｐ ａ ｔ ｈ
０ 引言
对于任何一个无线通信系统 ，都需要对 其所 处的空间信
道环境进行一个具体 的描述 ，它是对通信性能评 估和 比较 的 基础 。因此 ， 对于现在 的通信技术而 言， 需要信道模型能够 更 好地描述信道 的基本特征 ，从而可以在 其上进行基本 的仿 真 研发等工作 。 Ｓ Ｃ Ｍ（ Ｓ ｐ ａ ｃ ｉ ａ ｌ ｃ ｈ ａ ｎ ｎ ｅ ｌ ｍｏ ｄ ｅ １ ） 是 ３ Ｇ Ｐ Ｐ空间信道模 型的简 写， 是基于几何分布统计信 道模 型的基础模型 。Ｓ Ｃ Ｍ 模 型是 由３ Ｇ Ｐ Ｐ ／ ３ Ｇ Ｐ Ｐ ２在不 同的户外环境 中为评估 ＭＩ ＭＯ而形成 的 公共标准参考 。 适用于 ５ ＭＨ ｚ带宽， 载频 ２ Ｇ Ｈ ｚ的系统 。 Ｓ Ｃ Ｍ 由两部分组成 ： 校准模 型和 系统仿真模型 。 。
２ ０ １ ４年第 １ ０期 （ 总第 １ ４ ２期）
信 息 通 信
Ｉ ＮＦ ＯＲ Ｍ ＡＴＩ ＯＮ ＆ ＣＯＭ 仉 Ｉ Ｉ ＣＡＴ１ ０ＮＳ
基于变量节点稳定性的SCMA多用户检测算法
基于变量节点稳定性的SCMA多用户检测算法范鹏; 李旭东【期刊名称】《《现代计算机（专业版）》》【年(卷),期】2019(000)032【总页数】5页(P3-7)【关键词】稀疏码分多址接入; 多用户检测; 消息传递算法; 低复杂度【作者】范鹏; 李旭东【作者单位】西华大学理学院成都 610039【正文语种】中文0 引言随着第四代移动通信系统（The Fourth Generation Mobile Communication Systems，4G）的大规模商业化及其技术的不断成熟，第五代移动通信系统（The Fifth Generation Mobile Communication Systems，5G）已成为全球研发的焦点[1-2]。
目前，我国工信部已正式发放5G 商用牌照，与4G 相比，5G 在频谱资源利用率和终端设备接入量均有很大的提高。
非正交多址接入技术[3]（Non-Orthogonal Multiple-Access，NOMA）拥有频谱效率较高的特点，在5G 通信中有着广泛的应用。
作为NOMA技术的一种，SCMA[4-5]利用码本的稀疏性能够连接大量不同的终端用户，并同时为终端用户服务。
在发送端，每个用户将数据比特直接映射为SCMA 码本中的多维码字，多个用户的码字进行叠加，使得同一频谱资源上可以承载多个用户，大幅度地提高了系统容量。
在接收端，接收信号是多个用户码字和噪声的叠加，需要对接收信号通过多用户检测（Multi-user Detection，MUD）技术来实现用户译码。
利用SCMA 码序列的稀疏性，在接收端使用复杂度相对较低的消息传递算法（Message Passing Algorithm，MPA）[6]进行译码。
该系统中多个用户共享频率资源，来成倍提高系统容量和频谱利用率，同时，基于MPA 的MUD 极大地降低了联合最优最大后验概率（Maximum-A-Posteriori，MAP）的复杂度。
scma设计
多载波CDMA多址接入方案通过利用通常复杂的传播序列在OFDMA的QAM调制符号传播.实际上，一个QAM信号是重复在多个信道中的。
低密度信号(LDS)是一个种CDMA低密度传播序列，允许我们利用近了最优的消息传递算法(MPA)接收机实际可行的复杂性。
稀疏编码多路访问时多维码本基于非正交的传播技术。
在稀疏编码多路访问中，改程序比特为QAm符号图和传播结合在一起，进而直接映射到多维SCMA 码本设计。
每一层都有其专用的码本。
塑造的一个多维的星座是提高性能的一个主要来源在比较LDS中简单重复的QAM信号。
同时，向LDS，SCMA由于具有稀疏的SCMA码本，他们享有低复杂接受技术。
在这篇文章中，提出了一种接系统方法设计SCMA码本主要是基于晶格星座的设计原则。
仿真结果表明了SCMA性能增加性比较LDS和OFDMA。
1未来的5g网络期望能支持多种多样的通信量与更严格的要求。
大量的连通性，更好的服务质量，较高的生产量，或者较低的控制信令开销有一些要求应该会有新的波形和访问设计。
SCMA是多维的码本基于非正交的传播技术，可视为一个泛化的低密度信号（LDS）[3]解决上述要求。
LDS是一个特殊的CDMA传播方式在一个大型的信号长度上有几个数字非零元素。
LDS信号低密度特性让我们采用低复杂消息算法（MPA）检测器伴随多线筹性能。
MPA性能非常好即使是系统过载的非正交的层大于扩散因子。
在SCMA，到来的二进制码字直接的从预设的码本中选择映射一个多维复杂的码本，换句话说，在SCMA，QAm映射和CDMA传播混合在一起直接的映射到一个复杂稀疏向量所谓的码本。
每层需要设定特殊的码本。
等同于LDS，SCMA的码字是稀疏的这是由于MPA检测技术适用于中度复杂性。
另外，这个系统会超载多路复用层的数量超过传播因素（码字的长度）。
SCMA代替QAM调制和LDS传播的多维码，这使得SCMA受益从塑造或多维编码星座,而不是简单的重复代码。
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paper
illustrates the
origin
and
basic
principle of S C M A ，which speci
model and signal proccssing method and illustrates
its
Message Passing Algorithm ( M P A ) detection princip)le. The simulation
A b s tT c lC t：The rapid traffic growth and ubiquitous
access requirements make it essential to
explore the
next
gener
cation networlss. In the current 5 G research area，non-ortliogonal multip)le access has been proposed as a paradigm shift of physical layer tech
SC M A的两个关键技术是低密度扩频和高维调制。 正 是 它 的这两个特性满足了 5 G 所 要 求 的 连 续 域 覆 盖 、热 点 区 高 容 量 、低 时 延 和 高 可 靠 、低 功 耗 和 大 连 接 等 应 用 特 点 。在 发 送 端 通 过 多 维 调 制 和 稀 疏 扩 频 将 编 码 比 特 映 射 成 S C M A 码 字 ，接 收 端 通 过 多 用 户 检 测 完 成 译 码 。相比
正交多范式转变的物理层技术。在所有现有的非正交的技术中，最近提出的稀疏码多址接入（S C M A )能达到一个更好的链路级
性能。文中着重说明了 S C M A 产生的起因与基本性能，具体描述了系统模型与信号处理方法，阐释了它所采用的消息传递算法
(M e ssag e P a s s in g A lg o r ith m )检测原理，并通过仿真 以及与I D M A 的比较说明它的优异性能。
关键词：5G ;稀疏码多址接入；消息传递算法
中图分类号：T N 911
文 献 标 识 码 ：A
D 0 I ：10. 19358/j .is s n .1674-7720.2017.21.019
引用格式：王甜，熊兴中.S C M A 性能及仿真分析[J ].微型机与应用，2017,36(21):61-64,69.
正交多址接人技术由于其接人用户数与正交资源成正 比 ，因 此 不 能 满 足 5G 大 容 量 、海 量 连 接 、低延时接人等的需 求 [4]，非正交多址接人技术就成为当下5G 多址接人的研究 重 点 [5]。由 华 为 公 司 和 电 子 科 技 大 学 提 出 的 S C M A 就是应 5 G 需求设计产生的一种非正交多址接人技术[67]。
* 基 金 项 目 ：四 川 理 工 学 院 研 究 生 创 新 基 金 （y2016042)
《微பைடு நூலகம்型 机 与 应 用 》2 0 1 7 年 第 3 6 卷 第 2 1 期
4 G 的 0 F D M A 技 术 ，它 可 以 实 现 在 同 等 资 源 数 量 条 件 下 ， 同 时 服 务 更 多 用 户 ，从 而 有 效 提 升 系 统 整 体 容 量 。 S C M A 与 0 F D M A 相 比 能 同 时 服 务 更 多 用 户 的 原 因 是 ：0 F D M A 每 个 用 户 占 用 一 个 不 同 的 子 载 波 ，解 调 时用不同的子载波 来 区 分 不 同 的 用 户 ；而 S C M A 中 每 个 子 载 波 上 可 以 叠 加 两 个 用 户 的 数 据 ，但 同 时 每 个 用 户 又 不 止 占 用 一 个 子 载 波 。 其 实 S C M A 区 分 不 同 用 户 的 主 要 方 法 是 用 码 本 ，即每个用 户 分 配 一 个 码 本 ，码 本 包 括 用 户 占 用 哪 些 子 载 波 ，以及在 每个子载波上的调制方式。
SCMA performance and simulation analysis
W a n g T i a n ，X i o n g X i n g z h o n g
( School of Automation & Information Engineering，Sichuan University of Science & Engineering，Zigong 6 4 3 0 0 0 ，China)
nologies. Am ong all the existing non-ortliogonal technologies， the recently proposed sparse code multip)le access ( S C M A ) scheme is shown to a
chieve a better link level performance. This
lent performance by comparing wit!i ID M A .
K e y w o rd s ：5 G ；SC M A ；M PA
〇 引言 移动互联网和物联网市场与业务应用的迅猛发展成
为 推 动 5 G 发 展 的 主 要 驱 动 力 。这 迫 切 要 求 5 G 具有接近 光 纤 的 接 人 速 率 、千 亿 设 备 的 连 接 能 力 、享 受 本 地 操 作 的 实 时 体 验 、随 时 随 地 的 宽 带 无 线 接 人 能 力 [1]。同时这些要 求也给无线接人技术带来了挑战%23]。而 保证这些要求顺 利应用的条件是移动通信的关键技术一 多址接人技术。
网 络 与 通 信 Network and Communication
SC M A性能及仿真分析+
王 甜 ，熊 兴 中 ( 四 川 理 工 学 院 自 动 化 与 信 息 工 程 学 院 ，四 川 自 贡 6 4 3 0 0 0 )
摘 要 ：快速的流量增长和无处不在的信道要求使探索下一代（5G )无线通信网络成为必然。在 当 前 5G 的研究领域，提出了非