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随着第五代（FifthGeneration，5G）移动通信时代的到来，无线通信技术朝着更准确、更快速、更高效和更节能的方向进一步演进。相较于4G移动通信系统，新型的5G系统在传输速率、频谱效率、高移动性支持和能效等关键技术指标上都有显著提升，并且，在5G协议框架中，为了支持不同业务情况的特殊业务需求，构建了三个宏观应用场景，它们是：增强型移动宽带场景（enhancedMobileBroadband,eMBB）、大规模机器设备通信场景（massiveMachineTypeCommunications,mMTC）和超可靠低时延通信场景（Ultra-ReliableandLowLatencyCommunications,URLLC）。非正交多址接入（Non-OrthogonalMultipleAccess）技术以其灵活的载波配置、高频谱效率以及支持单位区域内高连接密度等优势，成为大规模机器设备通信场景和超可靠低时延通信场景中多址接入方案的候选技术，而稀疏码多址接入（SparseCodeMultipleAccess，SCMA）技术又是众多非正交多址接入技术中有力的竞争者。在编码技术方面，为了支持5G通信系统中高精确度的控制信令传输和海量免竞争调度的短包传输，极化码以其优异的短码字性能和复杂度较低的编译码方法，被选为增强型移动宽带场景中控制信道的编码方案和多个场景中广播信道的短包编码方案。本论文主要致力于研究采用稀疏码多址技术作为多用户接入方案的极化码检测、译码迭代接收机设计。
论文第一章介绍了采用稀疏码多址接入技术和极化码编码的检测、译码迭代接收方案的研究背景和动机，包括新型5G移动通信系统的各方面性能指标、5G系统物理层协议框架以及基于5G需求的非正交多址接入技术和极化码的发展与研究现状。基于此，进一步凝练出本论文要解决的关键问题：如何在采用非正交多址接入技术和极化码编码的无线通信系统中，针对高性能接收方案研究的不足，尤其是符合5G物理层参数配置的迭代接收方案研究的缺乏，对迭代接收方案进行有效的设计和分析。
论文第二章提出了基于部分边缘概率求和（PartialMarginalization，PM）的低复杂度检测方案，该方案主要应用于以多维码本为调制映射的上行SCMA通信系统。通过结合传统多进多出（Multiple-inMultiple-out，MIMO）系统中部分边缘概率求和检测的思想，将SCMA系统的MPA（Message-PassingAlgorithm）检测方案的检测计算复杂度进一步降低。本章所提出的PM-MPA检测算法，在资源节点和变量节点的消息更新过程中，将传输信息进行分类处理、分块简化，通过用户自定义参数，将变量节点的输出信号由完全迭代信息的乘积形式转化为完全迭代信息和部分迭代信息的乘积形式，其中，部分迭代信息的计算复杂度远小于完全迭代信息，以达到减小整体计算复杂度的目的。数值与仿真结果通过考察所提出PM-MPA检测方案的计算复杂度、误码率以及误码率收敛特性，验证了该方案的有效性。
论文第三章提出了采用短码字极化码的SCMA系统检测、译码迭代接收机设计的方案。该方案中，极化码采用连续消除（SuccessiveCancellation，SC）译码算法，由于原始SC译码算法无法产生完整码字软信息以完成译码器向检测器的反馈，所以本方案的核心在于设计了一个逆编码器，该逆编码器作用在SC译码后，利用译码软信息产生完整码字软信息。通过对极化码编码要素的总结归纳，并充分利用极化码编码过程中生成矩阵和冻结比特的特点，减小了极化码码字软值逆编码的计算复杂度。所设计的逆编码器与原始SC译码器和硬判决器共同组成了迭代极化码SC译码器，该译码器将产生的完整极化码码字软信息传递到MPA检测器完成迭代反馈，并与之组成SCMA系统极化码迭代接收机，整个迭代接收过程没有软信息的限幅、放大和硬判决，获得了编码和迭代增益。数值与仿真结果验证了该迭代接收机的可行性和有效性。
论文第四章提出了采用长码字极化码的单用户迭代检测、译码接收机的设计方案。为了更大程度地提升极化码的译码性能，将短码字极化码中的SC译码器换为了SCL（SuccessiveCancellationList）译码器，本章中，对单用户极化码迭代接收系统和SCL译码的方法和过程进行了详细的描述。针对长码字极化码软信息计算复杂度较高的问题，基于上一章所提出的逆编码算法的改进，提出了两个计算复杂度低、计算精度高的逆编码算法，它们是：基于Max-log的逆编码算法和基于Min-sum的逆编码算法。所提出的两个逆编码算法，可用于不同需求的使用场景，通过用户自定义参数，在逆编码计算精度和逆编码计算复杂度之间进行折中。最后，仿真结果验证了基于Min-sum的逆编码算法在无权限分级的场景中性能略好于基于Max-log的逆编码算法，并且，基于Max-log的逆编码算法和基于Min-sum的逆编码算法在性能差距并不大的情况下，都适用于基于SCL译码的极化码迭代接收。
论文第五章以长码字极化码在SCMA多用户系统中的迭代接收为基础，研究了在迭代接收过程对极化码互信息量的影响，分析了迭代接收过程对子信道造成的互信息量分层现象，并分析、对比了所提出极化码迭代接收方与现有Turbo码和LDPC（Low-DensityParity-Check）码的迭代接收方案的计算复杂度。本章系统地推导了在二元输入的情况下，极化码B-DMC（Binary-inputDiscreteMemorylessChannel）信道与BSC（BinarySymmetricChannel）信道互信息量计算的等价关系；然后，从信号检测的角度，详细分析了在SCMA多维映射的环境中，极化码迭代接收方案造成的子信道互信息量分层的原因；最后，通过对复杂度的分析和对误码、误块率的仿真，表明了极化码在新型物理层协议规定框架内与SCMA多址接入技术结合相较于其它码字的优越性，并验证了经过所提出极化码迭代接收方案的极化码平均互信息量，能够更接近香农界。
论文第一章介绍了采用稀疏码多址接入技术和极化码编码的检测、译码迭代接收方案的研究背景和动机，包括新型5G移动通信系统的各方面性能指标、5G系统物理层协议框架以及基于5G需求的非正交多址接入技术和极化码的发展与研究现状。基于此，进一步凝练出本论文要解决的关键问题：如何在采用非正交多址接入技术和极化码编码的无线通信系统中，针对高性能接收方案研究的不足，尤其是符合5G物理层参数配置的迭代接收方案研究的缺乏，对迭代接收方案进行有效的设计和分析。
论文第二章提出了基于部分边缘概率求和（PartialMarginalization，PM）的低复杂度检测方案，该方案主要应用于以多维码本为调制映射的上行SCMA通信系统。通过结合传统多进多出（Multiple-inMultiple-out，MIMO）系统中部分边缘概率求和检测的思想，将SCMA系统的MPA（Message-PassingAlgorithm）检测方案的检测计算复杂度进一步降低。本章所提出的PM-MPA检测算法，在资源节点和变量节点的消息更新过程中，将传输信息进行分类处理、分块简化，通过用户自定义参数，将变量节点的输出信号由完全迭代信息的乘积形式转化为完全迭代信息和部分迭代信息的乘积形式，其中，部分迭代信息的计算复杂度远小于完全迭代信息，以达到减小整体计算复杂度的目的。数值与仿真结果通过考察所提出PM-MPA检测方案的计算复杂度、误码率以及误码率收敛特性，验证了该方案的有效性。
论文第三章提出了采用短码字极化码的SCMA系统检测、译码迭代接收机设计的方案。该方案中，极化码采用连续消除（SuccessiveCancellation，SC）译码算法，由于原始SC译码算法无法产生完整码字软信息以完成译码器向检测器的反馈，所以本方案的核心在于设计了一个逆编码器，该逆编码器作用在SC译码后，利用译码软信息产生完整码字软信息。通过对极化码编码要素的总结归纳，并充分利用极化码编码过程中生成矩阵和冻结比特的特点，减小了极化码码字软值逆编码的计算复杂度。所设计的逆编码器与原始SC译码器和硬判决器共同组成了迭代极化码SC译码器，该译码器将产生的完整极化码码字软信息传递到MPA检测器完成迭代反馈，并与之组成SCMA系统极化码迭代接收机，整个迭代接收过程没有软信息的限幅、放大和硬判决，获得了编码和迭代增益。数值与仿真结果验证了该迭代接收机的可行性和有效性。
论文第四章提出了采用长码字极化码的单用户迭代检测、译码接收机的设计方案。为了更大程度地提升极化码的译码性能，将短码字极化码中的SC译码器换为了SCL（SuccessiveCancellationList）译码器，本章中，对单用户极化码迭代接收系统和SCL译码的方法和过程进行了详细的描述。针对长码字极化码软信息计算复杂度较高的问题，基于上一章所提出的逆编码算法的改进，提出了两个计算复杂度低、计算精度高的逆编码算法，它们是：基于Max-log的逆编码算法和基于Min-sum的逆编码算法。所提出的两个逆编码算法，可用于不同需求的使用场景，通过用户自定义参数，在逆编码计算精度和逆编码计算复杂度之间进行折中。最后，仿真结果验证了基于Min-sum的逆编码算法在无权限分级的场景中性能略好于基于Max-log的逆编码算法，并且，基于Max-log的逆编码算法和基于Min-sum的逆编码算法在性能差距并不大的情况下，都适用于基于SCL译码的极化码迭代接收。
论文第五章以长码字极化码在SCMA多用户系统中的迭代接收为基础，研究了在迭代接收过程对极化码互信息量的影响，分析了迭代接收过程对子信道造成的互信息量分层现象，并分析、对比了所提出极化码迭代接收方与现有Turbo码和LDPC（Low-DensityParity-Check）码的迭代接收方案的计算复杂度。本章系统地推导了在二元输入的情况下，极化码B-DMC（Binary-inputDiscreteMemorylessChannel）信道与BSC（BinarySymmetricChannel）信道互信息量计算的等价关系；然后，从信号检测的角度，详细分析了在SCMA多维映射的环境中，极化码迭代接收方案造成的子信道互信息量分层的原因；最后，通过对复杂度的分析和对误码、误块率的仿真，表明了极化码在新型物理层协议规定框架内与SCMA多址接入技术结合相较于其它码字的优越性，并验证了经过所提出极化码迭代接收方案的极化码平均互信息量，能够更接近香农界。