【摘 要】
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第五代（The Fifth Generation,5G）及未来通信系统需要支持超高的可靠性、更低的时延以及更多的终端,而传统的正交多址（Orthogonal Multiple Access,OMA）技术受限于有限的频谱资源,已经无法应对海量终端同时接入的场景,因此为满足5G的通信需求,既需要用超高可靠性的短码长信道编码来实现超高可靠低时延又需要通过非正交多址技术来提升接入终端的数量。本文旨在设计出
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第五代（The Fifth Generation,5G）及未来通信系统需要支持超高的可靠性、更低的时延以及更多的终端,而传统的正交多址（Orthogonal Multiple Access,OMA）技术受限于有限的频谱资源,已经无法应对海量终端同时接入的场景,因此为满足5G的通信需求,既需要用超高可靠性的短码长信道编码来实现超高可靠低时延又需要通过非正交多址技术来提升接入终端的数量。本文旨在设计出一种新的物理层编码调制和稀疏码分多址技术（Sparse Code Multiple Access,SCMA）的级联方案,以满足超可靠低时延通信（Ultra Reliable Low Latency Communications,URLLC）场景要求的超高可靠性和超低时延性以及海量连接性。本文的研究共分为两个方面,一是研究短码长模拟喷泉码（Short Analog Fountain Code,S-AFC）的设计及优化;二是研究如何将S-AFC和SCMA进行级联以便既能解决端到端的通信时延,又能降低海量设备和基站通信时的接入时延。本文的创新点与具体工作内容如下:（1）本文基于“和或树”设计出了S-AFC的度分布函数,由于S-AFC的平均度较小,当译码开销也较小时会导致部分信息符号不会参与编码,因此S-AFC会存在误码平层,为了消除S-AFC的误码平层本文对S-AFC的生成矩阵进行了优化,保证了所有信息符号都能参与编码,仿真结果表明,优化后的S-AFC其误码平层被消除。对S-AFC的误块率（Block Error Rate,BLER）和最短码长进行仿真,结果表明S-AFC能够实现10-5的BLER,且码长逼近短码长信道编码的性能界。（2）在存在海量终端接入的URLLC场景中,为了避免基于调度的OMA因频谱资源不足造成的接入时延,本文将S-AFC与SCMA进行了级联。由于S-AFC是一种模拟编码,其海量的生成符号无法对SCMA的码本进行映射,因此本文在S-AFC的基础上提出了数字喷泉调制（Digital Fountain Modulation,DFM）技术,DFM的生成符号可以与SCMA的码本大小进行适配。根据SCMA的各种级联方案在URLLC场景下的仿真对比可以得出LDPC-DFM-SCMA技术由于其具备纠错和码率自适应这两种性质,满足海量终端接入的URLLC场景的超高可靠性和超低时延的要求。
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