非正交多址SCMA技術(shù)介紹非正交多址SCMA（SparseCodeMultipleAccess）技術(shù)是一種新興的多址接入技術(shù)，能夠顯著提高頻譜效率和系統(tǒng)容量。它利用稀疏編碼的特性，將多個(gè)用戶信號(hào)疊加到同一頻段，從而實(shí)現(xiàn)更高效的資源利用。作者：SCMA技術(shù)概述非正交多址SCMA是一種新型的多址接入技術(shù)，它允許多個(gè)用戶在同一時(shí)間和頻率上進(jìn)行通信，并且不會(huì)互相干擾。多用戶接入SCMA利用稀疏編碼和多用戶檢測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高效的頻譜利用率，可以支持更多的用戶接入。高頻譜效率與傳統(tǒng)的正交多址技術(shù)相比，SCMA可以顯著提高頻譜效率，有效地利用有限的無線資源。SCMA技術(shù)原理1碼本設(shè)計(jì)用戶分配碼字，以消除用戶間干擾2多用戶檢測(cè)利用接收到的信號(hào)，檢測(cè)用戶發(fā)送的碼字3非正交傳輸允許多個(gè)用戶同時(shí)共享同一頻譜資源SCMA是一種非正交多址技術(shù)，允許多個(gè)用戶共享同一頻譜資源。它通過碼本設(shè)計(jì)和多用戶檢測(cè)來解決用戶間干擾問題。SCMA采用非正交傳輸方式，每個(gè)用戶被分配一個(gè)唯一的碼字，這些碼字在頻譜上重疊，但彼此之間正交。SCMA與傳統(tǒng)技術(shù)的區(qū)別1正交性傳統(tǒng)多址技術(shù)采用正交的信道，SCMA使用非正交信道，提升頻譜效率。2多用戶檢測(cè)傳統(tǒng)技術(shù)采用單用戶檢測(cè)，SCMA需要多用戶檢測(cè)，解碼復(fù)雜度更高。3干擾傳統(tǒng)技術(shù)利用正交性避免干擾，SCMA存在用戶間干擾，需要進(jìn)行干擾消除。SCMA的優(yōu)勢(shì)提高頻譜效率SCMA通過非正交多址技術(shù)，允許多個(gè)用戶在同一時(shí)間、同一頻率上進(jìn)行通信，有效地提升了頻譜利用率。增強(qiáng)系統(tǒng)容量SCMA能夠在有限的頻譜資源內(nèi)，支持更多用戶接入，提升系統(tǒng)容量，滿足日益增長(zhǎng)的移動(dòng)數(shù)據(jù)需求。降低傳輸功耗SCMA采用低功率信號(hào)傳輸，降低了用戶的功耗，延長(zhǎng)了設(shè)備的續(xù)航時(shí)間，特別適用于移動(dòng)終端設(shè)備。簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)SCMA技術(shù)相對(duì)傳統(tǒng)的多址技術(shù)，具有更簡(jiǎn)單的系統(tǒng)架構(gòu)，降低了系統(tǒng)設(shè)計(jì)和維護(hù)的復(fù)雜度。SCMA的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)指標(biāo)描述數(shù)值頻譜效率單位帶寬的吞吐量較高功率效率單位功率的吞吐量較高時(shí)延數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t較低復(fù)雜度算法和硬件的復(fù)雜性中等吞吐量單位時(shí)間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較高SCMA編碼機(jī)理1碼字選擇每個(gè)用戶選擇一個(gè)唯一的碼字。2碼字疊加將所有用戶的碼字疊加到同一個(gè)頻譜上。3星座映射將碼字映射到復(fù)數(shù)星座圖上。4信號(hào)發(fā)射通過天線發(fā)射疊加后的信號(hào)。SCMA編碼機(jī)理利用非正交碼字來區(qū)分不同的用戶，并通過碼字疊加、星座映射和信號(hào)發(fā)射將信息傳遞給接收端。這使得SCMA能夠在有限的帶寬內(nèi)同時(shí)為多個(gè)用戶提供服務(wù)。SCMA碼書設(shè)計(jì)碼書大小碼書大小決定了系統(tǒng)容量和復(fù)雜度。碼字距離碼字距離影響系統(tǒng)誤碼率性能。碼字分配碼字分配算法優(yōu)化系統(tǒng)性能和復(fù)雜度。碼書結(jié)構(gòu)不同的碼書結(jié)構(gòu)影響用戶容量和性能指標(biāo)。SCMA多用戶檢測(cè)算法干擾消除SCMA多用戶檢測(cè)算法的關(guān)鍵在于有效消除用戶之間的干擾，從而提高系統(tǒng)性能。檢測(cè)算法分類常用的SCMA多用戶檢測(cè)算法包括匹配濾波、最小均方誤差(MMSE)和最大似然(ML)檢測(cè)等。算法優(yōu)劣不同檢測(cè)算法在性能、復(fù)雜度和抗干擾能力等方面存在差異，需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景選擇合適的算法。算法優(yōu)化為了進(jìn)一步提升SCMA多用戶檢測(cè)性能，研究人員不斷探索新的算法，例如基于深度學(xué)習(xí)的檢測(cè)算法。SCMA系統(tǒng)架構(gòu)SCMA系統(tǒng)架構(gòu)主要包含三個(gè)部分:發(fā)送端、信道和接收端。發(fā)送端負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成SCMA符號(hào)并發(fā)送到信道;信道是數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿浇?，?huì)對(duì)信號(hào)造成干擾和衰減;接收端負(fù)責(zé)接收信號(hào)并進(jìn)行解調(diào)和解碼，最終還原出原始數(shù)據(jù)。SCMA系統(tǒng)架構(gòu)還包括了各種關(guān)鍵技術(shù)，例如SCMA編碼、碼書設(shè)計(jì)、多用戶檢測(cè)算法、功率分配算法等，這些技術(shù)共同確保SCMA系統(tǒng)的可靠性和高效性。SCMA信號(hào)發(fā)送流程1編碼將用戶數(shù)據(jù)映射到SCMA碼字，生成相應(yīng)的符號(hào)序列。2調(diào)制將符號(hào)序列進(jìn)行調(diào)制，將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，并進(jìn)行功率放大。3多路復(fù)用將不同用戶的調(diào)制信號(hào)進(jìn)行復(fù)用，形成SCMA信號(hào)，并進(jìn)行多載波調(diào)制。4傳輸將最終的SCMA信號(hào)通過無線信道傳輸至接收端。SCMA信號(hào)接收流程1信號(hào)接收接收端通過天線接收來自發(fā)射端的SCMA信號(hào)。2信道估計(jì)接收端根據(jù)已知的信息，估計(jì)信道狀態(tài)，獲得信道參數(shù)。3多用戶檢測(cè)接收端利用多用戶檢測(cè)算法，將接收到的信號(hào)分解成多個(gè)用戶信號(hào)。4解調(diào)解映射將解調(diào)后的用戶信號(hào)，映射成對(duì)應(yīng)的信息比特流。SCMA系統(tǒng)性能分析SCMA系統(tǒng)性能主要由誤碼率和吞吐量決定。誤碼率是指在傳輸過程中，接收端接收到的數(shù)據(jù)出錯(cuò)的概率，它是衡量通信系統(tǒng)可靠性的重要指標(biāo)。吞吐量是指單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，它是衡量通信系統(tǒng)效率的重要指標(biāo)。SCMA關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)碼書設(shè)計(jì)SCMA碼書設(shè)計(jì)需要考慮用戶數(shù)、數(shù)據(jù)速率等因素，并保證碼字之間的低相關(guān)性，降低多用戶檢測(cè)的復(fù)雜度。碼書設(shè)計(jì)算法的復(fù)雜度和效率影響著系統(tǒng)性能，需要找到平衡點(diǎn)。多用戶檢測(cè)多用戶檢測(cè)算法是SCMA的關(guān)鍵技術(shù)，其復(fù)雜度和性能決定了系統(tǒng)吞吐量和用戶體驗(yàn)。傳統(tǒng)的線性檢測(cè)算法難以適應(yīng)非正交多址的特性，需要開發(fā)新的檢測(cè)算法，例如迭代檢測(cè)或深度學(xué)習(xí)檢測(cè)。同步與功率控制SCMA系統(tǒng)需要進(jìn)行精確的時(shí)間同步和功率控制，以避免用戶間干擾，保證系統(tǒng)性能。同步與功率控制技術(shù)需要考慮用戶的動(dòng)態(tài)變化和信道衰落，確保系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性。SCMA技術(shù)發(fā)展歷程1早期研究2000年，SCMA概念首次提出。2理論研究2005-2010年，SCMA理論框架逐步完善。3系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)2011-2015年，SCMA系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境驗(yàn)證。4標(biāo)準(zhǔn)化2016年至今，SCMA技術(shù)推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程。SCMA技術(shù)經(jīng)過二十余年的發(fā)展，已從理論研究逐步走向應(yīng)用實(shí)踐，并在5G、6G等未來通信領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。SCMA在5G中的應(yīng)用增強(qiáng)移動(dòng)寬帶SCMA可用于5G增強(qiáng)移動(dòng)寬帶場(chǎng)景，提高頻譜效率和用戶體驗(yàn)。SCMA可以有效提升多用戶容量和系統(tǒng)吞吐量，滿足移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展需求。超可靠低延遲通信SCMA在超可靠低延遲通信場(chǎng)景中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。SCMA的低延遲特性可有效滿足工業(yè)自動(dòng)化和無人駕駛等對(duì)時(shí)延敏感的應(yīng)用需求。海量機(jī)器通信SCMA可支持大規(guī)模連接和數(shù)據(jù)傳輸，為物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用提供高效可靠的通信保障。SCMA的低功耗特性可延長(zhǎng)設(shè)備續(xù)航時(shí)間，降低運(yùn)營(yíng)成本。SCMA在6G中的展望超高頻譜效率6G網(wǎng)絡(luò)將需要支持更高的數(shù)據(jù)速率和連接密度，SCMA的非正交性可以有效提高頻譜利用率，為6G提供更強(qiáng)大的容量支持。低延遲SCMA的靈活性和多用戶檢測(cè)能力可以有效降低系統(tǒng)延遲，滿足未來6G網(wǎng)絡(luò)對(duì)低延遲通信的需求。高能效SCMA可以通過優(yōu)化碼字設(shè)計(jì)和多用戶檢測(cè)算法，降低功耗，提高能效，有利于構(gòu)建綠色節(jié)能的6G網(wǎng)絡(luò)。靈活應(yīng)用SCMA在不同場(chǎng)景下具有靈活的應(yīng)用潛力，可以應(yīng)用于各種6G應(yīng)用場(chǎng)景，例如車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)等。SCMA在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用低功耗和低延遲SCMA技術(shù)可有效降低物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的功耗和延遲，滿足物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求。增強(qiáng)安全性SCMA的非正交特性可提升物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的安全性和可靠性，防止惡意攻擊。提高效率SCMA技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的高效連接和數(shù)據(jù)傳輸，提升物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用效率。SCMA在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用工業(yè)自動(dòng)化SCMA可提高工業(yè)設(shè)備連接效率，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，優(yōu)化生產(chǎn)流程。智能制造SCMA支持高密度連接，實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的高效通信，助力智能制造。預(yù)測(cè)性維護(hù)SCMA提供可靠的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，支持預(yù)測(cè)性維護(hù)，降低設(shè)備故障率。SCMA在車聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用11.高效數(shù)據(jù)傳輸SCMA技術(shù)可以有效提升車聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)傳輸速率和可靠性。22.增強(qiáng)安全性能SCMA技術(shù)可應(yīng)用于車輛之間以及車輛與基礎(chǔ)設(shè)施之間的安全通信。33.降低延遲SCMA技術(shù)有助于實(shí)現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)中低延遲的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。SCMA在無人機(jī)通信中的應(yīng)用高帶寬需求無人機(jī)需要高速數(shù)據(jù)傳輸以支持實(shí)時(shí)視頻流、圖像傳輸和控制命令。移動(dòng)性無人機(jī)通信需要適應(yīng)不斷變化的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，提供無縫連接和可靠的數(shù)據(jù)傳輸。低功耗無人機(jī)需要低功耗技術(shù)以延長(zhǎng)飛行時(shí)間，提高電池續(xù)航能力。SCMA在衛(wèi)星通信中的應(yīng)用低延遲SCMA技術(shù)能夠有效降低衛(wèi)星通信的延遲，從而提高用戶體驗(yàn)，特別是在高軌衛(wèi)星通信中。高吞吐量SCMA技術(shù)能夠提高衛(wèi)星通信系統(tǒng)的頻譜效率，從而提升系統(tǒng)吞吐量，滿足未來衛(wèi)星通信對(duì)高帶寬的需求?？垢蓴_性SCMA技術(shù)具有良好的抗干擾性能，能夠有效抑制來自其他衛(wèi)星或地面信號(hào)的干擾，提高衛(wèi)星通信的可靠性。靈活部署SCMA技術(shù)可靈活部署在不同類型的衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，例如低軌、中軌和高軌衛(wèi)星系統(tǒng)。SCMA產(chǎn)業(yè)生態(tài)構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)制定推動(dòng)SCMA技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展。資金投入吸引科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)和資本投入，支持SCMA技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。應(yīng)用推廣鼓勵(lì)SCMA技術(shù)的應(yīng)用推廣，培育產(chǎn)業(yè)應(yīng)用生態(tài)。人才培養(yǎng)加強(qiáng)SCMA技術(shù)人才培養(yǎng)，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供人才支撐。SCMA標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程1標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP,IEEE,ETSI2技術(shù)規(guī)范定義系統(tǒng)參數(shù)，接口協(xié)議3測(cè)試驗(yàn)證確保符合標(biāo)準(zhǔn)要求4商用部署推廣應(yīng)用，市場(chǎng)推廣SCMA技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化是一個(gè)逐步推進(jìn)的過程，涉及多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化組織的參與。標(biāo)準(zhǔn)化工作包括制定技術(shù)規(guī)范，進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證，以及最終的商用部署。SCMA商用落地案例5G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施SCMA技術(shù)已應(yīng)用于5G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，提高了系統(tǒng)容量和頻譜效率，為用戶提供高速率、低延遲的通信服務(wù)。數(shù)據(jù)中心SCMA技術(shù)在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用，提升了數(shù)據(jù)傳輸效率，減少網(wǎng)絡(luò)擁塞，滿足了海量數(shù)據(jù)處理和傳輸?shù)男枨?。移?dòng)通信SCMA技術(shù)在移動(dòng)通信領(lǐng)域，提高了用戶體驗(yàn)，支持了更多用戶同時(shí)接入網(wǎng)絡(luò)，降