This paper conceives a novel sparse code multiple access (SCMA) codebook design which is motivated by the strong need for providing ultra-low decoding complexity and good error performance in downlink Internet-of-things (IoT) networks, in which a massive number of low-end and low-cost IoT communication devices are served. By focusing on the typical Rician fading channels, we analyze the pair-wise probability of superimposed SCMA codewords and then deduce the design metrics for multi-dimensional constellation construction and sparse codebook optimization. For significant reduction of the decoding complexity, we advocate the key idea of projecting the multi-dimensional constellation elements to a few overlapped complex numbers in each dimension, called low projection (LP). An emerging modulation scheme, called golden angle modulation (GAM), is considered for multi-stage LP optimization, where the resultant multi-dimensional constellation is called LP-GAM. Our analysis and simulation results show the superiority of the proposed LP codebooks (LPCBs) including one-shot decoding convergence and excellent error rate performance. In particular, the proposed LPCBs lead to decoding complexity reduction by at least $97\%$ compared to that of the conventional codebooks, whilst owning large minimum Euclidean distance. Some examples of the proposed LPCBs are available at \url{https://github.com/ethanlq/SCMA-codebook}.


翻译:本文设想了一个新颖的稀有代码多重存取(SCMA)代码簿设计,其动机是,在互联网下行网络中提供极低解码复杂性和良好错误性能的强烈需求,在网络下行网络中提供大量低端和低成本的 IOT 通信设备。通过侧重于典型的Rician 淡化频道,我们分析了超传的 SOMA 代码字串的双向概率,然后推导出多维星座构建和稀散代码簿优化的设计指标。为了大幅降低解码复杂性,我们提倡将多维星座元素投射到每个层面的几个重叠的复杂数字中的关键理念,称为低预测(LP)。一个新兴的调制式方案,即金角调(GAM),被考虑用于多阶段的LqP优化,结果的多维星座称为LP\GAM。我们提出的分析和模拟结果显示拟议的LP星座代码(LPCBB)的优越性能,包括以一发式解码方式解码和极差价率率的精选,即以最小的LPC IMB 的LPC 的LCLCB 的缩缩缩缩化。

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