首届5G算法创新大赛：SCMA赛事评述

作者：范平志（西南交通大学 教授）

多址接入是无线通信物理层最核心的技术之一，它使得无线基站能区分且同时服务多个终端用户，并使得相互干扰（多址干扰）最小。现有系统大多采用正交多址接入方式，即多个用户通过在不同维度上（频分、时分、码分等）正交划分资源来接入，如目前4G系统中采用的OFDMA多址技术就是其中之一。

正交多址技术由于其可容纳的接入用户数与正交资源成正比，而正交资源数量受限于正交性要求，因此不能满足未来5G时代广域连续覆盖，热点高容量、海量连接、低延时接入等的业务需求。于是，非正交多址接入就成为当下备受瞩目的5G多址接入的研究重点。SCMA（Sparse Code Multiple Access）稀疏码多址接入就是应5G万物互联的需求而设计的一种非正交多址技术。

图1:SCMA非正交扩频叠加示意图

SCMA，在发送端将编码比特直接映射为复数域多维码字，不同用户的码字在相同的资源块上以稀疏的扩频方式非正交叠加，如图1所示；在接收端则利用稀疏性进行低复杂度的多用户联合检测，并结合信道译码完成多用户的比特串恢复。由于非正交叠加的码字个数可以成倍大于使用的资源块个数，因此相比4G的OFDMA技术，SCMA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。已有研究成果表明：与4G LTE相比，采用SCMA的下行小区边缘用户传输速率可以有效提升近35%，而当SCMA与MU-MIMO结合时，可获得更高的下行系统吞吐量增益；对于上行链路，SCMA用户接入能力则可达LTE系统的3倍以上。

本次5G算法创新大赛，给广大学子们提供了一个绝佳的理论研究与实现相结合平台，希望在这5G研究的时代里，同学们能够积极思考和探索各种方法，并亲自动手去设计和实现这些潜在的5G算法。预知大赛详情，请登录http://www.innovateasia.com/5g/ 。

作为首届5G算法创新大赛评委，我通过此次大赛初评和答辩，欣喜地看到了中国无线通信年轻学人的高昂参与激情和可贵创新精神。此次5G算法创新大赛，各校参与度之广、作品水平之高、学生基础之好，大大超出了组织者和评委们的预期。在答辩过程中，许多同学的报告和回答思路清晰，表现出强烈的自信、迸发出创新的火花、释放出团队协同的精神。

在SCMA小组，我们看到一些团队在参赛之前对SCMA算法并不十分熟悉，但凭借着勇于拼搏的精神和对5G技术强烈的探索欲望，加班加点，最后依然交出了不错的仿真结果和FPGA实现方案。并有不少团队充分发扬了年轻人敢于挑战与创新的精神，积极计算和提出降低算法复杂度的算法设计和FPGA实现方法，例如：基于概率计算的降复杂度方法、基于门限值的低复杂度MPA算法、新颖低开销SC-MPA接收机结构、减小欧氏距离搜索空间方法，等等。在此，我有理由期待同学们在复赛阶段的更精彩表现！