用于稀疏碼多址接入的系統(tǒng)和方法
【專利說明】
[0001] 本發(fā)明要求2012年11月16日遞交的發(fā)明名稱為"用于稀疏碼多址接入的系統(tǒng)和 方法（Systems and Methods for Sparse Code Multiple Access) "的第 61/727, 486 號(hào)美 國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)案以及2012年12月28日遞交的發(fā)明名稱為"用于稀疏碼多址接入的系統(tǒng)和方 法（Systems and Methods for Sparse Code Multiple Access) "的第 13/730, 355 號(hào)美國(guó) 申請(qǐng)案的在先申請(qǐng)優(yōu)先權(quán)，這兩個(gè)申請(qǐng)案都以引入的方式并入本文本中，如同全文再現(xiàn)一 般。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，并且在具體實(shí)施例中，涉及用于稀疏碼多址接入的系統(tǒng)和 方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 碼分多址接入（CDMA)是一種數(shù)據(jù)符號(hào)被分散在正交或接近正交的碼序列上的多 址接入技術(shù)。傳統(tǒng)CDM編碼是一個(gè)兩步驟過程，其中在應(yīng)用擴(kuò)頻序列之前將二進(jìn)制代碼映 射到正交幅度調(diào)制（QAM)符號(hào)。雖然傳統(tǒng)CDM編碼可以提供相對(duì)較高的編碼速率，但是需 要用于實(shí)現(xiàn)更高編碼速率的新技術(shù)/機(jī)制以滿足下一代無線網(wǎng)絡(luò)的不斷增長(zhǎng)的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明實(shí)施例描述了用于稀疏碼多址接入的系統(tǒng)和方法，大體上實(shí)現(xiàn)了技術(shù)上的 優(yōu)勢(shì)。
[0005] 根據(jù)一實(shí)施例，提供了一種用于復(fù)用數(shù)據(jù)的方法。在該示例中，所述方法包括接收 與第一復(fù)用層關(guān)聯(lián)的第一二進(jìn)制數(shù)據(jù)，通過從第一碼本中選擇第一碼字對(duì)所述第一二進(jìn)制 數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，以及將所述第一碼字和至少一個(gè)來自第二碼本的第二碼字進(jìn)行復(fù)用以獲取 復(fù)用碼字。所述第一碼本被專門分配給所述第一復(fù)用層，以及所述第二碼本被專門分配給 第二復(fù)用層。所述方法進(jìn)一步包括在網(wǎng)絡(luò)的共享資源上傳輸所述復(fù)用碼字。還提供了一種 用于執(zhí)行該方法的裝置。
[0006] 根據(jù)另一實(shí)施例，提供了一種用于接收數(shù)據(jù)的方法。在該示例中，所述方法包括接 收攜帶復(fù)用碼字的信號(hào)。所述復(fù)用碼字包括屬于多個(gè)碼本的碼字，其中每個(gè)碼本被分配給 不同的復(fù)用層。所述方法進(jìn)一步包括由與第一復(fù)用層關(guān)聯(lián)的接收器識(shí)別所述復(fù)用碼字內(nèi)的 第一碼字。所述第一碼字屬于被專門分配給所述第一復(fù)用層的碼本。所述方法進(jìn)一步包括 解碼所述第一碼字以獲取第一二進(jìn)制。還提供了一種用于執(zhí)行該方法的裝置。
[0007] 根據(jù)另一實(shí)施例，提供了一種用于設(shè)計(jì)稀疏碼多址接入（SCM)碼的方法。在該示 例中，所述方法包括生成多個(gè)多維調(diào)制碼本，以及由所述多個(gè)多維調(diào)制碼本生成多個(gè)稀疏 碼本。還提供了一種用于設(shè)計(jì)低密度簽名（LDS)的方法。
【附圖說明】
[0008] 為了更完整地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在參考下文結(jié)合附圖進(jìn)行的描述，其中：
[0009] 圖1示出了傳統(tǒng)CDM編碼器的圖；
[0010] 圖2示出了傳統(tǒng)CDM編碼架構(gòu)的圖；
[0011] 圖3示出了實(shí)施例的SCM編碼器的圖；
[0012] 圖4示出了實(shí)施例的SCM編碼架構(gòu)的圖；
[0013] 圖5示出了用于編碼數(shù)據(jù)的實(shí)施例方法的流程圖；
[0014] 圖6示出了用于解碼數(shù)據(jù)的實(shí)施例方法的流程圖；
[0015] 圖7示出了用于設(shè)計(jì)次優(yōu)SCM碼本的實(shí)施例方法的圖；
[0016] 圖8示出了用于設(shè)計(jì)LDS簽名的實(shí)施例方法的圖；
[0017] 圖9示出了描繪BLER性能的圖；
[0018] 圖10示出了 SCMA碼的因子圖表示的圖；
[0019] 圖11不出了 SCMA碼的另一因子圖表不的圖；
[0020] 圖12示出了相位旋轉(zhuǎn)圖的圖；
[0021] 圖13示出了描繪LDS中的資源和層節(jié)點(diǎn)的外在信息傳遞函數(shù)的圖；
[0022] 圖14示出了描繪LDS的資源節(jié)點(diǎn)的輸出層信息和輸入外在信息的對(duì)比的圖；
[0023] 圖15示出了描繪具有簽名&的LDS的外在信息傳遞函數(shù)的圖；
[0024] 圖16示出了描繪LDS簽名S2的輸出信息的圖；
[0025] 圖17示出了描繪沒有相位/共軛優(yōu)化的SCM碼的四個(gè)資源節(jié)點(diǎn)的外在信息傳遞 函數(shù)的圖；
[0026] 圖18示出了描繪具有相位/共軛優(yōu)化的SCM碼的四個(gè)資源節(jié)點(diǎn)的外在信息傳遞 函數(shù)的圖；
[0027] 圖19(a)示出了描繪多維星座的維功率變化量對(duì)SCM碼性能的影響圖；
[0028] 圖19(b)示出了描繪多維星座的維功率變化量對(duì)另一 SCM碼性能的影響圖；
[0029] 圖20 (a)示出了描繪置換算符對(duì)SCM碼性能的影響圖；
[0030] 圖20 (b)示出了描繪置換算符對(duì)另一 SCM碼性能的影響圖；
[0031] 圖21 (a)示出了描繪相位/共軛算符對(duì)SCM碼性能的影響圖；
[0032] 圖21 (b)示出了描繪相位/共軛算符對(duì)另一 SCM碼性能的影響圖；
[0033] 圖22(a)示出了描繪SCM碼的相位/共軛算符的兩個(gè)不同優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比圖；
[0034] 圖22(b)示出了描繪另一 SCM碼的相位/共軛算符的兩個(gè)不同優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比 圖；
[0035] 圖23示出了描繪算符分配對(duì)SCM碼性能的影響圖；
[0036] 圖24 (a)示出了描繪實(shí)域酉算符對(duì)SCM碼性能的影響圖；
[0037] 圖24 (b)示出了描繪實(shí)域酉算符對(duì)另一 SCM碼性能的影響圖；
[0038] 圖25示出了描繪SCMA碼的總有效吞吐量和設(shè)計(jì)參數(shù)的影響的圖；
[0039] 圖26示出了描繪使用不同簽名矩陣的LDS性能的圖；
[0040] 圖27 (a)示出了描繪LDS簽名集的性能的圖；
[0041] 圖27(b)示出了描繪另一 LDS簽名集的性能的圖；
[0042] 圖28(a)示出了描繪具有相位算符的成對(duì)優(yōu)化的LDS簽名集的性能的圖；
[0043] 圖28(b)示出了描繪具有相位算符的不同成對(duì)優(yōu)化的另一 LDS簽名集的性能的 圖；
[0044] 圖29示出了描繪SCMA和LDS的性能對(duì)比的圖；
[0045] 圖30為示出了計(jì)算平臺(tái)的框圖；以及
[0046] 圖31示出了實(shí)施例通信設(shè)備的框圖。
[0047] 除非另有指示，否則不同圖中的對(duì)應(yīng)標(biāo)號(hào)和符號(hào)通常指代對(duì)應(yīng)部分。繪制各圖是 為了清楚地說明實(shí)施例的相關(guān)方面，因此未必是按比例繪制的。
【具體實(shí)施方式】
[0048] 下文將詳細(xì)論述本文所公開的實(shí)施例的制作和使用。但應(yīng)了解，本發(fā)明提供了可 以在多種具體環(huán)境中實(shí)施的許多適用的發(fā)明概念。所論述的具體實(shí)施例僅僅說明用以實(shí)施 和使用本發(fā)明的具體方式，而不限制本發(fā)明的范圍。
[0049] 本文所公開的是稀疏碼多址接入（SCM)編碼技術(shù)，該技術(shù)直接將二進(jìn)制數(shù)據(jù)流 編碼為多維碼字。通過直接將二進(jìn)制數(shù)據(jù)編碼為多維碼字，本文所述的SCM編碼技術(shù)避免 了 QAM符號(hào)映射，從而實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)CDM編碼之上的編碼增益。應(yīng)注意，本文所述的SCM編 碼技術(shù)使用多維碼字而不是使用QAM符號(hào)傳送二進(jìn)制數(shù)據(jù)。另外，本發(fā)明的SCM編碼技術(shù) 通過為每個(gè)復(fù)用層分配不同碼本提供多址接入，而不是使用傳統(tǒng)CDM編碼中常見的唯一 擴(kuò)頻序列（例如，LDS簽名等）。此外，SCM碼本包括稀疏碼字，這樣接收器可以使用低復(fù) 雜度的消息傳遞算法（MPA)在復(fù)用碼字中檢測(cè)它們各自的碼字，這樣降低了接收器側(cè)的基 帶處理復(fù)雜度。雖然本發(fā)明的大部分內(nèi)容在二進(jìn)制數(shù)據(jù)的背景下進(jìn)行論述，但是本發(fā)明的 各個(gè)方面同樣適用于其它類型的數(shù)據(jù)，例如M進(jìn)制數(shù)據(jù)。
[0050] 圖1示出了用于編碼數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)CDM編碼器100。如圖所示，CDM編碼器100將 從FEC編碼器接收到的二進(jìn)制數(shù)據(jù)映射到QAM符號(hào)，隨后應(yīng)用擴(kuò)頻簽名（ Sl、s2、s3、S4)以獲 取編碼的數(shù)據(jù)流（qsp qs2、qs3、qs4)。應(yīng)注意，擴(kuò)頻簽名（Sp s2、s3、S4)是分配給不同復(fù)用 層以實(shí)現(xiàn)多址接入的CDM擴(kuò)頻序列（例如，LDS簽名等）
[0051] 圖2示出了用于通過網(wǎng)絡(luò)260將二進(jìn)制數(shù)據(jù)流201至204傳送給多個(gè)用戶231至 234的傳統(tǒng)CDM編碼架構(gòu)200的示例，該編碼架構(gòu)可由傳統(tǒng)CDM編碼器100執(zhí)行。如圖所 示，根據(jù)QAM到二進(jìn)制的關(guān)系270將每個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)流201至204映射到QAM符號(hào)211至 214。例如，QAM符號(hào)211與二進(jìn)制值'00'關(guān)聯(lián)，QAM符號(hào)212與二進(jìn)制值'01'關(guān)聯(lián)，QAM 符號(hào)213與二進(jìn)制值'10'關(guān)聯(lián)，以及QAM符號(hào)214與二進(jìn)制值'11'關(guān)聯(lián)。因此，QAM符號(hào) 211被映射到二進(jìn)制數(shù)據(jù)流201，QAM符號(hào)212被映射到二進(jìn)制數(shù)據(jù)流202和204,以及QAM 符號(hào)213被映射到二進(jìn)制數(shù)據(jù)流203。
[0052] 遵循二進(jìn)制到QAM的映射，根據(jù)LDS簽名221至224將QAM符號(hào)211至214復(fù)用 在一起。應(yīng)注意，每個(gè)LDS簽名221至224均被映射到不同復(fù)用層，這些復(fù)用層被分配給不 同的用戶231至234以實(shí)現(xiàn)多址接入。因此，LDS簽名221至224保持固定（即，不隨二進(jìn) 制數(shù)據(jù)流201至204中的二進(jìn)制值而變化）。之后，所得的一維碼字241至244被復(fù)用在 一起以形成復(fù)用碼字280,復(fù)用碼字280通過網(wǎng)絡(luò)260進(jìn)行發(fā)送。接收之后，根據(jù)LDS簽名 221至224解復(fù)用復(fù)用碼字280以獲取QAM符號(hào)211至214, QAM符號(hào)211至214用于根據(jù) QAM到二進(jìn)制的關(guān)系270獲取二進(jìn)制數(shù)據(jù)流201至204。
[0053] 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)方面的用于編碼數(shù)據(jù)的SCM編碼器300。如圖所 示，SCM編碼器300將從FEC編碼器接收到的二進(jìn)制數(shù)據(jù)直接映射到多維碼字以獲取編 碼的數(shù)據(jù)流（Xl、X2、X3、X4)。多維碼字可屬于不同的多維碼本，其中每個(gè)碼本與不同復(fù)用層 關(guān)聯(lián)。如本文中所述，復(fù)用層可包括可在網(wǎng)絡(luò)的共享資源上傳送多個(gè)數(shù)據(jù)流的任意層。例 如，復(fù)用層可包括多入多出（MMO)空間層、正交頻分多址接入（OFDMA)頻點(diǎn)、時(shí)分多址接入 (TDM)層以及其它層。
[0054] 圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)方面的用于編碼數(shù)據(jù)的SCM復(fù)用方案400的示例。 如圖所示，SCMA復(fù)用方案400可利用多個(gè)碼本410、420、430、440、450和460,每個(gè)碼本被 分配給不同復(fù)用層并且包括多個(gè)多維碼字。具體而言，碼本410包括碼字411至414,碼本 420包括碼字421至424,碼本430包括碼字431至434,碼本440包括碼字441至444,碼本 450包括碼字451至454,以及碼本460包括碼字461至464。各個(gè)碼本的每個(gè)碼字被映射 到不同二進(jìn)制值。在該示例中，碼字411、421、431、441、451和461被映射到二進(jìn)制值' 00 '， 碼字 412、422、432、442、452 和 462