一种编码多址接入方法及装置与流程

本发明涉及无线通信
技术领域：
，具体涉及一种编码多址接入方法及装置。
背景技术：
：机器与机器通信(MachinetoMachine，M2M)或者机器类型通信(MachineTypeCommunication，MTC)是人和人通信(HumantoHuman，H2H)的一种通信方式，是指不在人的干涉下的一种通信。这种通信的应用范围非常广泛，如智能电表、车辆跟踪、自动售货机、安全监控等等。高效支持MTC通信被认为是未来5G通信的关键需求。在5G无线通讯系统中，MTC数目远超传统的H2M数目，并且MTC业务一般具有小数据业务的特性，从而对当前的4G系统采用的FDMA的多址接入技术形成了严峻的挑战。FDMA多址接入技术的信令流程过于复杂，若要支持海量MTC终端的小数据包业务，在频谱资源日趋紧张的情况下，则会形成无法解决的矛盾：一方面需要支持海量用户接入，则意味着信令过程需要占据更大比例的频谱资源，导致频谱利用率进一步降低；另一方面，海量用户的数据需要传输，必须提高现有频谱资源的利用率。技术实现要素：针对现有技术中FDMA多址接入技术的信令流程过于复杂，频谱资源利用率降低、且用户数据流量增加的缺陷，本发明提供了一种编码多址接入方法及装置。第一方面，本发明提供了一种编码多址接入方法，该方法包括：接收到用户设备发送的数据流时，基于非正交稀疏编码叠加技术，从预设的码本集合中选择一个码本对所述数据流进行编码；根据所述码本中用户设备与资源块的映射关系，获得与所述用户设备对应的资源块；采用所述资源块，对编码后的数据流进行传输；其中，所述预设的码本集合包括多个码本，每个码本对应一层或一个用户设备。优选地，所述接收到用户设备发送的数据流之前，该方法还包括：初始化所述码本参数；根据预设的映射矩阵，确定每个用户设备与资源块的映射关系；对预设的本源星座图进行复数共轭、相位旋转、格型星座图的维度置换，得到每个用户设备的星座点；根据所述每个用户设备与资源块的映射关系及所述每个用户设备的星座点，得到多个码本，生成预设的码本集合。优选地，所述码本为稀疏码。优选地，所述码本参数包括：一个稀疏码多址SCMA编码器包含的相互独立的层或用户设备的个数J、资源块的数目K、K维的复值码字x包含的非0元素的个数N、过载系数λ；其中，N<K。优选地，所述预设的映射矩阵F为：其中，K＝5，J＝10，N＝2，λ＝2。第二方面，本发明提供了一种编码多址接入装置，该装置包括：编码单元，用于当接收到用户设备发送的数据流时，基于非正交稀疏编码叠加技术，从预设的码本集合中选择一个码本对所述数据流进行编码；资源块获取单元，用于根据所述码本中用户设备与资源块的映射关系，获得与所述用户设备对应的资源块；传输单元，用于采用所述资源块，对编码后的数据流进行传输；其中，所述预设的码本集合包括多个码本，每个码本对应一层或一个用户设备。优选地，该装置还包括码本预设单元，用于：初始化所述码本参数；根据预设的每个用户设备与资源块的映射关系，获得映射矩阵；对预设的本源星座图进行复数共轭、相位旋转、格型星座图的维度置换，得到每个用户设备的星座点；根据所述映射矩阵及所述每个用户设备的星座点，得到多个码本，生成预设的码本集合。优选地，所述码本为稀疏码。优选地，所述码本参数包括：一个稀疏码多址SCMA编码器包含的相互独立的层或用户设备的个数J、资源块的数目K、K维的复值码字x包含的非0元素的个数N、过载系数λ；其中，N<K。优选地，所述码本预设单元中预设的映射矩阵F为：其中，K＝5，J＝10，N＝2，λ＝2。由上述技术方案可知，本发明提供一种编码多址接入方法及装置，通过将稀疏码和调制技术相结合，通过共轭、置换及相位旋转等方式选择最优的码本集合，不同用户设备基于分配的码本进行信息传输。本发明采用非正交稀疏编码叠加技术，则在相同的资源条件下，能够成倍增加系统的接入容量，同时利用多维调制和扩频技术，单用户链路质量大幅度提升。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。图1是本发明一实施例提供的一种编码多址接入方法的流程示意图；图2是本发明另一实施例提供的SCMA系统发送端(上行)示意图；图3是本发明另一实施例提供的映射矩阵对应的因子图；图4是本发明另一实施例提供的本源星座图；图5是本发明一实施例提供的一种编码多址接入装置的结构示意图。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。如图1所示，为本发明一实施例提供的一种编码多址接入方法的流程示意图，该方法包括如下步骤：S1：接收到用户设备发送的数据流时，基于非正交稀疏编码叠加技术，从预设的码本集合中选择一个码本对所述数据流进行编码。其中，所述预设的码本集合包括多个码本，每个码本对应一层或一个用户设备。具体来说，接收到用户设备发送的数据流，即二维的比特组合，从预设的码本集合中选择多维域码字对数据流进行编码，即将输入的比特组合映射到相应的稀疏码多址(SparseCodeMultiple Access，简称SCMA)码本的某个多维域码字上。其中，所述码本为稀疏码。则基于稀疏码多址接入，本方法可以在同样资源条件下，使得系统的接入容量增加一倍。将比特到正交振幅调制(QuadratureAmplitudeModulation，简称QAM)的映射过程和扩频过程结合在一起，直接将输入的比特组合映射到相应的SCMA码本的某个多维码字上，每层或者每个用户有专属的码本。S2：根据所述码本中用户设备与资源块的映射关系，获得与所述用户设备对应的资源块。S3：采用所述资源块，对编码后的数据流进行传输。举例来说，如图2所示，为SCMA系统发送端(上行)示意图，如图可知，预设的码本集合包括10个码本，每个用户对应一个码本。其中，资源块的数量为5，每个用户发送的数据流经SCMA编码器编码后，采用码本所对应的2个资源块进行传输，然后通过天线发送编码后的数据流。本实施例提供的SCMA是一种基于码域叠加的新型多址技术，它将低密度码和调制技术相结合，通过共轭、置换以及相位旋转等方式选择最优的码本集合，不同用户基于分配的码本进行信息传输。在接收端，通过MPA(MessagePassingAlgorithm)算法进行解码。由于采用非正交稀疏编码叠加技术，在同样资源条件下，SCMA技术可以成倍增加系统的接入容量，同时，利用多维调制和扩频技术，单用户链路质量将大幅度提升。SCMA技术可兼容正交频分多址(OrthogonalFrequencyDivisionMultipleAccess，简称OFDMA)的发送模式，基于现有的4G系统，发端数字域加入编码模块，收端数字域加入MPA检测模块，即可突破4G现有的正交设计天花板，有效的解决频谱资源受限和海量MTC终端接入之间的矛盾本实施例中，步骤S1中接收到用户设备发送的数据流之前，该方法还包括如下步骤：A01、初始化所述码本参数；A02、根据预设的映射矩阵，确定每个用户设备与资源块的映射关系；A03、对预设的本源星座图进行复数共轭、相位旋转、格型星座图的维度置换，得到每个用户设备的星座点；A04、根据所述每个用户设备与资源块的映射关系及所述每个用户设备的星座点，得到多个码本，生成预设的码本集合。其中，所述码本参数包括：一个SCMA编码器包含的相互独立的层或用户设备的个数J、资源块的数目K、K维的复值码字x包含的非0元素的个数N、过载系数λ；其中，N<K。举例来说：1、将码本参数进行初始化，如表1所示，初始化J＝10，K＝5，N＝2，则λ＝J/K＝2。λ表示系统超负载200％。表1码本参数含义及取值参数名称含义取值J一个SCMA编码器包含的相互独立的层(或者用户)的个数10K资源块的数目5NK维的复值码字x是一个稀疏向量，包含N个非0元素，N<K2λ将J层(或者用户)复用到K个资源块上，过载系数λ:＝JK2xj表示第j层(或者用户)节点，j＝1,2,…,Jzk表示第k个资源块节点，k＝1,2,…,K2、基于上述初始化后的码本参数，根据预设的映射矩阵F，确定每层或每个用户设备和资源块之间的映射关系，如下：则上述映射矩阵对应的因子图如图3所示，由图可知，每个用户设备对应两个资源块，如用户设备x1对应资源块z1和z2，用户设备x2对 应资源块z1和z3等，每个用户设备发送的数据通过对应的资源块进行传输。可以从两个不同的维度理解上述映射矩阵，以用户节点和资源块节点为例：(1)x1映射到资源块z1(f11＝1)和z2(f21＝1)；(2)z1上面承载了x1(f11＝1)、x2(f12＝1)、x8(f18＝1)和x9(f19＝1)的信息。其中，fij表示映射矩阵F中第i行第j列的元素。3、基于QAM技术，预设一个本源星座点，即参考星座点，如图4所示。需要得到J个不同的N维星座点，每个星座点的大小为M。每层或每个用户设备的星座点能够基于上述本源星座点，进行复数共轭、相位旋转、格型星座点的维度置换等方式获得。本实施例提供了一种编码多址接入方法，通过将稀疏码和调制技术相结合，通过共轭、置换及相位旋转等方式选择最优的码本集合，不同用户设备基于分配的码本进行信息传输。本发明采用非正交稀疏编码叠加技术，则在相同的资源条件下，能够成倍增加系统的接入容量，同时利用多维调制和扩频技术，单用户链路质量大幅度提升。如图5所示，为本发明另一实施例提供的一种编码多址接入装置的结构示意图，该装置包括编码单元501、资源块获取单元502及传输单元503。其中：编码单元501，用于当接收到用户设备发送的数据流时，基于非正交稀疏编码叠加技术，从预设的码本集合中选择一个码本对所述数据流进行编码；资源块获取单元502，用于根据所述码本中用户设备与资源块的映射关系，获得与所述用户设备对应的资源块；传输单元503，用于采用所述资源块，对编码后的数据流进行传输。其中，所述预设的码本集合包括多个码本，每个码本对应一层或 一个用户设备。本实施例中，该装置还包括码本预设单元，用于：初始化所述码本参数；根据预设的每个用户设备与资源块的映射关系，获得映射矩阵；对预设的本源星座图进行复数共轭、相位旋转、格型星座图的维度置换，得到每个用户设备的星座点；根据所述映射矩阵及所述每个用户设备的星座点，得到多个码本，生成预设的码本集合。本实施例中，所述码本为稀疏码。本实施例中，所述码本参数包括：一个SCMA编码器包含的相互独立的层或用户设备的个数J、资源块的数目K、K维的复值码字x包含的非0元素的个数N、过载系数λ；其中，N<K。本实施例中，所述码本预设单元中预设的映射矩阵F为：其中，K＝5，J＝10，N＝2，λ＝2。对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。应当注意的是，在本发明的系统的各个部件中，根据其要实现的功能而对其中的部件进行了逻辑划分，但是，本发明不受限于此，可以根据需要对各个部件进行重新划分或者组合，例如，可以将一些部件组合为单个部件，或者可以将一些部件进一步分解为更多的子部件。本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本发明实施例的系统中的一些或者全部部件的一些 或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。以上实施方式仅适于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关
技术领域：
的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。当前第1页1 2 3