一种下行多用户叠加传输方法与流程

本发明涉及LTE技术，尤其涉及一种下行多用户叠加传输方法。

背景技术：

在LTE R13之前的多用户传输方案中，均通过正交传输的方式来降低用户间的干扰。但是从信息论的角度分析，正交传输是有损信道容量的，因此是一种次优的传输方式。若能从发射机和接收机联合进行考虑，即使发射机采用非正交传输方式，在接收机侧通过一些先进的信号处理算法可以获得优于正交传输的性能，甚至可以达到理论上的多用户容量界，进一步提升系统性能。其中一种实现方式是采用叠加编码传输(Superposition Transmission)。其基本思想是，系统根据不同的目标传输速率，将信道状态量化为不同的信道质量的等级，每一个信道量化等级对应一个确定的目标传输速率。将两组信号分别按照不同的目标速率独立地进行信道编码和调制映射，然后将两者的输出星座按照一定的功率分配比例进行叠加传输。对应的接收机采用基于最小均方误差准则(Minimum Mean Square Error，MMSE)的干扰抵消(Interference Cancellation，IC)接收机就可以获得逼近多用户信道容量的性能。

目前3GPP中新立项的SI课题：多用户叠加传输(Multi-user Superposition Transmission，MUST)，正在致力于研究多用户叠加传输在LTE系统中的应用，用以进一步提升LTE系统的下行多用户传输性能。

目前基于叠加编码的多用户传输方案中，只给出了直接叠加编码的具体实现方案，而直接叠加编码方案输出的多用户复合星座不再满足Gray映射，因此会造成一定的性能损失。而对于如何实现满足Gray映射的复合星座还在讨论中。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提出一种下行多用户叠加传输方法，包括：

按照预定准则进行配对用户的选择，所述配对用户包括远用户和近用户；

所述近用户的每个码字比特流在加扰之后、调制映射之前还进行调制星座 翻转，然后采用翻转之后的调制星座进行调制映射；

所述远用户和近用户经过调制映射后的符号数据乘以对应的功率分裂因子之后叠加起来一起进行层映射和预编码操作，所述预编码之后再经过RE映射，生成相应的OFDM符号之后通过对应的天线端口进行射频传输。

进一步地，所述调制星座翻转的方式根据所述远用户的调制方式和调制比特决定。

进一步地，所述调制星座翻转的方式根据所述远用户的调制方式和调制比特决定包括：

所述远用户采用QPSK调制，所述近用户的调制星座按照下面的规则进行相应的翻转：

进一步地，还包括：所述近用户也采用QPSK调制，则：

当所述远用户的调制比特为00时，所述近用户的QPSK星座点与比特的对应关系为：

当所述远用户的调制比特为01时，所述近用户的QPSK星座点与比特的对应关系为：

当所述远用户的调制比特为11时，所述近用户的QPSK星座点与比特的对应关系为：

当所述远用户的调制比特为10时，所述近用户的QPSK星座点与比特的对应关系为：

进一步地，还包括：所述近用户采用16QAM调制，则：

当所述远用户的调制比特为00时，所述近用户的16QAM星座点与比特的对应关系为：

当所述远用户的调制比特为01时，所述近用户的16QAM星座点与比特的对应关系为：

当所述远用户的调制比特为11时，所述近用户的16QAM星座点与比特的对应关系为：

当所述远用户的调制比特为10时，所述近用户的16QAM星座点与比特的对应关系为：

进一步地，所述调制星座翻转的方式根据所述远用户的调制方式和调制比特决定包括：

所述远用户采用16QAM调制，所述近用户的调制星座按照下面的规则进行相应的翻转：

进一步地，还包括：所述近用户采用QPSK调制，则：

当所述远用户的调制比特为0000或1101或0011或1111时，所述近用户的QPSK星座点与比特的对应关系为：

当所述远用户的调制比特为0100或1000或0111或1011时，所述近用户的QPSK星座点与比特的对应关系为：

当所述远用户的调制比特为0001或1101或0010或1110时，所述近用户的QPSK星座点与比特的对应关系为：

当所述远用户的调制比特为0101或1001或0110或1010时，所述近用户的QPSK星座点与比特的对应关系为：

进一步地，还包括：所述近用户采用16QAM调制，则：

当所述远用户的调制比特为0000或1101或0011或1111时，所述近用户的16QAM星座点与比特的对应关系为：

当所述远用户的调制比特为0100或1000或0111或1011时，所述近用户的16QAM星座点与比特的对应关系为：

当所述远用户的调制比特为0001或1101或0010或1110时，所述近用户的16QAM星座点与比特的对应关系为：

当所述远用户的调制比特为0101或1001或0110或1010时，所述近用户的16QAM星座点与比特的对应关系为：

进一步地，所述功率分裂因子保证所述近用户的调制星座叠加到所述远用户的星座点上之后不产生星座重叠。

进一步地，所述功率分裂因子α的取值范围包括：

远用户和近用户同时采用QPSK调制时，所述功率分裂因子的取值范围：0<α≤0.5；

远用户采用QPSK调制，近用户采用16QAM调制时，所述功率分裂因子取值范围：0<α≤0.3571；

远用户采用16QAM调制，近用户采用QPSK调制时，所述功率分裂因子取值范围：0<α≤0.1227；

远用户和近用户同时采用16QAM调制时，所述功率分裂因子取值范围：0<α≤0.1。

本发明可以实现满足Gray映射的复合星座。

附图说明

图1为实施例1提出基于比特翻转的两用户叠加编码流程图1；

图2为实施例1提出基于比特翻转的两用户叠加编码流程图2；

图3为实施例1提出基于比特翻转的两用户叠加编码流程图3；

图4为实施例2中远用户采用的QPSK调制星座图；

图5为实施例2中远近用户均采用QPSK调制时两用户叠加的复合星座图；

图6为实施例2中远近用户分别采用QPSK和16QAM调制时两用户叠加的复合星座图；

图7为实施例3中远用户采用的16QAM调制星座图；

图8为实施例3中远近用户分别采用16QAM和QPSK调制时两用户叠加的复合星座图；

图9为实施例4给出的功率分裂因子为α时远近用户均采用QPSK调制时的复合星座中各星座点的几何关系示意图；

图10实施例4给出星座重叠示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

本发明的一个实施例提出一种下行多用户叠加传输方法，包括：

按照预定准则进行配对用户的选择，所述配对用户包括远用户和近用户；

所述近用户的每个码字比特流在加扰之后、调制映射之前还进行调制星座翻转，然后采用翻转之后的调制星座进行调制映射；

所述远用户和近用户经过调制映射后的符号数据乘以对应的功率分裂因子之后叠加起来一起进行层映射和预编码操作，所述预编码之后再经过RE映射，生成相应的OFDM符号之后通过对应的天线端口进行射频传输。

在一个可选实施例中，调制星座翻转的方式根据所述远用户的调制方式和调制比特决定。

在一个可选实施例中，所述调制星座翻转的方式根据所述远用户的调制方式和调制比特决定包括：

所述远用户采用QPSK调制，所述近用户的调制星座按照下面的规则进行相应的翻转：

在一个可选实施例中，还包括：所述近用户也采用QPSK调制，则：

当所述远用户的调制比特为00时，所述近用户的QPSK星座点与比特的对应关系为：

当所述远用户的调制比特为01时，所述近用户的QPSK星座点与比特的对应关系为：

当所述远用户的调制比特为11时，所述近用户的QPSK星座点与比特的对应关系为：

当所述远用户的调制比特为10时，所述近用户的QPSK星座点与比特的对应关系为：

在一个可选实施例中，还包括：所述近用户采用16QAM调制，则：

当所述远用户的调制比特为00时，所述近用户的16QAM星座点与比特的对应关系为：

当所述远用户的调制比特为01时，所述近用户的16QAM星座点与比特的对应关系为：

当所述远用户的调制比特为11时，所述近用户的16QAM星座点与比特的对应关系为：

当所述远用户的调制比特为10时，所述近用户的16QAM星座点与比特的对应关系为：

在一个可选实施例中，所述调制星座翻转的方式根据所述远用户的调制方式和调制比特决定包括：

所述远用户采用16QAM调制，所述近用户的调制星座按照下面的规则进行相应的翻转：

在一个可选实施例中，还包括：所述近用户采用QPSK调制，则：

当所述远用户的调制比特为0000或1101或0011或1111时，所述近用户的QPSK星座点与比特的对应关系为：

当所述远用户的调制比特为0100或1000或0111或1011时，所述近用户的QPSK星座点与比特的对应关系为：

当所述远用户的调制比特为0001或1101或0010或1110时，所述近用户的QPSK星座点与比特的对应关系为：

当所述远用户的调制比特为0101或1001或0110或1010时，所述近用户的QPSK星座点与比特的对应关系为：

在一个可选实施例中，还包括：所述近用户采用16QAM调制，则：

当所述远用户的调制比特为0000或1101或0011或1111时，所述近用户的16QAM星座点与比特的对应关系为：

当所述远用户的调制比特为0100或1000或0111或1011时，所述近用户的16QAM星座点与比特的对应关系为：

当所述远用户的调制比特为0001或1101或0010或1110时，所述近用户的16QAM星座点与比特的对应关系为：

当所述远用户的调制比特为0101或1001或0110或1010时，所述近用户的16QAM星座点与比特的对应关系为：

在一个可选实施例中，所述功率分裂因子保证所述近用户的调制星座叠加到所述远用户的星座点上之后不产生星座重叠。

下面给出在不同叠加方案下的功率分裂因子取值范围：

当远用户和近用户同时采用QPSK调制时功率分裂因子的取值需要满足：0<α≤0.5。当远用户采用QPSK调制，近用户采用16QAM调制时的功率因子取值范围为：0<α≤0.3571。当远用户采用16QAM调制，近用户采用QPSK调制时的功率因子取值范围为：0<α≤0.1227。当远用户和近用户同时采用16QAM调制时的功率因子取值范围为：0<α≤0.1。

本发明可以实现满足Gray映射的复合星座。

实施例1

本实施例主要用于PDSCH信道中两用户的叠加传输。先按照一定准则进行配对用户的选择，为了获得性能和复杂度的较好折中，配对用户中会包括一个离基站较远的用户(称为远用户)以及一个距离基站较近的用户(称为近用户)。一般远用户会具有较低的信噪比，而近用户则具有较高的信噪比。因此，远用户每个TTI传输的码字(codeword)数一般会小于等于近用户的码字数。请参见图1～和图3，分别给出了两用户在不同传输码字数时的叠加编码流程图。图1中近用户单码字传输，远用户单码字传输；图2中近用户双码字传输，远用户单码字传输；图3中近用户双码字传输，远用户双码字传输。图中，TB_N,1表示近用户经过信道编码和速率匹配之后的第一个传输块，TB_N,2表示近用户经过信道编码和速率匹配之后的第二个传输块，TB_F,1表示远用户经过信道编码和速率匹配之后的第一个传输块，TB_F,2表示远用户经过信道编码和速率匹配之后的第二个传输块。参数α表示叠加用户的功率分裂因子。

在上述方案中，远用户的每个码字比特流经过加扰之后直接进行调制映射，而近用户的每个码字比特流在调制之前会根据远用户的比特信息对近用户的调制星座进行必要的翻转，近用户采用翻转之后的星座进行调制映射。远近用户经过调制映射后的符号数据乘以对应的功率分裂因子之后叠加起来一起进行层映射和预编码操作，预编码之后再经过RE映射，生成相应的OFDM符号之后通过对应的天线端口进行射频传输。

本实施例中的近用户在加扰之后和调制之前的星座翻转的具体翻转方式由远用户的调制方式和调制比特决定。目前LTE支持的调制方式包括QPSK、16QAM、64QAM和256QAM。考虑到采用叠加编码时的接收机复杂度和系统性能的良好折中，远用户和近用户的叠加星座组合包括QPSK+QPSK、QPSK+16QAM、16QAM+QPSK和16QAM+16QAM。因此在叠加编码中远用户通常包括QPSK和16QAM两种调制方案。下面分别给出当远用户采用QPSK和16QAM调制时近用户的星座旋转方案。

实施例2

当远用户采用QPSK调制时，采用的调制星座请参考图4，则近用户的星座可以按照下面的规则进行相应的翻转：

当远用户的调制比特为00时，近用户的QPSK星座点与比特的对应关系如下：

当远用户的调制比特为01时，近用户的调制星座需要进行上下翻转，翻转之后的QPSK星座点与比特的对应关系如下：

当远用户的调制比特为11时，近用户的调制星座需要先进行上下翻转再进行左右翻转，翻转之后的QPSK星座点与比特的对应关系如下：

当远用户的调制比特为10时，近用户的调制星座需要左右翻转，翻转之 后的QPSK星座点与比特的对应关系如下：

图6给出了当远用户采用QPSK调制，近用户采用16QAM星座时两用户叠加形成的复合星座。

实施例3

当远用户采用16QAM调制星座时，采用的星座映射方式如图7，则对应的星座翻转准则如下：

图8给出了远用户采用16QAM调制，近用户采用QPSK调制时叠加输出的复合星座图。

当远用户比特信息为0000或1101或0011或1111时，按照上述翻转规则，近用户的星座保持不变，对应的QPSK星座点与比特的对应关系如下：

当远用户信息比特为0100或1000或0111或1011时，近用户的调制星座需要进行左右翻转，翻转之后对应的QPSK星座点与比特的对应关系如下：

当远用户信息比特为0001或1101或0010或1110时，近用户的调制星座需要进行上下翻转，翻转之后对应的QPSK星座点与比特的对应关系如下：

当远用户信息比特为0101或1001或0110或1010时，近用户的调制星座需要先进行上下翻转，再进行左右翻转或先进行左右翻转，再进行上下翻转，翻转之后对应的QPSK星座点与比特的对应关系如下：

实施例4

实施例1中功率分裂因子α的取值选择应当保证叠加到远用户的星座点上的近用户星座不发生重叠。图9给出了当功率分裂因子为α时远近用户均采用QPSK调制时叠加编码输出的复合星座图中各星座点的几何关系。为了保证上述方案形成的复合星座满足Gray映射，同时保证远用户检测性能，α的选取应当保证近用户的调制星座叠加到远用户的星座点上之后不会产生如图10所示的星座重叠现象。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。