mmW的低PAPR波形的制作方法

相关申请案交叉申请

本申请要求于2015年11月17日递交的发明名称为“mmw的低papr波形”的第14/943,986号美国专利申请的在先优先权，其要求于2015年5月29日递交的发明名称为“mmw的低papr波形”的第62/168,116号美国临时专利申请的在先优先权，这些在先申请的全部内容以引用的方式并入本文。

本发明涉及数字通信，尤其涉及例如在5g网络中使用毫米波(millimeterwave，简称mmw)的传输。

背景技术：

典型的正交频分复用(orthogonalfrequency-divisionmultiplexing，简称ofdm)信号具有相对较大的峰均功率比(peak-to-averagepowerratio，简称papr)，因为它通常由大量独立调制的子载波组成。由于高papr意味着信号具有较大的动态范围，这往往会增加所需模拟/数字和数字/模拟转换器(analog/digitalanddigital/analogconverter，简称adc/dac)的复杂度，也往往会降低射频功率放大器(poweramplifier，简称pa)的效率。大的papr还往往会对功率放大器的线性度提出更严格的要求。此外，由于功率放大器非线性，需要将更高的输入回退因子应用于信号，这可能导致显著的信号失真。

在毫米波(millimeterwave，简称mmw)的情况下，papr问题甚至可能会更严重，因为合适的adc/dac和pa的成本甚至可能会更大。由于发射器是具有更多成本、更大尺寸和更多功率限制的用户设备(例如，通常为诸如蜂窝电话的移动设备)，所以papr问题可能对于上行链路传输更为关注。

单载波频分多址(single-carrierfrequency-divisionmultipleaccess，简称sc-fdma)方法已用于上行链路传输。虽然sc-fdma具有比正交频分多址(orthogonalfrequencydivisionmultipleaccess，简称ofdma)信号更低的papr，但是挑战仍然在于sc-fdma不能为所有调制级别(例如，16-qam或64-qam)提供恒定的papr，因为对于较高调制级别，星座点并不都具有相同的功率幅度。

技术实现要素：

在一些示例中，本发明描述了一种用于毫米波(millimeterwave，简称mmw)范围内信号传输的方法。所述方法包括：使用第一序列集对与层组的第一层相关联的数据信号进行编码，以生成第一编码数据信号；所述第一序列集中的每个序列具有等于所述层组共享的资源的数量的长度，所述第一序列集的至少一部分序列具有低密度的非零值，所述非零值分配给所述共享资源的第一子集；每个序列向所述共享资源的第一子集的至多一个资源分配非零值，由所有序列分配的所有非零值具有相等的功率幅度；在所述共享资源上传输所述编码数据信号。

在一些示例中，本发明描述了一种用于毫米波(millimeterwave，简称mmw)范围内信号传输的系统。所述系统包括：处理器，用于执行指令以使系统：使用第一序列集对与层组的第一层相关联的数据信号进行编码，以生成第一编码数据信号；所述第一序列集中的每个序列具有等于所述层组共享的资源的数量的长度，所述第一序列集的至少一部分序列具有低密度的非零值，所述非零值分配给所述共享资源的第一子集；每个序列向所述共享资源的第一子集的至多一个资源分配非零值，由所有序列分配的所有非零值具有相等的功率幅度；发射器，用于在所述共享资源上传输所述编码数据信号。

在一些示例中，本发明描述了一种用于检测来自多个用户设备(userequipment，简称ue)的毫米波(millimeterwave，简称mmw)信号的系统。所述系统包括：包括多个天线单元的天线阵列；处理器，用于通过以下方式控制天线阵列的操作：将天线单元定义到多个天线单元组中，天线单元组的数量与ue的数量相对应；分配每个相应的天线单元组以检测来自所述多个ue中的相应一个ue的信号。

附图说明

现在将通过示例参考示出本申请的示例实施例的附图，其中：

图1是根据本发明所述示例的示例通信系统的示意图；

图2是适用于实现本发明所述示例的示例处理系统的示意图；

图3示出了根据本发明所述示例的4点和8点低papr码本的示例；

图4示出了根据本发明所述示例的使用mmw传输的低papr波形的示例，其中单个用户设备(userequipment，简称ue)组访问整个带宽；

图5示出了根据本发明所述示例的使用mmw传输的低papr波形的示例，其中每个ue组占用带宽的一部分；

图6示出了根据本发明所述示例的如何移除时域尾部的示例；

图7示出了根据本发明所述示例的如何复用多层上的编码信号的示例；

图8示出了根据本发明所述示例的如何使用不同的天线单元组来检测多个ue的示例；

图9是示出根据本发明所述示例的用于以mmw传输信号的示例方法的流程图。

在不同附图中可以使用类似的附图标记来表示类似的组件。

具体实施方式

在各种示例中，本发明描述了与用于信号传输，尤其是在mmw范围内，的基于脉冲整形子载波的频分复用(frequency-divisionmultiplexing，简称fdm)相结合的稀疏码多址(sparsecodemultipleaccess，简称scma)的使用。广义地说，scma是一种编码技术，其可以实现代码层的非正交复用、资源重载、用于降低接收器复杂度的稀疏性、多维码字、以及在多个子载波上的扩频。

图7示出了在scma的示例实现方式中如何在共享资源上复用层组的示例。在所示示例中，有6层。每层可以对应于不同的ue，或者6层中的两层或多层可以来自于单个ue。因此，6层可以对应于6个或更少的ue。在所示示例中，scma码字长度为4，对应于在频域中示出的4个子载波。如图所示，scma在编码序列的至少一部分中提供稀疏性(即，低密度的非零值)，因为每层都允许具有仅分配给共享子载波的子集的非零值，其中每层具有共享子载波的不同子集的非零值。结果是当这些层叠加在一起(即，在子载波上线性相加)时，在本示例中，给定层上的每个非零值与仅在给定子载波上的另外两层上的非零值相冲突。

在一些示例中，本发明的技术可以有助于减少循环处理(cyclicprocessing，简称cp)开销，此开销对于mmw传输来说往往会由于较短的ofdm符号持续时间而变得更严重。在一些示例中，本发明还提供了放宽时间和频率同步要求的可能性，例如适当地设计脉冲形状使得其在时间和频率上充分局域化。

图1是示例通信系统100的示意图，其中可以实现本发明的示例。通信系统100可以包括基站105，其可以是长期演进(longtermevolution，简称lte)标准中的演进型节点b(evolvednodeb，简称enb)。基站105可以服务于多个ue110、112。ue110、112可以从基站105接收通信并向基站105传输通信。基站105与ue110、112之间的通信可以发生在mmw光谱范围之上。

虽然示出了两个ue110、112，但是应当理解，基站105可以与更多或更少的ue进行通信。例如，基站105也可以称为enodeb、控制器、基站或接入点。ue110、112可以包括任何客户端设备，并且也可以称为移动站、移动终端、用户设备、客户端设备或订户设备。

图2是示例处理系统200的示意图，其可以用于实现此处公开的方法和系统，例如示例基站105和ue110、112以及下面描述的示例方法。处理系统200可以是服务器或移动设备，例如，或任何合适的处理系统。可以使用适于实现本发明的其它处理系统，其可以包括与下面所讨论的组件不同的组件。虽然图2示出了每个组件的单个实例，但是在处理系统200中可能存在每个组件的多个实例。

处理系统200可以包括一个或多个处理设备205，例如处理器、微处理器、专用集成电路(application-specificintegratedcircuit，简称asic)、现场可编程门阵列(field-programmablegatearray，简称fpga)、专用逻辑电路或其组合。处理系统200还可以包括一个或多个输入/输出(input/output，简称i/o)接口210，其可以实现与一个或多个适当的输入设备235和/或输出设备240的相互联系。处理系统200可以包括用于与网络(例如，内联网、因特网、p2p网络、wan和/或lan)进行有线或无线通信的一个或多个网络接口215。网络接口215可以包括用于网络内和/或网络间通信的有线链路(例如，以太网电缆)和/或无线链路(例如，一个或多个天线)。例如，网络接口215可以通过一个或多个发射器或发射天线以及一个或多个接收器或接收天线来提供无线通信。处理系统200还可以包括一个或多个存储单元220，其可以包括大容量存储单元，例如固态驱动器、硬盘驱动器、磁盘驱动器和/或光盘驱动器。

处理系统200可以包括一个或多个存储器225，其可以包括易失性或非易失性存储器(例如，闪存、随机存取存储器(randomaccessmemory，简称ram)和/或只读存储器(read-onlymemory，简称rom))。非瞬时性存储器225可以存储由处理设备205执行的例如用于实现本发明的指令。存储器225可以包括例如用于实现操作系统和其它应用/功能的其它软件指令。在一些示例中，一个或多个数据集和/或模块可以由外部存储器(例如，与处理系统200进行有线或无线通信的外部驱动器)提供，或者可以由瞬时性或非瞬时性计算机可读介质提供。非瞬时性计算机可读介质的示例包括ram、rom、可擦除可编程rom(erasableprogrammablerom，简称eprom)、电可擦除可编程rom(electricallyerasableprogrammablerom，简称eeprom)、闪存、cd-rom或其它便携式内存存储器。

可以存在一个总线230在处理系统200的组件之间提供通信，其中处理系统200包括处理设备205、i/o接口210、网络接口215、存储单元220和/或存储器225。总线230可以是包括例如存储器总线、外围总线或视频总线的任何合适的总线架构。

在图2中，输入设备235(例如，键盘、鼠标、麦克风、触摸屏和/或小键盘)和输出设备240(例如，显示器、扬声器和/或打印机)在处理系统200的外部示出。在其它示例中，输入设备235和/或输出设备240中的一个或多个可以被包括作为处理系统200的组件。

图3示出了根据本发明示例的低paprscma序列(例如，各自包含相应的码字集的码本)的示例。所示示例包括4点码本305和8点码本310。在特定相位旋转之后，通过共享给定的资源(例如，子载波)集，通过使用scma，每个码本305、310可以由层组(也称为ue组)的每层所使用。为了简单起见，将对仅用于单层(例如，单个ue)的编码进行描述。在该示例中，在使用4点码本305的情况下，码字具有四个分量315、320、325、330。分量315、320、325、330被示出用于一层(例如，ue-1)，其中第一分量315和第二分量320允许具有非零值，而第三分量325和第四分量330则被限制为零。虽然ue-1的第一和第二分量315、320都允许具有非零值，但是在示例低paprscma码本305、310中，每个scma码字仅具有一个激活的非零分量，虽然对于给定码字，分量315、320中的哪一个具有非零值是有可能改变的。

例如，通过使用示例4点码本305，星座点[00]可以映射到第一分量315的非零值，第二分量320的零值。对于另一个星座点，例如点[01]，该点可以映射到第一分量315的零值，第二分量320的非零值。对于所示出的层，第三和第四码字分量325、330总是具有零值。

在各种示例中，本发明描述了用于scma的码本，其中至少一部分码字具有低密度的非零值，诸如每个仅有一个激活的非零分量的scma码字。此外，如图3所示的示例码本所示，对于所有调制级别，所有非零星座点具有相同的功率幅度。因此，此处所描述的示例能够实现低papr传输。

虽然图3示出了4点和8点码本的具体示例，但如上所述，这些码本的原理可以在其它码本中实现，例如16点码本。

图4示出了本发明的示例实现方式，其使用mmw传输的低papr波形。在该示例中，单个层组(例如，共享资源的单个ue组，例如共享4个子载波的6个ue)可以访问整个带宽。整个频带划分成m个子频带，其中m是scma码字长度(在该示例中，m＝4)。每个子频带由子载波405、410、415或420占用。然后，使用适当的低paprscma序列集(例如，结合图3所描述的码本)对m个子载波405、410、415、420进行调制。然后，通过诸如根升余弦(rootraisedcosine，rrc)滤波器等的合适的脉冲整形滤波器对子载波405、410、415、420进行脉冲整形。

在图4中，示出了单层的传输作为示例。在该示例中，第一和第三码字分量315、325允许具有对应于子载波405、415的非零值。通过使用适当的码本(例如，如上所述)，对于每个码字，在每个符号时间期间，第一和第三分量315、325中只有一个是激活的非零分量；相应地，对于任何给定码字，在每个符号时间期间，子载波405、415中只有一个是激活的。

脉冲形状被示出为梯形仅仅是为了说明的目的。可以代替地使用mmw的合适的脉冲形状。例如，在mmw传输中，频域中相当宽的脉冲形状(其对应于时域中相当窄的脉冲)可能是合适的。可以选择脉冲形状，使得每个子载波405、410、415、420的脉冲在频率上局域化。

在图5的示例中，存在多个层组(例如，两个ue组)。每个层组仅占用频带的一部分。在由单个组占用的部分频带内，该技术可以与关于图4描述的类似——但是，它是被划分成m个子频带的部分频带。在该示例中，ue组1占用由子载波405b、410b、415b、420b组成的第一子载波集，而ue组2占用由子载波505、510、515、520组成的第二子载波集。例如，虽然被称为ue组，层组也可以来自单个ue。然后，使用合适的低paprscma序列集(例如，如上结合图3所述的码本)对各自相应的子载波集进行调制，然后再通过合适的脉冲整形滤波器进行脉冲整形。

可以例如根据数据速率要求来适当地调整(例如，加宽或变窄)由给定组占用的一部分频带。这种调整可以由基站动态地(例如，根据可由基站监控的动态业务和/或信道状况)、半静态地进行，或者部分带宽可以是静态的。应当注意，随着部分带宽的调整，每个子载波的脉冲宽度也相应地调整，使得子载波之间没有明显的重叠。

虽然阐述ue组1和ue组2使用相同的通用脉冲形状(仅在脉冲宽度上有所不同)，但是它们也可以使用不同的脉冲形状。例如，每个ue组也可以使用不同的低paprscma码本。此外，频带可以划分成两个以上的子频带，且子频带在宽度上可以相等或不等。

在一些示例中，本发明还描述了可用于改善脉冲的时间和频率局域化的技术。

图6示出了根据本发明示例的如何移除时域尾部的示例。通常，在频域中局域化的脉冲在时域中是非局域化的。实际上，总是在时间上截断脉冲，然而这会导致频率局域化的一些损耗。传统上，发射脉冲的时间长度可能比实际符号时间明显长很多(例如，大约是实际符号时间的4倍)，以便改善频率局域化，然而这会显著增加开销，特别是对于mmw传输来说。图6所示的示例技术可以有助于改善频率局域化，同时限制脉冲的所需时间长度。可以每子载波执行涉及使用循环卷积移除时域尾部的示例技术。为了简单起见，示出了单个子载波。

如图6的示例所示，将传输包括8个脉冲的原始信号605。在示例技术中，使用循环卷积，原始信号605的副本610放置在原始信号605之前和之后，从而产生准周期信号，其中原始信号605在准周期信号的一个周期615中被捕获。值得注意的是，原始信号605的前端尾部和后端尾部从捕获周期615中省略，从而改善了发射信号的时间局域化。然后传输一个周期615。在接收器处，发射周期615可用于重建具有合适时间长度的信号，使得重建的接收信号具有原始信号605的持续时间。应当注意，实际上，原始信号605中只有适当的部分可以复制并放置在原始信号605之前和之后。

为了进一步改善信号的频率行为，可以在发射周期615的任一端620处附加时间窗口，以提供更平滑的转换。如此处所描述的，时间窗口可以是附加到发射周期615以使端部620从非零值平滑转换为零值的短信号部分。在重建信号之前，接收器可以丢弃时间窗口。虽然时间窗口的添加可能增加一些时间开销，但是所增加的开销(例如，每个时间窗口的实际符号时间的大约1/8)预期小于使用常规技术的总时间开销(例如，其可以是实际符号时间的大约4倍)。

在mmw传输中可能面临的另一个挑战是，由于对mmw传输来说比较典型的衰减，通常接收器需要非常窄的天线波束，以便检测来自给定ue的mmw传输。在一些示例中，包括多个天线单元的大型天线阵列可用于生成窄波束。

图8示出了如何使用天线单元天线阵列中的多个天线单元组来检测来自多个ue的信号的示例。在所示示例中，存在四个天线单元组805、810、815、820，其中每个组用于检测四个ue中的不同ue。可适合作为scma接收器的消息传递算法(messagepassingalgorithm，简称mpa)接收器可以用于管理任何用户间干扰——用户间干扰是给定天线单元组接收的、但不是来自分配给该给定天线单元组的ue的任何干扰信号。

天线阵列分割可以由基站调整，例如根据覆盖要求、ue状况(例如，物理位置)、信号强度和/或其它合适的标准。例如，可以动态地调整分割。虽然图8示出了天线单元组805、810、815、820的天线单元数量大体相等且形状近似正方形，但是天线单元组805、810、815、820可以调整为在天线单元数量和/或形状(例如，正方形、矩形或其它合适的组形状)上有所不同。例如，当ue移动时，每个天线单元组的检测方向也可以由基站动态调整。

图9是示出根据本发明示例的用于在mmw范围内传输信号的示例方法900的流程图。

在905，使用合适的码本(例如，如上所述的低paprscma码本)对层组中每层的数据信号进行编码。

在910，将每层的编码数据信号叠加在一起，这意味着编码数据信号在传输资源(例如，子载波)上线性相加在一起。应该注意的是，以这种方式叠加层会导致码域中的复用。

在915，可选地，对于每个子载波，可以移除时间尾部。这可以使用涉及循环卷积的示例技术来执行，如上所述。

在920，可选地，可以将时间窗口附加到待传输的信号。

在925，在层组共享的资源(例如，子载波)上传输叠加的(且可选地在每915和/或920处理的)信号。

示例方法900示出了可能在基站处发生的过程(例如，用于下行链路传输)。方法900的变体可以由ue执行(例如，用于上行链路传输)，其中不同的层可以由不同的ue传输。例如，类似地，ue可以使用合适的码本对待传输的信号进行编码。如果ue正在多层上传输信号，则对每一层都执行该编码。可选地，ue可以处理编码信号以移除时间尾部和/或附加时间窗口，然后将层传输到基站。然后，基站可以从所有ue中接收所有层的叠加(经过上行信道之后)。

本发明提供了用于实现所公开的方法和系统的示例的某些示例算法和计算。然而，本发明不受任何特定算法或计算的约束。

虽然本发明描述了具有特定顺序步骤的方法和过程，但可以适当地省略或改变所述方法和过程的一个或多个步骤。视情况而定，一个或多个步骤可以按某个顺序而不是所描述的顺序发生。

虽然根据方法至少部分地描述了本发明，但是本领域普通技术人员将理解，本发明还涉及用于执行所描述方法的至少一些方面和特征的各种组件，无论是通过硬件组件、软件还是两者的任意组合。相应地，本发明的技术方案可以以软件产品的形式体现。合适的软件产品可以存储在预先记录的存储设备或其它类似的非易失性或非瞬时性计算机可读介质中，例如包括dvd、cd-rom、usb闪存盘、可移动硬盘或其它存储媒介。软件产品包括有形地存储在其上的指令，使得处理设备(例如，个人计算机、服务器或网络设备)能够执行此处公开的方法的示例。

在不脱离权利要求的主题的情况下，本发明可以以其它具体形式实施。所描述的示例实施例在各方面都仅仅是示意性的，而不是限制性的。可以组合来自一个或多个上述实施例的选定特征以创建未明确描述的替代实施例，适用于这样的组合的特征在本发明的范围内可以被理解。

还公开了所公开范围内的所有的值和子范围。此外，虽然此处公开和示出的系统、设备和过程可以包括特定数量的元件/组件，但是可以修改系统、设备和配件以包括附加的或更少的这样的元件/组件。例如，虽然所公开的元件/组件中的任何一个都可被称为单数，但是可以修改此处公开的实施例以包括多个这样的元件/组件。此处所描述的主题旨在涵盖和包含技术中所有合适的变化。