用于构建SCMA码本的方法和装置与流程
本申请要求于2016年8月11日在美国专利商标局提交的临时申请no.62/373,838以及于2017年5月5日在美国专利商标局提交的非临时申请no.15/588,431的优先权和权益，这些申请的全部内容通过援引如同在下文全面阐述那样且出于所有适用目的被纳入于此。
本申请一般涉及无线通信系统，并且尤其涉及用于构造或形成用于非正交多址的稀疏码多址(scma)码本的方法和装置。
引言
稀疏码多址(scma)是针对第五代(5g)通信标准提出的非正交多址方案。scma利用产生多址方案的非正交波形。具体地，传入的经编码比特被直接映射到从预定义和因层而异的scma码本中选择的多维稀疏码字。有效地，在scma中，调制过程(诸如正交振幅调制(qam)映射)和码扩展过程(诸如在码分多址(cdma)或cdma中的低密度签名(lds)中实现的扩展)被一起合并以将比特集直接映射到复稀疏向量，即码字。
所提议的scma方案包括类似于长期演进(lte)的层映射，其中可将一个或多个scma层分配给用户或数据流。然而，scma与lte不同之处在于，对于scma层，执行从信息比特到码字的映射，即，scma调制器将输入比特映射到从因层而异的scma码本中选择的复多维码字。scma码字是稀疏的，意味着只有少数条目非零而其余条目为零。对应于scma层的所有scma码字具有非零条目的唯一位置，其可被称为稀疏性模式。另外，每个层可具有特定的scma码本集。
scma允许设备的多个层的稀疏码字覆盖在代码和功率域中，并在共享的时频资源上携带。另外，在经复用的层的数量大于扩展因子(或等效的码字长度)的情况下，系统可能过载。同样，因为scma用多维码本代替qam调制和lds扩展，所以实现了多维星座的成形或编码增益。因此，scma通过码本的多维成形增益来改善频谱效率，同时仍然提供lds的益处，例如，在过载和检测的中等复杂度方面。
注意，对于上行链路(ul)通信，特别地，scma码本设计更具挑战性，因为如果从不同用户(例如，不同ue)来传送层，则不同层之间的振幅和相位通常不完全对准。相应地，需要设计在振幅和相位失准下具有增大的稳健性能的scma码本，尤其是对于ul多址。
概述
根据一方面，公开了一种无线通信的方法。该方法包括建立供在稀疏码多址(scma)通信中使用的码本。具体地，用于将供传输的输入比特映射成码字的码本具有以下特征：将用于至少一层的码本设置成包括点的星座，其具有位于离复平面中的原点第一径向距离处的第一星座点编群。此外，该码本以位于离原点第二径向距离处的第二星座点编群来表征。
在另一方面，公开了一种用于无线通信的装置，该装置包括处理器、通信地耦合到至少一个处理器的收发机、以及通信地耦合到至少一个处理器的存储器。该处理器被配置成建立供在稀疏码多址(scma)通信中使用的码本，包括建立用于构造scma码本的调制，该scma码本被配置为具有位于离复平面中的原点第一径向距离处的第一点编群和位于离该原点第二径向距离处的第二点编群的点的星座。
在又一方面，公开了一种存储计算机可执行代码的非瞬态计算机可读介质。该介质包括用于使计算机建立供在稀疏码多址(scma)通信中使用的码本的代码，包括建立用于构造scma码本的调制，该scma码本被配置为具有位于离原点第一径向距离处的第一点编群和位于离原点第二径向距离处的第二点编群的点的星座。
根据又一方面，公开了一种用于无线通信的装备。该装备包括用于建立供在稀疏码多址(scma)通信中使用的码本的装置。用于建立码本的装置进一步包括用于建立用于构造scma码本的调制的装置，该scma码本被配置为具有位于离复平面中的原点第一径向距离处的第一星座点编群和位于离所述原点第二径向距离处的第二星座点编群的点的星座。
附图简述
图1是解说了接入网的示例的概念图。
图2是概念性地解说根据一些实施例的调度实体与一个或多个被调度实体通信的示例的框图。
图3解说了用于使用scma来传送数据比特的示例性发射机系统。
图4是scma码本星座的已知示例的标绘。
图5是根据本公开概念构造的scma框图的示例的标绘。
图6解说了能传送和接收scma码字的经建模的发射机和接收机系统的框图。
图7解说了相对于图6中建模的系统的每比特码元信噪比(snr)的块差错率(bler)(即，es/no(每码元能量除以噪声功率谱密度))的标绘。
图8是解说采用处理系统的设备的硬件实现的示例的框图。
图9是用于构造scma码本的示例性方法的流程图。
详细描述
以下结合附图阐述的详细描述旨在作为各种配置的描述，而无意表示可实践本文所描述的概念的仅有配置。本详细描述包括具体细节以提供对各种概念的透彻理解。然而，对于本领域技术人员将显而易见的是，没有这些具体细节也可实践这些概念。在一些实例中，以框图形式示出众所周知的结构和组件以避免湮没此类概念。
为了在振幅和相位失准下增强鲁棒性能，尤其对于ul多址，本方法和装置提供scma码本设计，该scma码本设计使用实和虚空间(例如，同相i和正交q)中的映射比特值的星座，其对于scma方案，具有跨各个层的相同的形状，但其中在不同的非零条目之间利用不同的比特映射。另外，优化星座的形状以改善scma码本的性能。注意，用于确定scma码本的改进性能的一个度量是星座中的点与特定选取的点(例如，表示0值的点，诸如对于每层三比特系统中的三比特值的二进制值“000”)的改进的(即，减小的)归一化距离。
贯穿本公开给出的各种概念可跨种类繁多的电信系统、网络架构、和通信标准来实现。参照图1，作为解说性示例而非限定，示出了接入网100的简化示意解说。
由接入网100覆盖的地理区域可以被划分成数个蜂窝区域(蜂窝小区)，包括宏蜂窝小区102、104和106以及小型蜂窝小区108，其中的每一者可包括一个或多个扇区。蜂窝小区可在地理上定义(例如，通过覆盖区域)和/或可根据频率、加扰码等来定义。在被划分为扇区的蜂窝小区中，蜂窝小区内的该多个扇区可通过各天线群来形成，其中每一天线负责与该蜂窝小区的一部分中的各移动设备进行通信。
一般而言，无线电收发机装置服务每个蜂窝小区。无线电收发机装置在许多无线通信系统中通常被称为基站(bs)，但是也可被本领域技术人员称为基收发机站(bts)、无线电基站、无线电收发机、收发机功能、基本服务集(bss)、扩展服务集(ess)、接入点(ap)、b节点、演进型b节点、gnb、或其它某个合适的术语。
在图1中，蜂窝小区102和104中示出了两个高功率基站110和112；并且第三高功率基站114被示出为控制蜂窝小区106中的远程无线电头端(rrh)116。即，基站可以具有集成天线或者可以由馈电电缆连接到天线或rrh。在所解说的示例中，蜂窝小区102、104和106可被称为宏蜂窝小区，因为高功率基站110、112和114支持具有大尺寸的蜂窝小区。此外，低功率基站118被示为在小型蜂窝小区108(例如，微蜂窝小区、微微蜂窝小区、毫微微蜂窝小区、家庭基站、家庭b节点、家庭演进型b节点、gnb等等)中，该小型蜂窝小区108可与一个或多个宏蜂窝小区交叠。在该示例中，蜂窝小区108可被称为小型蜂窝小区，因为低功率基站118支持具有相对小尺寸的蜂窝小区。蜂窝小区尺寸设定可以根据系统设计以及组件约束来完成。本领域技术人员将理解，无线电接入网100可包括任何数目的无线基站和蜂窝小区。此外，可部署中继节点以扩展给定蜂窝小区的大小或覆盖区域。基站110、112、114、118为任何数目的移动装置提供至核心网的无线接入点。
图1进一步包括移动或机载节点120，诸如四轴飞行器或无人机，其可被配置成用作基站。即，在一些示例中，蜂窝小区可以不一定是驻定的，并且蜂窝小区的地理区域可根据移动基站(诸如移动节点120)的位置而移动。
一般而言，基站可包括用于与网络的回程部分进行通信的回程接口。回程可提供基站与核心网之间的链路，并且在一些示例中，回程可提供相应基站之间的互连。核心网是无线通信系统的一部分，其一般独立于无线电接入网中所使用的无线电接入技术。可采用各种类型的回程接口，诸如使用任何适当传输网络的直接物理连接、虚拟网络等等。一些基站可被配置成集成接入回程(iab)节点，其中无线频谱可被用于接入链路(即，与ue的无线链路)和回程链路两者。此方案有时可被称为无线自回程。通过使用无线自回程(而不是要求每一个新基站部署配备其自己的硬连线回程连接)，用于基站和ue之间的通信的无线频谱就可被利用于回程通信，从而使得能够快速且容易地部署高度密集的小型蜂窝小区网络。
无线电接入网100被解说成支持多个移动装置的无线通信。移动装置在由第三代伙伴项目(3gpp)颁布的标准和规范中通常被称为用户装备(ue)，但是此类装置也可被本领域技术人员称为移动站(ms)、订户站、移动单元、订户单元、无线单元、远程单元、移动设备、无线设备、无线通信设备、远程设备、移动订户站、接入终端(at)、移动终端、无线终端、远程终端、手持机、终端、用户代理、移动客户端、客户端、调度或被调度实体、或某个其他合适的术语。ue可以是向用户提供对网络服务的接入的装置。
在本文档内，“移动”装置不必具有一致或不断移动的能力，并且可在此类装置变为驻定的情况下被部署。术语移动装置或移动设备泛指各种各样的设备和技术。例如，移动装置的一些非限定性示例包括移动设备、蜂窝(蜂窝小区)电话、智能电话、会话发起协议(sip)电话、膝上型设备、个人计算机(pc)、笔记本、上网本、智能本、平板设备、个人数字助理(pda)、以及广泛多样的嵌入式系统，例如，对应于“物联网”(iot)。移动装置另外可以是自驱或其他运输车辆、远程传感器或致动器、机器人或机器人设备、卫星无线电、全球定位系统(gps)设备、对象跟踪设备、无人机、多轴飞行器、四轴飞行器、遥控设备、消费者和/或可穿戴设备，诸如眼镜、可穿戴相机、虚拟现实设备、智能手表、健康或健身跟踪器、数字音频播放器(例如，mp3播放器)、相机、游戏控制台等等。移动装置另外可以是数字家庭或智能家庭设备，诸如家庭音频、视频和/或多媒体设备、电器、自动售货机、智能照明、家庭安全系统、智能仪表等等。移动装置另外可以是智能能源设备、安全设备、太阳能电池板或太阳能电池阵列、控制电功率(例如，智能电网)、照明、水、等等的城市基础设施设备；工业自动化和企业设备；物流控制器；农业装备；军事防御装备、车辆、飞行器、船、以及武器、等等。再进一步，移动装置可提供联网医疗或远程医疗支持，即，远距离卫生保健。远程保健设备可包括远程保健监视设备和远程保健监管设备，它们的通信可例如以对于关键服务数据传输的优先化接入和/或对于关键服务数据传输的相关qos的形式被给予优先对待或胜于其他类型的信息的优先化接入。
在无线电接入网100内，蜂窝小区可包括可与每个蜂窝小区的一个或多个扇区处于通信的ue。例如，ue122和124可与基站110处于通信；ue126和128可与基站112处于通信；ue130和132可藉由rrh116与基站114处于通信；ue134可与低功率基站118处于通信；并且ue136可与移动基站120处于通信。此处，每个基站110、112、114、118和120可被配置成：为相应蜂窝小区中的所有ue提供至核心网(未示出)的接入点。
在另一示例中，移动网络节点(例如，移动节点120)可被配置成用作ue。例如，移动节点120可通过与基站110通信来在蜂窝小区102内操作。在本公开的一些方面，两个或更多个ue(例如，ue126和128)可使用对等(p2p)或侧链路信号127彼此通信而无需通过基站(例如，基站112)中继该通信。
控制信息和/或话务信息从基站(例如，基站110)到一个或多个ue(例如，ue122和124)的单播或广播传输可被称为下行链路(dl)传输，而在ue(例如，ue122)处始发的控制信息和/或话务信息的传输可被称为上行链路(ul)传输。另外，上行链路和/或下行链路控制信息和/或话务信息可在时间上被划分成帧、子帧、时隙、和/或码元。如本文使用的，码元可指代在正交频分复用(ofdm)波形中每个副载波携带一个资源元素(re)的时间单位。在一些示例中，一时隙可携带7或14个ofdm码元。子帧可指代1ms的历时。多个子帧可被编组在一起以形成单个帧或无线电帧。当然，这些定义不是必需的，并且可利用任何适当的方案来组织波形，并且波形的各种时间划分可具有任何适当的历时。
无线电接入网100中的空中接口可利用一个或多个复用和多址算法来实现各个设备的同时通信。例如，用于从ue122和124到基站110的上行链路(ul)或反向链路传输的多址可利用时分多址(tdma)、码分多址(cdma)、频分多址(fdma)、正交频分多址(ofdma)、稀疏码多址(scma)、资源扩展多址(rsma)、或其他合适的多址方案来提供。此外，对从基站110到ue122和124的下行链路(dl)或前向链路传输进行复用可利用时分复用(tdm)、码分复用(cdm)、频分复用(fdm)、ofdm、稀疏码复用(scm)、或其他适当的复用方案来提供。
另外，无线电接入网100中的空中接口可利用一个或多个双工算法。双工是指双方端点都能在两个方向上彼此通信的点到点通信链路。全双工表示双方端点能同时彼此通信。半双工表示一次仅一个端点可以向另一端点发送信息。在无线链路中，全双工信道一般依赖于发射机和接收机的物理隔离以及适当的干扰消除技术。通常通过利用频分双工(fdd)或时分双工(tdd)为无线链路实现全双工仿真。在fdd中，不同方向上的传输在不同的载波频率处操作。在tdd中，在给定信道上的不同方向上的传输使用时分复用彼此分开。即，在一些时间，该信道专用于一个方向上的传输，而在其他时间该信道专用于另一方向上的传输，其中方向可以非常快速地改变，例如，每时隙若干次。
在无线电接入网100中，ue在移动之时独立于其位置进行通信的能力被称为移动性。ue与无线电接入网之间的各个物理信道一般在移动管理实体(mme)的控制下进行设立、维护和释放。在本公开的各个方面，无线电接入网100可利用基于dl的移动性或基于ul的移动性来实现移动性和切换(即，ue的连接从一个无线电信道转移到另一无线电信道)。在被配置用于基于dl的移动性的网络中，在与调度实体的呼叫期间，或者在任何其他时间，ue可监视来自其服务蜂窝小区的信号的各个参数以及相邻蜂窝小区的各个参数。取决于这些参数的质量，ue可以维持与一个或多个邻蜂窝小区的通信。在该时间期间，如果ue从一个蜂窝小区移动到另一蜂窝小区，或者如果来自相邻蜂窝小区的信号质量超过来自服务蜂窝小区的信号质量达给定的时间量，则ue可以进行从服务蜂窝小区到相邻(目标)蜂窝小区的移交或切换。例如，ue124(被解说为交通工具，尽管可以使用任何合适形式的ue)可从对应于其服务蜂窝小区102的地理区域移动到对应于相邻蜂窝小区106的地理区域。当来自相邻蜂窝小区106的信号强度或质量超过其服务蜂窝小区102的信号强度或质量达给定的时间量时，ue124可向其服务基站110传送指示该状况的报告消息。作为响应，ue124可接收切换命令，并且该ue可经历至蜂窝小区106的切换。
在被配置用于基于ul的移动性的网络中，来自每个ue的ul参考信号可由网络用于为每个ue选择服务蜂窝小区。在一些示例中，基站110、112和114/116可广播统一同步信号(例如，统一主同步信号(pss)、统一副同步信号(sss)和统一物理广播信道(pbch))。ue122、124、126、128、130和132可接收统一同步信号，从这些同步信号中导出载波频率和时隙定时，并响应于导出定时而传送上行链路导频或参考信号。由ue(例如，ue124)传送的上行链路导频信号可由无线电接入网100内的两个或更多个蜂窝小区(例如，基站110和114/116)并发地接收。这些蜂窝小区中的每一者可测量导频信号的强度，并且无线电接入网(例如，基站110和114/116中的一者或多者和/或核心网内的中心节点)可以为ue124确定服务蜂窝小区。当ue124移动通过无线电接入网100时，该网络可继续监视由ue124传送的上行链路导频信号。当由相邻蜂窝小区测得的导频信号的信号强度或质量超过由服务蜂窝小区测得的信号强度或质量时，网络100可在通知或不通知ue124的情况下将ue124从服务蜂窝小区切换到该相邻蜂窝小区。
尽管由基站110、112和114/116传送的同步信号可以是统一的，但该同步信号可以不标识特定的蜂窝小区，而是可标识包括在相同频率上操作和/或具有相同定时的多个蜂窝小区的区划。在5g网络或其他下一代通信网络中使用区划实现了基于上行链路的移动性框架并改善了ue和网络两者的效率，因为可减少需要在ue与网络之间交换的移动性消息的数目。
在各种实现中，无线电接入网100中的空中接口可利用有执照频谱、无执照频谱、或共享频谱。有执照频谱一般借助于从政府监管机构购买执照的移动网络运营商来提供对频谱的一部分的专有使用。无执照频谱提供了对频谱的一部分的共享使用而无需政府准予的执照。虽然一般仍然需要遵循一些技术规则来接入无执照频谱，但任何运营商或设备可获得接入。共享频谱可落在有执照与无执照频谱之间，其中可能需要技术规则或限制来接入频谱，但频谱可能仍然由多个运营商和/或多个rat共享。例如，有执照频谱的一部分的执照的持有者可提供有执照共享接入(lsa)以将该频谱与其他方共享，例如，利用适当的获许可方确定的条件来获得接入。
在一些示例中，可调度对空中接口的接入，其中调度实体(例如，基站)在其服务区域或蜂窝小区内的一些或全部设备和装备之中分配用于通信的资源。在本公开内，如以下进一步讨论的，调度实体可负责调度、指派、重配置、以及释放用于一个或多个被调度实体的资源。即，对于被调度的通信而言，ue或被调度实体利用由调度实体分配的资源。
基站不是可用作调度实体的唯一实体。即，在一些示例中，ue可用作调度实体，从而调度用于一个或多个被调度实体(例如，一个或多个其他ue)的资源。在其他示例中，可在各ue之间使用侧链路信号而不必依赖于来自基站的调度或控制信息。例如，ue138被解说成与ue140和142通信。在一些示例中，ue138正用作调度实体或主侧链路设备，并且ue140和142可以用作被调度实体或非主(例如，副)侧链路设备。在又一示例中，ue可以用作设备到设备(d2d)、对等(p2p)、或交通工具到交通工具(v2v)网络中、和/或网状网络中的调度实体。在网状网络示例中，ue140和142除了与调度实体138通信之外还可任选地直接彼此通信。
相应地，在具有对时频资源的经调度接入并且具有蜂窝配置、p2p配置或网状配置的无线通信网络中，调度实体和一个或多个被调度实体可利用经调度的资源来通信。参照图2，框图解说了调度实体202和多个被调度实体204(例如，204a和204b)。此处，调度实体202可对应于基站110、112、114、和/或118。在附加示例中，调度实体202可对应于ue138、四轴飞行器120、或者无线电接入网100中的任何其他适当节点。类似地，在各种示例中，被调度实体204可对应于ue122、124、126、128、130、132、134、136、138、140和142、或者无线电接入网100中的任何其他适当节点。
如图2中所解说的，调度实体202可向一个或多个被调度实体204广播话务206(该话务可被称为下行链路(dl)话务)。根据本公开的某些方面，术语下行链路可以指在调度实体202处始发的点到多点传输。广义地，调度实体202是负责在无线通信网络中调度话务(包括下行链路传输以及在一些示例中还包括从一个或多个被调度实体到调度实体202的上行链路话务210)的节点或设备。描述该系统的另一方式可以是使用术语广播信道复用。根据本公开的各方面，术语上行链路可以指在被调度实体204处始发的点到点传输。广义地，被调度实体204是接收来自无线通信网络中的另一实体(诸如调度实体202)的调度控制信息(包括但不限于调度准予、同步或定时信息)、或其他控制信息的节点或设备。
调度实体202可以将包括一个或多个控制信道(诸如pbch、pss、sss、物理控制格式指示符信道(pcfich)、物理混合自动重复请求(harq)指示信道(phich)、和/或物理下行链路控制信道(pdcch)等)的控制信息208广播到一个或多个被调度实体204。phich携带harq反馈传输(诸如确收(ack)或否定确收(nack))。harq是本领域普通技术人员众所周知的技术，其中分组传输可在接收侧被检查准确性，并且如果确认，则可传送ack，而如果未被确认，则可传送nack。响应于nack，传送方设备可发送harq重传，其可实现追赶组合、增量冗余等等。
包括一个或多个话务信道(诸如物理下行链路共享信道(pdsch)或物理上行链路共享信道(pusch)(以及在一些示例中，系统信息块(sib)))的上行链路话务210和/或下行链路话务206可以附加地在调度实体202和被调度实体204之间传送。可以通过将载波按时间细分为合适的时间区间(例如，传输时间区间(tti)或类似构造)来组织控制和话务信息的传输。
此外，被调度实体204可向调度实体202传送上行链路控制信息212(包括一个或多个上行链路控制信道)。上行链路控制信息可包括各种各样的分组类型和类别，包括导频、参考信号、和配置成实现或辅助解码上行链路话务传输的信息。在一些示例中，控制信息212可包括调度请求(sr)，即，对调度实体202调度上行链路传输的请求。此处，响应于在控制信道212上传送的sr，调度实体202可传送下行链路控制信息208，该下行链路控制信息208可调度用于上行链路分组传输的时间区间(例如，tti)。
上行链路和下行链路传输一般可利用合适的纠错块码。在典型块码中，信息消息或序列被拆分成块，并且传送方设备处的编码器随后数学地将冗余添加至该信息消息。对经编码的信息消息中的这一冗余的利用可以提高该消息的可靠性，从而使得能够纠正可能因噪声而发生的任何比特差错。纠错码的一些示例包括汉明码、博斯-乔赫里-黑姆(bch)码、turbo码、低密度奇偶校验(ldpc)码、和极性码。调度实体202和被调度实体204的各种实现可包括合适的硬件和能力(例如，编码器和/或解码器)，以利用这些纠错码中的任何一者或多者来进行无线通信。
在一些示例中，被调度实体(诸如第一被调度实体204a和第二被调度实体204b)可利用侧链路信号来进行直接d2d通信。侧链路信号可包括侧链路话务214和侧链路控制216。侧链路控制信息216可包括请求发送(rts)信道和清除发送(cts)信道。rts可以提供给被调度实体204，以请求要保持可用于侧链路信号的侧链路信道的历时；并且cts可以提供给被调度实体204，以指示例如在所请求历时中侧链路信道的可用性。rts和cts信号的交换(例如，握手)可使得执行侧链路通信的不同被调度实体能够在侧链路话务信息214的通信之前协商侧链路信道的可用性。
图2中解说的信道不一定是调度实体202与被调度实体204之间可利用的所有信道，且本领域普通技术人员将认识到除了所解说的那些信道外还可利用其他载体或信道，诸如其他话务、数据、控制、和反馈信道。注意，调度实体202和被调度实体204所利用的传输方案可包括稀疏码多址(scma)、时分多址(tdma)、码分多址(cdma)、频分多址(fdma)、正交频分多址(ofdma)、或其他合适的多址方案。
关于scma方案，特别地，当通信设备中的发射机传送信号时，作为示例，无论是在调度实体202中还是在被调度实体204中，采用允许经编码比特被映射到用于scma传输的码字的scma码本。图3解说了用于使用scma来传送比特的示例性发射机系统模型300。发射机系统300可在诸如调度实体或被调度实体之类的设备302中采用。如所解说的，发射机系统300在编码器304中从处理器(未示出)(作为一个示例，诸如数字信号处理器(dsp))接收二进制比特数据流。在一方面，编码器304可采用前向纠错(fec)编码、turbo编码，低密度奇偶校验(ldpc)编码或任何其他合适的编码。经编码比特被传递到scma稀疏码本映射器306以基于scma码本来将该比特映射到码字(和伴随的星座点)。在一个方面，数据流的经编码比特被直接映射到来自基于多维星座所建立的码本的码字，该多维星座是基于多个复维度(即，包含同相(i)和正交(q)两者的维度)中的至少两个非零条目的星座。来自映射器306的码字输出被输入到调制器308以用于基于任何数目的已知调制方案来调制该码字以供传输。在一个示例中，调制器308可被配置为ofdm调制器，其中scma码字在ofdm频调上组合，且随后码元可作为scma块传送，类似于lte中已知的资源块概念。注意，例如与线性扩展相比，通过允许更少数目的投影点，由scma映射提供的多维调制提供了更低的检测复杂度。
映射器306被配置成联合调制和扩展经编码比特，如前所述。在一示例中，scma映射器306利用低密度扩展，其用于cdma中的lds(低密度签名)技术中，且还可称为“稀疏扩展”。要注意，scma映射器306可采用类似于lte的层映射，其中一个或多个scma层可被指派给用户/数据流(即，给特定的ue)。然而，与lte不同之处在于，在每一scma层处，scma映射器306从信息比特映射到码字(即，scma映射器306将输入比特映射到从因层而异的scma码本中所选择的复多维码字)。此外，scma码字是稀疏的，其中只有少数条目非零而其余条目为零。通常，对应于scma层的所有scma码字具有非零条目的唯一位置，称为稀疏性模式。
根据进一步方面，scma映射器306被配置成将经编码数据比特映射到从因层而异的scma码本中所选择的复多维码字。通常，对应于特定scma层的所有scma码字将根据特定稀疏性模式而具有非零条目的唯一位置。所有层的稀疏模式可以用签名矩阵s表示，诸如下文所示的矩阵：
在上文的示例性签名矩阵中，每一层由矩阵中的一列表示。因此，在该示例中，列数是六(6)，且因此层数是六。由于每一层可表示一个传送设备(例如，ue设备)，因此签名矩阵可表示六个设备。另外，由于矩阵中有四(4)行，因此扩展长度为四(4)，其中每行表示一个频带或频率子带。此外，在签名矩阵中，“1”值意味着其是非零条目，而“0”值意味着其是零条目。在一方面，每一scma层有两(2)个非零条目。给定上文的特定签名矩阵s，每层将仅需映射两个非零条目。如本领域技术人员将领会的，由于每行中存在多于一个非零值，这意味着这些层(例如，传送设备)将利用相同的频率或频调进行传输，并且在每个资源元素(re)上将存在来自不同用户的多个码元的非正交信号叠加，该re是可用于scma块中的传输的频率或频调，其类似于lte中的资源块概念。
在两个非零条目上的已知3比特映射方案的示例中，图4解说了复平面或i-q平面中的示例性8点码本400(或多维星座)。如可看见的，第一非零条目星座402包括4个星座点，每个星座点表示用于表示数字0到7(即，000到111)的两个3比特值之一。每个星座点具有同相i或实分量和正交q或虚(即，“j”，其中
此外，非零条目内的星座点可以是经格雷(gray)编码的，其中在星座中的各点之间仅发生一个比特改变。例如，在从点406到点410(即，000到010或100到110)、或从点410到点412(即，010到011或110到111)的值中仅发生一个比特改变。在另一未在图4中解说的示例中，相对于另一层中的星座点，来自一层的星座点可以是经格雷编码的。
注意，对于ue，特别地，每个ue可独自选择scma码本。当存在多个同时活跃的ue时，如果多个ue中的一者或多者使用相同的码本进行传送，则可能发生码本冲突。在上文示例中且假设六个活跃ue(例如，ue1到ue6)，注意，在所有ue都使用特定签名矩阵s的情况下，各ue之间不会发生冲突。然而，如果ue独自选择码本，则可能发生冲突。例如，ue1和ue2可以从上文的矩阵中选择第一码本，ue3和ue4从上文的矩阵中选择第三码本，并且ue5和ue6从上文的矩阵中选择第五码本。在此类情形中，签名矩阵(标示为s1)可以由以下矩阵给出：
参照回图3，进一步注意到，传输模型300可进一步包括附加调制器306，其在一个示例中可以是ofdm调制器。另外，模型300可以用于调度设备(例如，基站)或被调度设备(例如，ue)中的ul和dl传输之一。
鉴于前述内容，本领域技术人员将领会，码本设计以及接收机的类型在scma的实现中是重要的，以确保抵抗码本冲突的稳健性，以及缓解振幅和相位失准的影响，尤其对于ul多址。
图5解说了根据本公开的示例性码本设计500，其改进了scma系统的稳健性，尤其对于ul多址，但不限于此。如可看见的，码本500包括具有用于相应的第一和第二非零条目的星座502和504的8点星座设计。在该示例中，不是使用相同的星座点来表示两个比特值，而是布置8点星座，使得四(4)个点更接近于复平面或i-q笛卡尔标绘(例如，在i轴中具有实或“同相”分量以及在q轴中具有虚或正交分量的复平面)的原点，其中布置四个星座点，使得穿过每个点的第一圆506具有“内半径”或径向距离ri。其他四个星座点被布置成使得穿过每个点的第二圆508具有“外半径”或径向距离ro。码本500的进一步性质是指定为“α”的比率被定义为内半径ri与外半径ro的比率(即，α＝ri/ro)。换言之，内半径是外半径的某一百分比(即，ri＝αro)，其中α值将具有小于1的值以使得内半径ri在外半径ro内。对于本领域技术人员显而易见的是，如果α值等于1，则结果得到的星座将与图4中所示的已知星座相同，因为半径是相同的。
另一种说法，第一内半径506上的第一四个星座点是第一星座点编群的一部分，且外半径508上的第二四个星座点是第二星座点编群的一部分。相应地，根据预定比率α，第一编群中的至少一个星座点关于或相对于第二星座点编群中的至少第二星座点是固定的。另外，如从图5中显而易见的，第一星座点编群中的每个星座点到星座点标绘上的原点的绝对距离比第二星座点编群中的每个点更近。
类似于图4的已知示例，码本500的星座点表示比特值，诸如所示的示例中的3比特值，但是本领域技术人员将领会，星座也可应用于2比特值或大于3比特值的比特值。然而，与图4的示例不同，第一和第二条目的每一者中的每个点仅表示一个比特值。在进一步方面，应注意，第一和第二编群的比特值在每个象限内是经格雷编码的。例如，在第一非零条目502中，左上象限中的外半径处的比特值000仅与相同的左上象限中内半径处的值100相差或改变一个比特。此外，应注意，用于第一和第二非零条目502、504之间的相关星座点的比特值也是经格雷编码的。例如，第一非零条目的右上象限中的外半径上的星座点表示二进制值“001”，并且第二非零条目中相同位置处的星座点表示二进制值“011”，这两个值之间只有一比特差异或改变。尽管未示出，但是本码本还构想了签名矩阵的各个层之间的格雷编码。
可用于实现图5中所示的码本的代码的示例给出如下：
j＝sqrt(-1)
s1＝1+j；s2＝1-j；s3＝-1-j；s4＝-1+j
alpha＝0.74；
r1＝[s4s1alpha*s3alpha*s2alpha*s4alpha*s1s3s2]；
r1＝r1/sqrt(mean(abs(r1).^2))/sqrt(3)；
r2＝[alpha*s4alpha*s1s4s1s3s2alpha*s3alpha*s2]；
r2＝r2/sqrt(mean(abs(r2).^2))/sqrt(3)；
r0＝zeros(1,8)；
codebooks＝cell(6,1)
codebooks(1)＝[r1；r2；r0；r0]；
codebooks(2)＝[r1；r0；r2；r0]；
codebooks(3)＝[r1；r0；r0；r2]；
codebooks(4)＝[r0；r1；r2；r0]；
codebooks(5)＝[r0；r1；r0；r2]；
codebooks(6)＝[r0；r0；r1；r2]；
从上文的代码可以看出，作为示例，第一非零条目星座的rl值定义了具有如下星座点的星座：s4(–1+j)表示000、s1(1+j)表示001、s3(–1–j)表示110、以及s2(1–j)表示111。其他四个星座点根据比率α乘以所定义的s1、s2、s3和s4值来定义，并且相应地将位于内半径504上。因此，α*s3表示010、α*s2表示011、α*s4表示100、α*sl表示101。该编码实现了上述格雷编码。类似地，类似地定义用于第二非零条目的r2向量以实现图5中504处所解说的星座。如在上文的示例性代码中可以看见的，α值被设置为0.74，但是该比率值不限于此，并且可以根据特定系统环境来调整成大于或小于该值。此外，该示例中的码本定义具有各种零和非零值的特定签名矩阵。然而，应注意，该矩阵仅是示例性的，并且本公开不限于此。
还应注意，本文所公开的码本提供了scma系统性能的改进；即，对于至少一些星座点，离星座中的参考点(例如，“000”星座点)的归一化平方距离的减小。此类减小已经在scma系统性能方面产生了相应的改进，其更好地接近该系统的香农极限。具体地，可根据星座的能量来归一化星座的距离以确定归一化的平方距离。因此，在一个方面，如果假设外半径ro508的外半径等于2的平方根的值，且内半径ri506等于2α的平方根，则星座的平均平方能量将等于1+α2的值。该平均能量推导基于以下事实：每个非零条目中的外半径上的四个星座点具有2的能量，且内半径上的其他四个星座点具有(2α)2的能量。因此，给定所有星座点的能量之和除以星座点的数目得到的平均能量产生1+α2的平均能量。因此，例如，对于从表示“000”的星座点到星座502中的表示“010”的点的距离，其平方距离是3(1–α)2+(1+α)2。其归一化的平方距离则为4–4α/(α2+1)。例如，与图4中的已知码(例如，星座402)相比，以下表1解说了星座502的各种归一化平方距离。
表1
从上文的表1可以看出，从星座点000到表示001、110和111的点的归一化平方距离与图4中已知码相同。关于至表示011和101的星座点的距离，对于小于1的α值，在至000的归一化平方距离中存在相应减少，这已示出了对特定scma系统的改进。
作为确定由本文所公开的scma码本所产生的改进的示例，可以通过对具有scma编码的发射机和接收scma传输的各种类型的接收机配置的建模来建模和评估使用该码本的收发机系统。图6解说了示出发射机和接收机的示例性建模系统的框图600，其中可评估本文所公开的用于采用scma码本的方法和装置。在发射机侧，作为一个示例但不限于此，图6解说了发射机602，其可利用使用低密度奇偶校验(ldpc)码进行前向纠错的编码。具体地，使用多个ldpc编码器块604。在一个示例中，ldpc编码器块604的速率可以设置为r＝1/2，尽管可采用各种速率。随后用scma编码器606对经编码比特进行scma调制和扩展，但是发射机602不限于此类编码。作为对通常可能存在于无线接口中的噪声的建模的一部分，所添加的高斯白噪声(awgn)的插入也通过加法块608将awgn添加到图6中的scma编码器606的输出来示出。注意，这里解说了awgn的插入以仅示出示例性建模设置如何在尝试确定实际测试结果时估计现实世界的情形。本领域技术人员将领会，所实现的发射机将不利用所添加的awgn。
在经建模的无线接口610的接收机侧，接收机612包括图6的示例中的至少三种类型的接收机配置：(1)低复杂度消息传递算法(mpa)接收机解码器614，其在假设没有先验信息的情况下计算比特对数似然比(llr)(从码元llr转换)；(2)具有联合串行干扰消除(sic)的基于mpa的解码器616，其中最初mpa没有码元的先验信息，但一旦在ldpc解码之后解码分组，则先验信息是完全已知的(参见迭代反馈618)，并且重新运行mpa以更新llr(以及其中在没有解码新数据包时迭代停止)；以及(3)利用具有turbo解码的mpa的解码器620，其中在mpa(即，scmampa)解码器620与具有对应于发射机602中的ldpc编码元件604的ldpc解码元件624的ldpc解码器622之间发生turbo外部信息交换。ldpc解码器622包括用于至少turbo解码器620的外部信息交换(例如，反馈)。注意，图6的示例仅是示例性的，且编码和解码方案不必限于用于实现所公开的scma码本方法和装置的scmampa和ldpc编码和解码。
基于图6的建模，如果假设scma码本利用6层，每层4个码元和3比特/层编码，则表2解说了针对至少数个功率控制场景，与图4中所解说的已知scma码本相比，使用将比率α设置为值0.74的码本所获得的离理论香农极限的减小的距离。距离以分贝(db)表达，且表2解说了相对于已知码本的显著增益，尤其是当每层功率相等时。即使每层具有不相等的功率，本码本也提供了scma解码性能的改进。
表2
图7解说了基于图6的建模和上表2的数据的相对于每比特码元信噪比(snr)的块差错率(bler)(即，es/no(每码元能量除以噪声功率谱密度))的标绘。具体地，图7解说了用于各种接收机的图4的已知码本的性能，以及使用本公开码本的相应性能，假设模型6层系统中每层的功率相等(即，[0,0,0,0,0,0,0]db)。如可看出的，关于本公开码本的每个标绘702、704和706解说了对于三种示例性类型的接收机中的每一者而言相对于图4的已知码本的离香农极限的距离的减小。
图8是解说用于采用处理系统802的调度或被调度实体800的硬件实现的示例的简化框图。在一方面，实体800可以是用户装备(ue)(诸如图1中所解说的)或能在ul或dl方向中的至少一者上传送数据的任何实体。然而注意，作为示例，实体800也可被配置为调度实体，因为本公开的概念可以在基站或ue中实现。
实体800可用包括一个或多个处理器804的处理系统802来实现。处理器804的示例包括微处理器、微控制器、数字信号处理器(dsp)、现场可编程门阵列(fpga)、可编程逻辑器件(pld)、状态机、选通逻辑、分立硬件电路和被配置成执行贯穿本公开描述的各种功能性的其他合适硬件。在各种示例中，被调度实体800可被配置成执行本文所描述的各功能中的任何一者或多者。即，如在被调度实体800中所利用的处理器804可被用于实现本文所描述的用于scma调制和扩展的任一个或多个过程。
在这一示例中，处理系统802可被实现成具有由总线803一般化地表示的总线架构。取决于处理系统814的具体应用和总体设计约束，总线803可包括任何数目的互连总线和桥接器。总线803将包括一个或多个处理器(一般由处理器804表示)、存储器805和计算机可读介质(一般由计算机可读介质806表示)的各种电路通信地耦合在一起。总线803还可链接各种其他电路，诸如定时源、外围设备、稳压器和功率管理电路，这些电路在本领域中是众所周知的，且因此将不再进一步描述。总线接口808提供总线803与收发机810之间的接口。收发机810提供用于通过传输介质与各种其他装备通信的装置，并且可以至少部分地包括用于传送和接收根据使用本公开码本的scma来调制的信号的装置。取决于该装置的本质，也可提供用户接口812(例如，按键板、显示器、扬声器、话筒、操纵杆)。
在本公开的一些方面，处理器804可包括被配置用于各种功能的电路814，包括例如根据本公开概念来建立或生成scma码本。另外，电路814可以与收发机810通信地耦合或对接以使用本公开的scma码本来指导信号的传输或接收。在本公开的其他方面，作为一个示例，处理器可包括dsp电路816，其提供待与收发机810传送的数据(或处理所接收的数据)，诸如图3中所解说的输入二进制比特流。
处理器804负责管理总线803和一般性处理，包括对存储在计算机可读介质806上的软件的执行。软件在由处理器804执行时使处理系统814执行以下针对任何特定装置描述的各种功能。计算机可读介质806和存储器805还可被用于存储由处理器804在执行软件时操纵的数据。
处理系统中的一个或多个处理器804可以执行软件。软件应当被宽泛地解释成意为指令、指令集、代码、代码段、程序代码、程序、子程序、软件模块、应用、软件应用、软件包、例程、子例程、对象、可执行件、执行的线程、规程、函数等，无论其是用软件、固件、中间件、微代码、硬件描述语言、还是其他术语来述及皆是如此。软件可驻留在计算机可读介质806上。计算机可读介质806可以是非瞬态计算机可读介质。作为示例，非瞬态计算机可读介质包括磁存储设备(例如，硬盘、软盘、磁带)、光盘(例如，压缩碟(cd)或数字通用盘(dvd))、智能卡、闪存设备(例如，卡、棒或钥匙型驱动器)、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、可擦除prom(eprom)、电可擦除prom(eeprom)、寄存器、可移除盘、以及用于存储可由计算机访问和读取的软件和/或指令的其他任何合适介质。作为示例，计算机可读介质还可包括载波、传输线、和任何其他用于传送可由计算机访问和读取的软件和/或指令的合适介质。计算机可读介质806可驻留在处理系统802中、在处理系统802外、或跨包括处理系统802的多个实体分布。计算机可读介质806可以实施在计算机程序产品中。作为示例，计算机程序产品可包括封装材料中的计算机可读介质。本领域技术人员将认识到如何取决于具体应用和加诸于整体系统上的总体设计约束来最佳地实现本公开中通篇给出的所描述的功能性。
在一个或多个示例中，计算机可读存储介质806可包括配置成用于各种功能的码本生成或建立指令或软件818，这些功能包括例如根据本公开的概念来建立scma码本。例如，码本生成软件可被配置成建立scma码本，包括确定签名矩阵以及哪些星座将被用于每一层中的每个非零条目。
在进一步方面，计算机可读存储介质806可包括配置用于各种功能的调制选择指令或软件820，包括例如选择调制(和编码)方案(诸如选择scma)，和进一步选择来自多个码本中的哪个scma码本以及编码应由收发机810用于传输或用于信号的传输或接收。还应注意，虽然被描述为被调度实体，但是实体800也可以被实现为调度实体。
图9是解说根据本公开的各个方面的用于构建scma码本的示例性过程或方法体系900的流程图。如下所述，一些或全部所解说的特征可在本公开的范围内在特定实现中省略，并且一些所解说的特征可不被要求用于所有实施例的实现。在一些示例中，过程900可由图8中所解说的被调度实体800来执行。在一些示例中，过程900可由用于执行以下所述功能或算法的任何合适的装备或装置来实现。
在框902处，过程900包括用于建立供在稀疏码多址(scma)通信中使用的码本的过程，其中该码本用于将供传输的输入比特映射到码字。过程900进一步包括通过将用于至少一层(例如，用于用户或ue)的码本设置成包括点的星座来建立码本，其具有位于或置于离复平面中的原点第一径向距离(例如，ri或ro之一)处的第一星座点编群(参见例如图5)。此外，过程900包括通过设置位于离原点第二径向距离(例如，ri或ro中的另一者)处的第二星座点编群来建立码本。另外，应当理解，对于每一层(即，对于每个ue)执行码本的建立，并且还可以在多个层(即，多个用户)之中执行码本的建立。
尽管未在图9中示出，过程900可以进一步包括：用于至少一层通信信号的点的星座包括根据预定比率，第一星座点编群中的至少一个第一星座点相对于第二星座点编群中的至少一个第二星座点是固定的距离。此外，第一星座点编群中的每个星座点被配置成到星座点的标绘的原点的绝对距离比第二星座点编群中的每个点到原点的绝对距离更近。
另外，过程900可包括：预定比率是穿过第一星座点编群中的每个星座点的第一圆的等于原点周围的第一径向距离的第一半径与穿过第二星座点编群中的每个星座点的第二圆的等于原点周围的第二径向距离的第二半径的比率。根据又一方面，预定比率被设为小于1的值。更进一步，如以上结合图5所描述的，每个星座点表示预定比特值，其中根据具有多个层的码本中的每一层中的至少一层来设置每个星座点的预定比特值，其中相应层中的每个星座点可表示不同的比特值(例如，每层中的相同星座点能表示不同的比特值，尽管它们也可以取决于码本配置来表示相同的值)。
根据又一方面，方法900可包括构建scma码本，以使得其包括以下一者或多者：(1)第一和第二编群中至少一者是经格雷编码的，(2)一层中的至少两个非零条目是经格雷编码的，以及(3)签名矩阵中的每一层相对于其他层是经格雷编码的。此外，方法900可包括：码本被配置成在发射机系统中使用，该发射机系统使用配置成用于对输入比特进行编码以供发射机进行传输的至少一个低密度奇偶校验(ldpc)编码器和至少一个scma解码器，诸如在图6的模型中的发射机602处所解说的。
在一种配置中，用于无线通信的装置800包括用于为码本建立至少一个码字的装置，该码本被配置为具有位于离原点第一径向距离处的第一点编群和位于离原点第二径向距离处的第二点编群的点的星座。在另一方面，前述装置可以是配置成执行由前述装置所叙述的功能的(诸)处理器804。在另一方面，前述装置可以是被配置成执行由前述装置所叙述的功能的电路或任何装备。
当然，在以上示例中，处理器804中所包括的电路系统仅仅是作为示例提供的，并且用于执行所描述的功能的其他装置可被包括在本公开的各个方面内，包括但不限于存储在计算机可读存储介质806中的指令、或在本文中描述的且利用例如本文关于图5和9描述的过程和/或算法的任何其他合适的装备或装置。
已参照示例性实现给出了无线通信网络的若干方面。如本领域技术人员将容易领会的，贯穿本公开描述的各个方面可扩展到其他电信系统、网络架构和通信标准。
作为示例，各个方面可在由3gpp定义的其他系统内实现，诸如长期演进(lte)、演进型分组系统(eps)、通用移动电信系统(umts)、和/或全球移动系统(gsm)。各个方面还可被扩展到由第三代伙伴项目2(3gpp2)所定义的系统，诸如cdma2000和/或演进数据优化(ev-do)。其他示例可在采用ieee802.11(wi-fi)、ieee802.16(wimax)、ieee802.20、超宽带(uwb)、蓝牙的系统、和/或其他适当的系统内实现。所采用的实际的电信标准、网络架构和/或通信标准将取决于具体应用以及加诸于该系统的整体设计约束。
在本公开内，措辞“示例性”用于表示“用作示例、实例或解说”。本文中描述为“示例性”的任何实现或方面不必被解释为优于或胜过本公开的其他方面。同样，术语“方面”不要求本公开的所有方面都包括所讨论的特征、优点或操作模式。术语“耦合”在本文中用于指代两个对象之间的直接或间接耦合。例如，如果对象a物理地接触对象b，且对象b接触对象c，则对象a和c可仍被认为是彼此耦合的，即便它们并非彼此直接物理接触。例如，第一对象可以耦合至第二对象，即便第一对象从不直接与第二对象物理接触。术语“电路”和“电路系统”被宽泛地使用且意在包括电子器件和导体的硬件实现以及信息和指令的软件实现两者，这些电子器件和导体在被连接和配置时使得能执行本公开中描述的功能而在电子电路的类型上没有限制，这些信息和指令在由处理器执行时使得能执行本公开中描述的功能。
图1-9中解说的组件、步骤、特征、和/或功能中的一者或多者可以被重新安排和/或组合成单个组件、步骤、特征、或功能，或者可以实施在若干组件、步骤或功能中。也可添加附加的元件、组件、步骤、和/或功能而不会脱离本文中所公开的新颖性特征。本公开中所解说的装置、设备和/或组件可以被配置成执行本文所描述的一个或多个方法、特征、或步骤。本文中描述的新颖算法还可以高效地实现在软件中和/或嵌入到硬件中。
应该理解，所公开的方法中各步骤的具体次序或阶层是示例性过程的解说。基于设计偏好，应该理解，可以重新编排这些方法中各步骤的具体次序或阶层。所附方法权利要求以样本次序呈现各种步骤的要素，且并不意味着被限定于所呈现的具体次序或阶层，除非在本文中有特别叙述。
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