使用降低的峰值平均功率比进行通信的系统和方法与流程
本申请要求享有于2017年1月25日提交的、申请号为15/415,442、题为“使用降低的峰值平均功率比进行通信的系统和方法”的美国专利申请的优先权，其全部内容通过引用整体并入本文。
本发明一般涉及用于数字通信的系统和方法，并且在特定实施例中，涉及使用降低的峰值平均功率比(papr，peaktoaveragepowerratio)进行通信的系统和方法。
背景技术：
多址接入方案允许多个设备或用户设备(ue，userequipment)共享信道资源。潜在的发送设备被分配给时间和频率资源，例如，也被称为资源单元。虽然各种多址接入方案在实践中都是可行且可用的，但是特定多址接入方案的选择和实现对相关通信系统的设计参数具有重要影响。
峰值平均功率比是通信系统设计中需要考虑的一个重要值。papr提供与平均发射功率电平相比的最大发射功率电平的指示。高papr指示最大发射功率电平显著大于平均发射功率电平，而低papr指示最大发射功率电平相对接近平均发射功率电平。为了减少失真，功率放大器应该在尽可能多的发射功率范围内、在线性区域内工作。当功率放大器不在线性区域中工作时，可能增加显著的失真，从而导致性能降低。通常，具有大线性区域的功率放大器将比具有较窄线性区域的其他类似功率放大器成本更大。因此，降低papr可以使得提高整体通信性能，并降低实施成本。
技术实现要素：
期望降低采用多址接入的通信系统中的峰值平均功率比papr，特别是在各种非正交多址接入方案中，例如稀疏码多址接入(scma，sparsecodemultipleaccess)。
示例实施例提供了使用降低的papr进行通信的系统和方法。
根据示例实施例，提供了一种用于传输数据的方法。所述方法包括：发送设备使用星座图调制数据位，以产生调制的数据符号；所述发送设备预编码所述调制的数据符号，以获得ns个预编码样本的组，其中，ns等于与所述发送设备相关联的稀疏码中的非零项的数量；所述发送设备根据与所述发送设备相关联的稀疏码，将ns个预编码样本的组映射到子载波的组，以获得多个子载波映射的样本；所述发送设备将所述多个子载波映射的样本转换为编码的数据符号；并且，所述发送设备发送所述编码的数据符号。
所述方法还包括在预编码所述调制的数据符号之前，所述发送设备将相位旋转应用于所述调制的数据符号。当ns大于1时，所述将相位旋转应用于调制的数据符号包括将ns个不同相位旋转应用于所述调制的数据符号。当所述星座图是单维星座图，并且ns大于1时，所述方法还包括，所述发送设备将所述预编码样本的组复制ns-1次。所述星座图是p维qam星座图，其中p是等于ns的整数，并且ns大于1。
所述将ns个预编码样本的组映射到子载波的组包括：将第j预编码样本的组映射到与所述发送设备相关联的所述稀疏码中的与第j非零项相关联的scma资源相对应的子载波。对应于所述scma资源的子载波是映射到与所述第j非零项相关联的所述scma资源的第k连续子载波的组。
根据一些其他的示例实施例，根据每个用户设备的稀疏码模式和所述用户设备共用的子载波映射两者，将每个预编码样本的组映射到连续子载波的组。通过将所述预编码样本的组映射到scma资源，然后将所述scma资源映射到连续子载波的组，所述通信系统的papr可以得到降低。
根据示例实施例，提供了一种用于接收数据的方法。所述方法包括：接收设备将从多个发送设备接收的数据符号转换为多个子载波样本；所述接收设备均衡由所述多个子载波样本形成的scma资源；所述接收设备解码从所述均衡的scma资源生成的scma码字，以产生与所述多个发送设备中的发送设备相关联的数据位；并且所述接收设备处理所述数据位。
所述均衡scma资源包括：将加权矩阵应用于与所述scma资源相关联的所述子载波样本。所述对scma码字进行解码包括将消息传递算法(mpa，messagepassingalgorithm)应用于所述scma码字。
根据示例实施例，提供了一种发送设备。所述发送设备包括处理器和存储用于由所述处理器执行的程序的计算机可读存储介质。所述程序包括这样的指令，其用于配置所述发送设备以使用星座图调制数据位，从而产生调制的数据符号；对所述调制的数据符号进行预编码，以获得ns个预编码样本的组，其中，ns等于与所述发送设备相关联的稀疏码中的非零项的数量；根据与所述发送设备相关联的稀疏码将所述ns个预编码样本的组映射到子载波的组，以获得多个子载波映射的样本；将所述多个子载波映射的样本转换为编码的数据符号，并发送所述编码的数据符号。
所述程序包括这样的指令，其用于配置所述发送设备在预编码所述调制的数据符号之前将相位旋转应用于所述调制的数据符号。所述程序包括这样的指令，其用于配置所述发送设备在ns大于1时，将ns个不同相位旋转应用于所述调制的数据符号。当所述星座图是单维星座图，并且ns大于1时，所述程序包括这样的指令，其配置所述发送设备将所述预编码样本的组复制ns-1次。所述星座图是p维qam星座图，其中，p是等于ns的整数，并且ns大于1。
所述程序包括这样的指令，其用于配置所述发送设备以将第j预编码样本的组映射到与所述发送设备相关联的所述稀疏码中的与第j非零项相关联的scma资源相对应的子载波。对应于所述scma资源的子载波是映射到与所述第j非零项相关联的scma资源的第k连续子载波的组。
根据示例实施例，提供了一种接收设备。所述接收设备包括处理器和存储用于由所述处理器执行的程序的计算机可读存储介质。所述程序包括这样的指令，其用于配置所述接收设备以将从多个发送设备接收的数据符号转换为多个子载波样本；均衡从所述多个子载波样本形成的scma资源；解码从所述均衡的scma资源生成的scma码字以产生数据位，所述数据位与所述多个发送设备中的发送设备相关联，并处理所述数据位。
所述程序包括这样的指令，其用于配置所述接收设备以将加权矩阵应用于与所述scma资源相关联的所述子载波样本。所述程序包括这样的指令，其用于配置所述接收设备以将mpa应用于所述scma码字。
根据示例实施例，提供了一种用于传输数据的方法。所述方法包括：发送设备使用星座图调制数据位，以产生调制的数据符号；所述发送设备预编码所述调制的数据符号，以获得ns个预编码样本的组，其中，ns等于与用户设备相关联的稀疏码中的非零项的数量；所述发送设备根据与所述用户设备相关联的稀疏码，将ns个预编码样本的组映射到子载波的组，以获得多个子载波映射的样本；所述发送设备将所述多个子载波映射的样本转换为编码的数据符号；并且，所述发送设备发送所述编码的数据符号。
前述实施例的实践能够降低非正交多址接入方案的papr，例如多载波稀疏码多址接入(scma，multi-carriersparsecodemultipleaccess)的，从而能够改善整体通信系统性能并降低实现成本。
附图说明
为了更完整地理解本公开及其优点，现参考以下结合附图的描述，其中：
图1a示出了根据本文描述的示例实施例的示例通信系统；
图1b示出了示例通信系统，突出显示了通信接入节点-ue对；
图2示出了根据本文描述的示例实施例的用于编码数据的示例scma复用方案；
图3示出了根据本文描述的示例实施例的示例scma块的示图以及利用示例scma码本调制以填充scma块的数据的示例过程；
图4示出了根据本文描述的示例实施例的利用组合的scma/sc-fdma多址接入技术来发送数据的发送设备中发生的示例操作的流程图；
图5示出了根据本文描述的示例实施例的第一示例发送器；
图6a示出了根据本文描述的示例实施例的第二示例发送器；
图6b示出了根据本文描述的示例实施例的第三示例发送器；
图6c示出了根据本文描述的示例实施例的示例子载波映射器的详细视图；
图7示出了根据本文描述的示例实施例的第四示例发送器；
图8示出了根据本文描述的示例实施例的利用组合scma/sc-fdma多址接入技术的示例发送器；
图9示出了根据本文描述的示例实施例的在利用组合的scma/sc-fdma多址接入技术来接收数据的接收设备中发生的示例操作的流程图；
图10示出了根据本文描述的示例实施例的示例接收器；
图11示出了根据本文描述的示例实施例的示例fde；
图12示出了根据本文描述的示例实施例的示例通信系统；
图13a和图13b示出了可以实现本文描述的方法和教导的示例设备；以及
图14是可用于实现本文公开的设备和方法的计算系统的框图。
具体实施方式
下面详细讨论当前示例实施例的制作和使用。然而，应该理解的是，本公开提供了许多可以在各种具体上下文中实施的可应用的发明概念。所讨论的具体实施例仅说明制造和使用实施例的具体方式，并不限制本公开的范围。
将关于特定上下文中的示例实施例，即使用稀疏码多址接入scma的通信系统来描述实施例；然而，本领域技术人员将理解，本文示例中描述的特定解决方案适用于其他非正交多址接入方案，例如低密度签名(lds，lowdensitysignature)、模式划分多址接入(pdma，patterndivisionmultipleaccess)、多用户共享访问(musa，multi-usersharedaccess)、非正交编码多址接入(ncma，non-orthogonalcodedmultipleaccess)、非正交编码访问(noca，non-orthogonalcodedaccess)、交织网格多址接入(igma，interleave-gridmultipleaccess)等。实施例可以应用于符合标准的通信系统，例如符合技术标准的通信系统，例如第三代合作伙伴计划(3gpp，thirdgenerationpartnershipproject)长期演进(lte，longtermevolution)、ieee802.11等，以及使用scma和其他非正交多址接入方案的不符合标准的通信系统。
scma是非正交多址接入方案，其允许多个设备或用户设备ue共享信道资源。潜在的发送设备被分配给时间和频率资源，也称为资源单元。在scma中，潜在的发送设备也被分配了稀疏码本，其允许设备传输的叠加，这样允许scma系统支持更多数量的连接设备。
在scma中，通过单维或多维码字将数据扩展到多个时频资源单元，例如正交频分多址接入(ofdma)资源的音频。在scma的不同变体中，数据可以分布在码分多址接入(cdma，codedivisionmultipleaccess)、ofdm、滤波器组多载波(fbmc，filterbankmulticarrier)，滤波ofdm等的资源单元上。码字的稀疏性有助于通过使用消息传递算法(mpa，messagepassingalgorithm)解码器来降低多路复用scma层的联合检测的复杂性。通常，每层scma信号都有其特定的码本。
此外，在多维实现中，通过使用多维星座图实现的增加的整形增益和编码增益是scma的优点。对于更高阶的调制，整形和编码增益通常更大。
scma是一种编码技术，其将数据流(例如二进制数据流)或一般q-ary数据流(其中q是大于或等于2的整数)编码为单维或多维码字。尺寸指的是其中的时间和/或频率尺寸和资源单元，其用于传达独立符号。
scma直接将数据流编码成码字并绕过qam符号映射，这可能导致编码增益。值得注意的是，scma编码技术使用码字而不是qam符号来传送数据流。scma使用scma码本将数据流编码为码字。scma码本是扩展星座图的示例。通过将扩频序列应用于星座图来实现扩频星座图(也可以被称为扩频调制图)。星座图还可以被称为调制图。扩频序列也可以被称为签名或多址接入(ma，multipleaccess)签名。
另外，与针对不同的复用层使用不同的扩频序列相反，scma编码通过对不同的复用层使用不同的码本来提供多址接入。此外，scma编码通常使用具有稀疏码字的码本，其使得接收器能够使用低复杂度算法(例如消息传递算法(mpa，messagepassingalgorithms))来从接收器接收的组合码字中检测各个码字，从而降低接收器中的处理复杂度。
cdma是一种多址接入技术，其中数据符号在正交和/或接近正交的码序列上展开。传统的cdma编码是一个两步过程，其中，在应用扩频序列之前将二进制码映射到qam符号。尽管传统的cdma编码可以提供相对高的数据速率，但是需要用于实现甚至更高数据速率的新技术/机制来满足下一代无线网络不断增长的需求。
scma使用基于码本的非正交复用技术，该技术通过从scma码本中选择的超强码字来实现。编码比特不是扩展qam符号，而是直接映射到稀疏复数码字。scma码本的另一个好处是通过使用多维星座图的实现，使整形增益和编码增益成为可能。scma被分类为波形/调制和多址接入方案。scma码字覆盖在多个信道资源单元上，例如ofdm的多载波音频。在scma中，当ue的数量大于资源单元的数量时，将多个ue的数据组合到多个资源单元上被称为数据过载。由于scma码字的稀疏性，实现数据过载的同时，检测复杂度适度增加。作为数据过载的结果，一些资源单元包含多于一个ue的数据。
图1a示出了示例通信系统100。通信系统100支持scma通信。通信系统100包括接入节点105。通信系统100还包括ue，例如ue110、ue112和ue114。接入节点105包括多个发射天线和多个接收天线，以支持多输入多输出(mimo)操作，其中，单个接入节点(或发送节点)同时向多个ue发送多个数据流，或者同时向每个ue具有多个数据流的ue或其组合发送多个数据流。类似地，ue可以包括多个发射天线和多个接收天线，以支持mimo操作。通常，接入节点还可以称为演进型nodeb(enb)、nodeb、基站、控制器、接入点等。类似地，ue也可以称为移动站、移动电话、终端、订户等。通信系统100还可以包括中继节点(rn)118，其能够利用由接入节点105控制并分配给rn118的网络资源的一部分，以使rn118能够帮助改善通信系统100的覆盖范围和/或整体性能。作为示例，接入节点105将网络资源的子集分配给rn118，并且rn118通过使用所分配的网络资源接收和转发消息来充当中介，以扩展接入节点105的覆盖区域，或在接入节点105的覆盖区域中存在的覆盖空洞中提供覆盖。
虽然应理解，通信系统可以采用能够与多个ue通信的多个接入节点，但是为了简单起见，仅示出了一个接入节点、一个rn和六个ue。
图1b示出了示例通信系统150，突出显示了通信接入节点-ue对。通信系统150包括正在通信的接入节点155和ue160。接入节点155包括发送器157和接收器159，而ue160包括发送器162和接收器164。上行链路通信是从ue160的发送器162到接入节点155的接收器159的通信，下行链路通信是从接入节点155的发送器157到ue160的接收器164的通信。
scma-ofdm是基于多载波调制的码域复用方案，其中扩展码本是稀疏的，并且因为检测复杂度是扩展码本的稀疏性的函数，所以检测可以更简单。广泛的可配置通信系统参数，例如扩频因子，码本的稀疏性和最大scma多路复用层的数量，表明了scma的灵活性。
图2示出了用于编码数据的示例scma复用方案200。如图2所示，scma复用方案200可以使用多个码本210、220、230、240、250和260。多个码本中的每个码本被分配给不同的复用层。每个码本包括多个多维码字。更具体地，码本210包括码字211-214，码本220包括码字221-224，码本230包括码字231-234，码本240包括码字241-244，码本250包括码字251-254，码本260包括码字261-264。
相应码本的每个码字可以与不同的数据值相关联，例如一个或多个二进制位。换句话说，可以将一个或多个二进制位映射到特定码本的码字。作为说明性示例，码字211、221、231、241、251和261与二进制值‘00’相关联；码字212、222、232、242、252和262与二进制值‘01’相关联；码字213、223、233、243、253和263与二进制值‘10’相关联；码字214、224、234、244、254和264与二进制值‘11’相关联。注意，尽管图2中的码本被描绘为每个具有四个码字，但是scma码本通常可以具有任何数量的码字。作为示例，scma码本可以具有8个码字(例如，与二进制值‘000’...‘111’相关联)、16个码字(例如，与二进制值‘0000’....‘1111’相关联)，或者更多。
如图2所示，取决于通过多路复用层传输的二进制数据，从各种码本210、220、230、240、250和260中选择不同的码字。在该示例中，从码本210中选择码字214，因为二进制值‘11’正在第一复用层上传输；码字222从码本220中选择，因为二进制值‘01’正在第二复用层上传输；从码本230中选择码字233，因为二进制值‘10’正在第三复用层上传输；从码本240中选择码字242，因为二进制值‘01’正在第四复用层上传输；从码本250选择码字252，因为二进制值‘01’正在第五多路复用层上传输；从码本260中选择码字264，因为二进制值‘11’正在第六多路复用层上传输。然后可以将码字214、222、233、242、252和264复用在一起以形成复用数据流280，其通过网络的共享资源传输。值得注意的是，码字214、222、233、242、252和264是稀疏码字，因此可以在使用低复杂度算法(例如消息传递算法(mpa，messagepassingalgorithms)或turbo解码器)接收多路复用数据流280时识别。
图3示出了示例scma块的示图300以及利用示例scma码本进行调制以填充scma块的数据的示例过程。如前所述，scma码本是扩频调制图的示例。将要发送的数据提供给fec编码器，例如fec编码器305，以产生用于不同ue的编码数据。将用于不同ue的数据提供给scma调制码本映射单元，例如scma调制码本映射单元310，以产生scma码字，例如scma码字315。scma码字被排列到scma块320中。
单载波频分多址接入(sc-fdma，singlecarrierfrequencydivisionmultipleaccess)是频分多址接入方案。sc-fdma用于符合3gpplte的通信系统的上行链路传输。sc-fdma提供较低的papr，有利于发射功率效率和降低实现成本，即具有较小线性区域的更简单的功率放大器。
根据示例实施例，scma和sc-fdma被组合以提供具有降低的papr的良好多用户性能，这有助于提高发射功率效率并降低实现成本。scma和sc-fdma的组合在本文中称为组合的scma/sc-fdma多址接入技术。scma支持具有增强的频谱效率、更低的延迟和更低的信令开销的非正交多址接入。scma还支持数据过载。scma码字中存在的稀疏性限制了检测复杂性。sc-fdma降低了papr，有利于发射功率效率并降低实施成本。
根据示例实施例，通常由sc-fdma中的单个用户使用的子载波的组用作公共scma资源。根据与用户相关联的稀疏码，将用户的数据映射到多个子载波的组。根据与每个用户相关联的稀疏码，将多个用户的数据映射到多个子载波的组，使得多个用户共享多个子载波的组。
图4示出了在利用组合的scma/sc-fdma多址接入技术来发送数据的发送设备中发生的示例操作400的流程图。操作400可以指示在发送设备(例如上行链路传输中的ue)中发生的操作，因为发送设备使用组合的scma/sc-fdma多址接入技术来发送数据。
操作400开始于发送设备为接收设备编码数据位(框405)。可以使用前向纠错(fec，forwarderrorcorrecting)码对数据位进行编码。作为示例，使用turbo编码器、低密度奇偶校验(ldpc，low-densityparity-check)编码器或极化编码器来对数据位进行编码。发送设备使用星座图调制编码比特，并且使调制的编码比特进行并行化(框407)。星座图的调制产生多个星座点样本。例如，星座图可以是一维的。或者，星座图可以是多维的。通常，星座图可以是p维，其中p大于或等于1并且小于或等于ns，其中ns是与发送设备相关联的稀疏码中的非零项的数量。通过串行-并行转换器将多个星座点样本转换为多个n样本并行块，其中n是表示预编码样本的数量的整数(下文进行描述)。可以将相位旋转应用于多个n样本并行块(框409)。相位旋转可以是可选的。在p等于1并且ns大于1的情况下，将多个不同的相位旋转应用于多个n样本并行块。相位旋转可以通过模拟确定，在技术标准中规定，由通信系统的操作者规定，或者通过发送设备和接收设备的协作确定。在p等于1并且ns大于1的情况下，多个n样本并行块被复制ns-1次。
多个n样本并行块(在相位旋转之后，如果相位旋转被应用于编码比特)被预编码以产生ns个n个预编码样本的组(框411)。作为说明性示例，通过对多个星座点样本应用傅里叶变换来执行预编码。傅里叶变换的示例包括离散傅立叶变换(dft，discretefouriertransform)和快速傅立叶变换(fft，fastfouriertransform)。在预编码包括dft或fft的情况下，n是dft或fft的长度。在p大于1并且ns大于p的情况下，可以对多个n样本并行块进行适当数量的复制(具有或不具有相位旋转)，并且进行预编码，以产生共ns个n个预编码样本的组。
发送设备将ns个n个预编码样本的组映射到k个scma资源的组，scma资源的总数是k×n(框413)。在一些实施例中，scma资源的组是子载波的组。根据与发送设备相关联的稀疏码将ns个n个预编码样本的组映射到scma资源的组。作为说明性示例，考虑这样的情况，即其中p＝2，k＝4，s(与发送设备相关联的稀疏码)＝1010，并且ns＝2的情况，然后将第一n个预编码样本的组映射到与第一scma资源的组相关联的第一子载波的组，将第二n个预编码样本的组映射到与第三scma资源的组相关联的第三子载波的组，而将零映射到第二和第四scma资源的组。将scma资源的组映射到连续的子载波以获得多个子载波映射的样本(框415)。将与scma资源相关联的预编码样本映射到频率上连续的子载波(即，逆傅立叶变换的输入处的连续元素的集合)可以得到具有低papr的信号。该映射从ns个n个预编码样本的组生成多个子载波映射的样本。
将多个子载波映射的样本转换为编码的数据符号(框417)。作为说明性示例，多个子载波映射的样本的变换涉及对多个子载波映射的样本应用逆傅里叶变换。逆傅立叶变换的示例包括逆离散傅里叶变换(idft，inversediscretefouriertransform)和逆快速傅立叶变换(ifft，inversefastfouriertransform)。发送设备发送编码的数据符号(框419)。
虽然对操作400的讨论集中于上行链路传输，但是本文给出的示例实施例也可以与下行链路传输一起操作。在发送设备是接入节点的下行链路传输中，用于将ns个n个预编码样本的组映射到k个scma资源的组的稀疏码(例如，在操作400的框413中)与接收设备(例如，ue)相关联。操作400的其他方面如上所述。因此，对上行链路传输的关注不应被解释为限制示例实施例的范围或精神。
在第一方面，本申请提供了一种用于传输数据的方法。该方法包括：发送设备使用星座图调制数据位，以产生调制的数据符号；所述发送设备预编码调制的数据符号，以获得ns个预编码样本的组，其中，ns等于与所述发送设备相关联的稀疏码中的非零项的数量；所述发送设备根据与所述发送设备相关联的稀疏码，将ns个预编码样本的组映射到子载波的组，以获得多个子载波映射的样本；所述发送设备将所述多个子载波映射的样本转换为编码的数据符号，并且所述发送设备发送所述编码的数据符号。
根据第一方面的方法的第一实施例，该方法包括在预编码所述调制的数据符号之前，所述发送设备将相位旋转应用于所述调制的数据符号。根据第一方面或第一方面的任何前述实施例的方法的第二实施例，当ns大于1时，该方法还包括将ns个不同相位旋转应用于所述调制的数据符号。根据本申请的第一方面或第一方面的任何前述实施例的方法的第三实施例，当星座图是单维星座图，并且ns大于1时，该方法还包括：所述发送设备将所述预编码样本的组复制ns-1次。根据本申请的第一方面或第一方面的任何前述实施例的方法的第四实施例，星座图是p维qam星座图，其中p是等于ns的整数，且ns大于1。根据本申请的第一方面或第一方面的任何前述实施例的方法的第五实施例，将ns个预编码样本的组映射到子载波的组包括：将第j预编码样本的组映射到与所述发送设备相关联的所述稀疏码中的与第j非零项相关联的scma资源对应的子载波。根据本申请的第一方面或第一方面的任何前述实施例的方法的第六实施例，对应于所述scma资源的子载波是映射到与所述第j非零项相关联的所述scma资源的第k连续子载波的组。
图5示出了第一示例发送器500。发送器500可以是利用组合scma/sc-fdma多址接入技术的发送器的示例实现。发送器500包括fec编码器505，其用于对接收设备的数据位进行编码。作为说明性示例，使用turbo编码器、lpdc编码器或极性编码器来实现fec编码器505。发送器500还包括具有dft单元510的scma编码器。具有dft单元510的scma编码器用于调制编码比特，以及对多个星座点样本进行预编码。
qam调制器515用于使用星座图调制编码的数据位，而ns个预编码器(例如预编码器520)对多个星座点样本进行预编码。作为示例，ns个预编码器中的每一个包括串并转换器(s/p)，例如s/p522，以及n点dft，例如n点dft524。预编码器的输出是n个预编码样本的组。
具有dft510的scma编码器的输出被提供给稀疏码模式映射器525，稀疏码模式映射器525用于根据与上行链路传输中的发送设备和下行链路传输中的接收设备相关联的稀疏码将ns个n个预编码样本的组映射到k个scma资源的组。如前所述，每个scma资源的组被映射到子载波的组。与k个scma资源的组相关联的预编码样本被提供给公共子载波映射器530，公共子载波映射器530用于将k个scma资源的组映射到连续子载波，以获得多个子载波映射的样本。稀疏码模式映射器525和公共子载波映射器530统称为子载波映射器532，其从ns个n个预编码样本的组生成多个子载波映射的样本。逆傅里叶变换单元(例如逆dft535)将多个子载波映射的样本转换为发送的编码的数据符号。
图6a示出了第二示例发送器600。发送器600可以是利用组合scma/sc-fdma多址接入技术的发送器的示例实现。发送器600用于使用单维星座图(即，p等于1)。发送器600包括fec编码器605，其用于为用户编码数据位。发送器600还包括具有dft单元610的scma编码器。具有dft单元610的scma编码器用于调制编码比特，以及对多个星座点样本进行预编码。
qam调制器615用于利用单维星座图来调制编码数据位。独立于ns的值，具有dft单元610的scma编码器包括单个预编码器620。预编码器620包括s/p单元622和n点dft624。预编码器620的输出被复制ns-1次并提供给稀疏的码模式映射器625，用于根据与上行链路传输中的发送设备和下行链路传输中的接收设备相关联的稀疏码，将ns个n个预编码样本的组映射到k个scma资源的组。如前所述，每个scma资源的组被映射到子载波的组。与k个scma资源的组相关联的预编码样本被提供给公共子载波映射器630，其用于将k个scma资源的组映射到连续子载波，以获得多个子载波映射的样本。稀疏码模式映射器625和公共子载波映射器630统称为子载波映射器632，其从ns个n个预编码样本的组生成多个子载波映射的样本。逆傅里叶变换单元(例如逆dft635)用于将多个子载波映射的样本转换为发送的编码的数据符号。
图6b示出了第三示例发送器650。发送器650可以是利用组合scma/sc-fdma多址接入技术的发送器的示例实现。发送器650用于使用二维星座图(即，p等于2)和具有2个非零项(即，ns等于2)的稀疏码。发送器650包括fec编码器655，其用于为用户编码数据位。发送器650还包括具有dft单元660的scma编码器。具有dft单元660的scma编码器用于调制编码比特，以及对多个星座点样本进行预编码。
qam调制器665用于利用二维星座图来调制编码数据位。具有dft单元610的scma编码器包括两个预编码器，例如预编码器670。预编码器670包括s/p单元672和n点dft674。预编码器670的输出被提供给稀疏码图案映射器675，其用于映射根据与上行链路传输中的发送设备和下行链路传输中的接收设备相关联的稀疏码，将ns个n个预编码样本的组映射到k个scma资源的组。与k个scma资源的组相关联的预编码样本被提供给公共子载波映射器680，其用于将k个scma资源的组映射到连续子载波，以获得多个子载波映射的样本。稀疏码模式映射器675和公共子载波映射器680统称为子载波映射器682，其从ns个n个预编码样本的组生成多个子载波映射的样本。逆傅立叶变换单元(例如逆dft685)用于将多个子载波映射的样本转换为发送的编码的数据符号。
图6c示出了示例子载波映射器690的详细视图。子载波映射器690用于使用具有两个非零项(即，ns等于2)的长度为4的稀疏码(即，k等于4)。具体地，在图6c所示的示例中，稀疏码可表示为序列1010。
通过稀疏码模式映射器695将两个n个预编码样本的组映射到四个scma资源的组。如图6c所示，第一n个预编码样本的组(例如，来自第一dft)被映射到第一非零的scma资源的组，第二n个预编码样本的组(例如，来自第二dft)被映射到第二非零的scma资源的组。可以简单地向对应于零项的scma资源的组提供零。与四个scma资源的组(从稀疏码模式映射器695输出)相关联的预编码样本和零被提供给公共子载波映射器697，其中，四个scma资源的组被映射到连续子载波以获得多个子载波映射的样本。
图7示出了第四示例发送器700。发送器700可以是利用组合scma/sc-fdma多址接入技术的发送器的示例实现。发送器700包括fec编码器705，其用于对接收设备的数据位进行编码。发送器700还包括具有dft单元710的scma编码器。具有dft单元710的scma编码器用于调制编码比特，以及对多个星座点样本进行预编码。
具有dft710的scma编码器包括qam调制器715，其用于利用单维星座图调制编码数据位，以及s/p720。具有dft710的scma编码器还包括ns个相位旋转预编码器，例如位旋转预编码器725。ns个相位旋转预编码器中的每一个将唯一的相位旋转应用于多个星座点样本。相位旋转预编码器725包括相位旋转单元727和n点dft729。通常，在第i相位旋转单元中应用的相位旋转可表示为
其中
具有dft710的scma编码器的输出被提供给稀疏码模式映射器730，稀疏码模式映射器730用于根据与上行链路传输中的发送设备和下行链路传输中的接收设备相关联的稀疏码，将ns个n个预编码样本的组映射到k个scma资源的组。如前所述，每个scma资源的组被映射到子载波的组。与k个scma资源的组相关联的预编码样本被提供给公共子载波映射器735，其用于将k个scma资源的组映射到连续子载波，以获得多个子载波映射的样本。稀疏码模式映射器730和公共子载波映射器735统称为子载波映射器737，其从ns个n个预编码样本的组生成多个子载波映射的样本。逆傅里叶变换单元(例如逆dft740)用于将多个子载波映射的样本转换为发送的编码的数据符号。
图8示出了利用组合scma/sc-fdma多址接入技术的示例发送器800。如所配置的，发送器800支持6个用户和4个scma资源。因此，支持150％的数据过载。如图8所示，发送器800中使用的示例scma码矩阵可表示为
其中
对于每个设备，存在相关联的发送器链，例如第一设备(u1)的发送器链805、第二设备(u2)的发送器链807、以及第六设备(u6)的发送器链809。每个发送器链包括类似的组件。作为说明性示例，发送器链805包括fec编码器820、具有dft822的scma编码器、子载波映射器824、逆dft826、循环前缀(cp)单元828和并行到串行(p/s)单元830。fec编码器820、具有dft822的scma编码器、子载波映射器824、逆dft826如前面在图5、图6a、图6b、图6c和图7的发送器的讨论中所述。不同发送器链的每个子载波映射器用于根据分配给子载波映射器的稀疏码，将预编码样本的组映射到连续子载波，以便获得多个子载波映射的样本。cp单元828用于将循环前缀添加到编码的数据符号，而p/s单元830将编码的数据符号与循环前缀串行化以在信道835上进行传输。
图9示出了在利用组合的scma/sc-fdma多址接入技术来接收数据的接收设备中发生的示例性操作900的流程图。操作900可以指示在接收设备中发生的操作，例如上行链路传输中的接入点，因为接收设备使用组合的scma/sc-fdma多址接入技术来接收数据。
操作900开始于接收设备接收数据符号并将接收的数据符号转换为l个子载波样本(框905)。可以通过对接收的数据符号应用傅立叶变换(例如fft或dft)来实现转换，其中傅立叶变换是l点傅里叶变换，其中l＝k×n，其中，k是scma资源的组的数量，n是每个scma资源的组的子载波的数量。接收设备对子载波样本进行分组(框907)。子载波样本可以被分组为每个k个n个子载波样本的组，每个n个子载波样本的组对应于scma资源的组。
接收设备单独地均衡与每个scma资源相关联的n个子载波样本(框909)。因为每个scma资源可以包括来自一个以上的用户的数据，这些用户通常位于不同的位置，所以每个用户与接收设备之间的信道通常是不同的。因此，接收设备均衡每个n个样本的组以均衡不同用户和接收设备之间的信道。作为说明性示例，可以将与每个scma资源相关联的n个样本提供给频域均衡器(fde，frequencydomainequalizer)。下面提供了示例fde的详细讨论。
接收设备从均衡的子载波样本生成n个scma码字(框911)。可以通过将k个n个子载波样本的组中的子载波样本重新组合成n个k个子载波样本的组，来实现n个scma码字的生成，其中每个k个子载波样本的组对应于scma码字。接收设备生成第一scma码字的示例如下：
-将第一n个子载波样本的组的第一子载波样本作为第一k个子载波样本的组的第一子载波样本放置；
-将第二n个子载波样本的组的第一子载波样本作为第一k个子载波样本的组的第二子载波样本放置等；直到
-将第kn个子载波样本的组的第一子载波样本作为第一k个子载波样本的组的第k子载波样本放置。
接收设备根据与发送设备相关联的稀疏码，对n个scma码字进行解码，产生编码的数据位(框913)。接收设备可以使用各种合适的解码算法来解码scma码字，例如，使用mpa来解码scma码字。接收设备对编码的数据位进行解码以产生数据位(框915)。编码的数据位可已经使用fec码进行编码，fec解码器用于解码编码的数据位。作为示例，turbo解码器、ldpc解码器或极性解码器用于解码编码的数据位。接收设备处理来自每个用户的数据位(框917)。
尽管对操作900的讨论集中于上行链路传输，但是本文呈现的示例实施例也可以与下行链路传输一起操作。在下行链路传输中，其中发送设备是接入节点，用于解码scma码字的稀疏码(例如，在操作900的框913中)与接收设备(例如，ue)相关联。操作900的其他方面如上所述。因此，对上行链路传输的关注不应被解释为限制示例实施例的范围或精神。
在第二方面，本申请提供了一种用于接收数据的方法。该方法包括：接收设备将从多个发送设备接收的数据符号转换为多个子载波样本；接收设备均衡由多个子载波样本形成的scma资源；接收设备解码从均衡的scma资源生成的scma码字，以产生与多个发送设备中的发送设备相关联的数据位；并且所述接收设备处理所述数据位。
根据第二方面的方法的第一实施例，该方法包括：将加权矩阵应用于与scma资源相关联的子载波样本。根据第二方面或第二方面的任何前述实施例的方法的第二实施例，该方法包括将mpa应用于scma码字。
图10示出了示例接收器1000。接收器1000可以是利用组合scma/sc-fdma多址接入技术的接收器的示例实现。接收器1000包括：s/p单元1005，其用于并行化所接收的信号；cp单元1010，其用于去除由发送设备插入到数据符号中的循环前缀；以及傅立叶变换(例如，dft)1015，其用于转换数据符号，以产生l个子载波样本。子载波解映射器1020用于将l个子载波样本分组为每个k个n个子载波样本的组，其中，k是scma资源的组的数量，n是每个scma资源的组的子载波的数量。
每个scma资源的组的子载波被提供给fde，例如fde1025，其用于均衡接收器1000和各个发送设备之间的不同信道的子载波样本。均衡的子载波被生成为m个scma码字的叠加的n个样本，并被提供给scma检测器，例如scma检测器＃11030，其用于使用适当的解码算法(例如mpa)对scma码字进行解码。解码的scma码字，即编码的数据位，其被提供给p/s单元(例如p/s1035)以串行化编码数据位，并由fec解码器(例如fec解码器1040)解码。fec解码器的输出是来自各个用户的数据位，并由接收设备处理。
图11示出了示例fde1100。fde1100可以是图10中示出的fde的示例实现。如前所述，fde1100用于均衡由子载波解映射器提供的子载波的组。fde1100的操作可以用数学项表示为
z＝wy，
其中：y是可以表示为以下的子载波的组上的接收器信号，
h(i)是第i用户的对角信道矩阵，
f是具有n×n维度的dft矩阵，
iscma，gr是该组中的用户的数量，
w是一个加权矩阵，其可以最大化
z的各个元素可表示为
其中，
vm是干扰+噪音。
fde1100包括输入w和y，其各个项被提供给算法单元，例如算法单元1105。算法单元1105包括乘法器(例如乘以wm和ym项的乘法器1107)，加法器1109组合乘数的乘积，产生zm。
在第三方面，本申请提供了一种发送设备。发送设备包括处理器和存储用于由处理器执行的程序的计算机可读存储介质。该程序包括这样的指令：用于配置发送设备以使用星座图调制数据位，从而产生调制的数据符号；对调制的数据符号进行预编码，以获得ns个预编码样本的组，其中，ns等于与发送设备相关联的稀疏码中的非零项的数量；根据与发送设备相关联的稀疏码将ns个预编码样本的组映射到子载波的组，以获得多个子载波映射的样本；将多个子载波映射的样本转换为编码的数据符号；并发送编码的数据符号。
根据第三方面的发送设备的第一实施例，发送设备包括这样的指令，其用于在预编码所述调制的数据符号之前将相位旋转应用于所述调制的数据符号。根据本申请的第三方面或第三方面的任何前述实施例的发送设备的第二实施例，当ns大于1时，发送设备还包括指令以将ns个不同相位旋转应用于调制的数据符号。根据本申请的第三方面或第三方面的任何前述实施例的发送设备的第三实施例，当星座图是单维星座图，并且ns大于1时，发送设备还包括这样的指令，其将预编码样本的组复制ns-1次。根据第三方面或第三方面的任何前述实施例的发送设备的第四实施例，星座图是p维qam星座图，其中，p是等于ns的整数，并且ns大于1。根据第三方面或第三方面的任何前述实施例的发送设备的第五实施例，发送设备包括这样的指令，其将第j预编码样本的组映射到与所述发送设备相关联的所述稀疏码中的与第j非零项相关联的稀疏码多址接入scma资源相对应的子载波。根据第三方面或第三方面的任何前述实施例的发送设备的第六实施例，对应于scma资源的子载波是映射到与第j非零项相关联的scma资源的第k连续子载波的组。
在第四方面，本申请提供了一种接收设备。接收设备包括处理器和存储用于由处理器执行的程序的计算机可读存储介质。该程序包括这样的指令：其配置接收设备以将从多个发送设备接收的数据符号转换为多个子载波样本；均衡从多个子载波样本形成的scma资源；解码从均衡的scma资源生成的scma码字以产生数据位，该数据位与所述多个发送设备中的发送设备相关联；并处理该数据位。
根据第四方面的接收设备的第一实施例，接收设备包括这样的指令，其将加权矩阵应用于与scma资源相关联的子载波样本。根据第四方面或第四方面的任何前述实施例的发送设备的第二实施例，接收设备包括指令以将mpa应用于scma码字。
图12示出了示例通信系统1200。通常，系统1200使多个无线或有线用户能够发送和接收数据和其他内容。系统1200可以实现一种或多种信道接入方法，例如码分多址接入(cdma)，时分多址接入(tdma，timedivisionmultipleaccess)，频分多址接入(fdma，frequencydivisionmultipleaccess)，正交fdma(ofdma，orthogonalfdma)或单载波fdma(sc-fdma，single-carrierfdma)。
在该示例中，通信系统1200包括电子设备(ed)1210a-1210c、无线接入网络(ran)1220a-1220b、核心网1230、公共交换电话网络(pstn)1240、因特网1250和其他网络1260。虽然图12中示出了某些数量的这些组件或元件，但是系统1200中可以包括任何数量的这些组件或元件。
ed1210a-1210c用于在系统1200中操作和/或通信。例如，ed1210a-1210c用于经由无线或有线通信信道发送和/或接收。每个ed1210a-1210c代表任何合适的终端用户设备，并且可以包括这样的设备作为(或可以称为)用户装置/设备、无线发射/接收单元(wtru，wirelesstransmit/receiveunit)、移动站、固定或移动用户单元、蜂窝电话、个人数字助理(pda，personaldigitalassistant)、智能手机、笔记本电脑、计算机、触摸板、无线传感器或消费电子设备。
这里的ran1220a-1220b分别包括基站1270a-1270b。每个基站1270a-1270b用于与ed1210a-1210c中的一个或多个无线连接(interface)，以便能够接入核心网1230、pstn1240、因特网1250和/或其他网络1260。例如，基站1270a-1270b可以包括(或者是)几个众所周知的设备中的一个或多个，例如，基站收发站(bts，basetransceiverstation)、节点b(nodeb)、演进型nodeb、家庭nodeb、家庭enodeb、站点控制器、接入点(ap，accesspoint)或无线路由器。ed1210a-1210c用于与因特网1250连接和通信，并且可以接入核心网1230、pstn1240和/或其他网络1260。
在图12所示的实施例中，基站1270a形成ran1220a的一部分，ran1220a可以包括其他基站、元件和/或设备。而且，基站1270b形成ran1220b的一部分，ran1220b可以包括其他基站、元件和/或设备。每个基站1270a-1270b用于在特定地理区域或地区内发送和/或接收无线信号，有时被称为“小区”。在一些实施例中，每个小区有多个收发器，可以采用多输入多输出(mimo，multiple-inputmultiple-output)技术。
基站1270a-1270b使用无线通信链路在一个或多个空中接口1290上与一个或多个ed1210a-1210c通信。空中接口1290可以使用任何合适的无线接入技术。
预期系统1200可以使用多信道接入功能，包括如上所述的这种方案。在特定实施例中，基站和ed实现lte、lte-a和/或lte-b。当然，可以使用其他多址接入方案和无线协议。
ran1220a-1220b与核心网1230通信，以向ed1210a-1210c提供语音、数据、应用、因特网协议语音(voip)或其他服务。可以理解，ran1220a-1220b和/或核心网1230可以与一个或多个其他ran(未示出)直接或间接通信。核心网1230还可以用作其他网络(例如pstn1240、因特网1250和其他网络1260)的网关接入。另外，ed1210a-1210c中的一些或全部可以包括用于使用不同的无线技术和/或协议通过不同无线链路与不同无线网络通信的功能。ed可以经由有线通信信道，而不是无线通信(或除无线通信外)，与服务提供商或交换机(未示出)以及因特网1250通信。
尽管图12示出了通信系统的一个示例，但是可以对图12进行各种改变。例如，通信系统1200可以包括任何数量的ed、基站、网络或任何合适配置的其他组件。
图13a和图13b示出了可以实现根据本公开的方法和教导的示例设备。特别地，图13a示出了示例ed1310，图13b示出了示例基站1370。这些组件可以用在系统1200中或任何其他合适的系统中。
如图13a所示，ed1310包括至少一个处理单元1300。处理单元1300实现ed1310的各种处理操作。例如，处理单元1300可以执行信号编码、数据处理、功率控制、输入/输出处理或使ed1310能够在系统1200中操作的任何其他功能。处理单元1300还支持上面更详细描述的方法和教导。每个处理单元1300包括用于执行一个或多个操作的任何合适的处理或计算设备。每个处理单元1300可以例如包括微处理器、微控制器、数字信号处理器、现场可编程门阵列或专用集成电路。
ed1310还包括至少一个收发器1302。收发器1302用于调制数据或其他内容以供至少一个天线或nic(网络接口控制器)1304进行传输。收发器1302还用于解调数据或由至少一个天线1304接收的其他内容。每个收发器1302包括任何合适的结构用于生成用于无线或有线传输的信号和/或处理无线或有线接收的信号。每个天线1304包括任何合适的结构用于发送和/或接收无线或有线信号。可以在ed1310中使用一个或多个收发器1302，并且可以在ed1310中使用一个或多个天线1304。虽然示出为单个功能单元，但是收发器1302也可以使用至少一个发送器和至少一个单独的接收器来实现。
ed1310还包括一个或多个输入/输出设备1306或接口(例如到因特网1250的有线接口)。输入/输出设备1306促进与网络中的用户或其他设备(网络通信)的交互。每个输入/输出设备1306包括任何合适的结构用于向用户提供信息或从用户接收/提供信息，例如扬声器、麦克风、小键盘、键盘、显示器或触摸屏，其包括网络接口通信。
此外，ed1310包括至少一个存储器1308。存储器1308存储由ed1310使用、生成或收集的指令和数据。例如，存储器1308可以存储由处理单元1300执行的软件或固件指令和用于减少或消除输入信号中的干扰的数据。每个存储器1308包括任何合适的易失性和/或非易失性存储和检索设备。可以使用任何合适类型的存储器，例如随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、只读存储器(rom，readonlymemory)、硬盘、光盘、用户识别模块(sim)卡、记忆棒、安全数字(sd，securedigital)存储卡，等等。
如图13b所示，基站1370包括至少一个处理单元1350、至少一个收发器1352，其包括发送器和接收器的功能、一个或多个天线1356、至少一个存储器1358以及一个或多个输入/输出设备或接口1366。本领域技术人员可以理解，调度器耦合到处理单元1350。调度器可以包括在基站1370内，或与基站1370分开操作。处理单元1350实现基站1370的各种处理操作，例如信号编码、数据处理、功率控制、输入/输出处理或任何其他功能。处理单元1350还可以支持上面更详细描述的方法和教导。每个处理单元1350包括用于执行一个或多个操作的任何合适的处理或计算设备。每个处理单元1350可以例如包括微处理器、微控制器、数字信号处理器、现场可编程门阵列或专用集成电路。
每个收发器1352包括任何合适的结构用于生成用于向一个或多个ed或其他设备进行无线或有线传输的信号。每个收发器1352还包括任何合适的结构用于处理从一个或多个ed或其他设备无线地或有线地接收的信号。尽管示出为组合收发器1352，但是发送器和接收器可以是单独的组件。每个天线1356包括任何合适的结构用于发送和/或接收无线或有线信号。虽然这里示出的公共天线1356耦合到收发器1352，但是一个或多个天线1356可以耦合到收发器1352，使得单独的天线1356耦合到发送器和接收器(如果配备为单独的组件)。每个存储器1358包括任何合适的易失性和/或非易失性存储和检索设备。每个输入/输出设备1366便于与网络中的用户或其他设备进行交互(网络通信)。每个输入/输出设备1366包括任何合适的结构用于向用户提供信息或从用户接收/提供信息，其包括网络接口通信。
图14是可用于实现本文公开的设备和方法的计算系统1400的框图。例如，计算系统可以是ue、an、mm、sm、upgw、as的任何实体。特定设备可以利用所示的所有组件或仅利用组件的子集，并且集成水平可以随设备而变化。此外，设备可以包含组件的多个实例，例如多个处理单元、处理器、存储器、发送器、接收器等。计算系统1400包括处理单元1402。处理单元包括中央处理单元(cpu，centralprocessingunit)1414和存储器1408，还可以包括大容量存储设备1404、视频适配器1410和连接到总线1420的i/o接口1412。
总线1420可以是任何类型的若干总线架构中的一个或多个，包括存储器总线或存储器控制器、外围总线或视频总线。cpu1414可以包括任何类型的电子数据处理器。存储器1408可以包括任何类型的非暂时性系统存储器，例如静态随机存取存储器(sram，staticrandomaccessmemory)、动态随机存取存储器(dram，dynamicrandomaccessmemory)、同步dram(sdram，synchronousdram)、只读存储器(rom，read-onlymemory)或其组合。在一个实施例中，存储器1408可以包括启动使用的rom，以及用于在执行程序时使用的程序和数据存储的dram。
大容量存储1404可以包括任何类型的非暂时性存储设备，其用于存储数据、程序和其他信息并且使得数据、程序和其他信息可以通过总线1420接入。大容量存储1404可以包括例如，固态驱动器、硬盘驱动器、磁盘驱动器或光盘驱动器中的一个或多个。
视频适配器1410和i/o接口1412提供接口，将外部输入和输出设备耦合到处理单元1402。如图所示，输入和输出设备的示例包括耦合到视频适配器1410的显示器1418和耦合到i/o接口1412的鼠标/键盘/打印机1416。其他设备可以耦合到处理单元1402，并且可以使用额外的或更少的接口卡。例如，诸如通用串行总线(usb)(未示出)的串行接口可用于为外部设备提供接口。
处理单元1402还包括一个或多个网络接口1406，其可以包括有线链路，例如以太网电缆和/或到接入节点或不同网络的无线链路。网络接口1406允许处理单元1402经由网络与远程单元通信。例如，网络接口1406可以经由一个或多个发送器/发送天线和一个或多个接收器/接收天线提供无线通信。在一个实施例中，处理单元1402耦合到局域网1422或广域网，用于数据处理以及与远程设备(例如其他处理单元、因特网或远程存储设施)进行通信。
应当理解，本文提供的实施例方法的一个或多个步骤可以由相应的单元或模块执行。例如，信号可以由发送单元或发送模块发送。信号可以由接收单元或接收模块接收。信号可以由处理单元或处理模块处理。其他步骤可以由调制单元/模块、预编码单元/模块、映射单元/模块、转换单元/模块、应用单元/模块、均衡单元/模块、解码单元/模块、处理单元/模块和/或复制单元/模块来执行。各个单元/模块可以是硬件、软件或其组合。例如，一个或多个单元/模块可以是集成电路，例如现场可编程门阵列(fpga，fieldprogrammablegatearrays)或专用集成电路(asic，application-specificintegratedcircuits)。
尽管已经详细描述了本公开及其优点，但是应当理解，在不脱离由所附权利要求限定的本公开的精神和范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。
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