CN106576024B - 生成在各复数维有小投影的码本的***和方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例提供一种通信***中的设备的数据发送方法、数据接收方法、用于数据发送的设备以及用于数据接收的设备。所述通信***中的设备的数据发送方法包括：使用码本调制第一数据流，产生第二数据流，其中，所述码本与多维调制映射一致，所述多维调制映射包括各复数维上的若干不同的投影，所述各复数维上的若干不同的投影少于所述多维调制映射的若干调制点；以及，在所述通信***中的分配资源上发送所述第二数据流。

Description

生成在各复数维有小投影的码本的***和方法及其应用
相关申请案交叉引用
本申请要求于2014年8月15日递交的申请号为62/038,044的、发明名称为“在各复数维有小投影的稀疏码多址接入码本的***、方法及其应用”的美国临时申请的权益，以及要求于2015年8月13日递交的申请号为14/825,886、发明名称为“生成在各复数维有小投影的码本的***、方法及其应用”的美国非临时申请的权益，在此并入这两个申请作为参考。
技术领域
本公开一般地涉及数字通信，更具体地，涉及一种生成在各复数维有小投影的码本的***、方法及其应用。
背景技术
稀疏码多址接入(Sparse-code multiple access，SCMA)作为一种非正交多址接入方案，允许多个设备、用户或用户设备(user equipment，UE)在码和功率域共享信道资源。为潜在的传输设备分配时间和频率资源，也可将该时间和频率资源称为资源单元。
SCMA是一种基于码本的非正交多路复用技术，其是通过从SCMA码本中选取的多维码字的叠加来实现。与如在码分多址(code division multiple access，CDMA)和低密度签名(low density signature，LDS)中QAM符号的扩频不同，被编码比特被直接映射到多维稀疏复码字。相对于LDS扩频的重复编码，SCMA码本的一个主要益处是多维星座的成形增益。SCMA被归为是一种波形/调制和多址接入方案。SCMA码字被覆盖于多载波音调例如OFDMA音调上。在SCMA中，由于SCMA码字的稀疏性，利用适当复杂度的检测可以实现过载。相对于LDS，SCMA能够展现出显著增益，特别是对于较大的星座尺寸，其星座成形的增益可能更大。借助其扩频及过载能力，SCMA还可带来***优势。从***角度，可以通过干扰白化、开环用户多路复用以及大规模连通这些例子看出SCMA的益处。
发明内容
本公开的示例实施例提供一种生成在各复数维有小投影的码本的***、方法及其应用。
根据本公开的一示例实施例，提供一种通信***中的设备的数据发送方法。所述方法包括：所述设备使用码本调制第一数据流，产生第二数据流，其中，所述码本与多维调制映射一致，所述多维调制映射包括各复数维上的若干不同的投影，所述各复数维上的若干不同的投影少于所述多维调制映射的若干调制点；以及，所述设备在所述通信***中的分配资源上发送所述第二数据流。
根据本公开的另一示例实施例，提供一种通信***中的设备的数据接收方法。所述方法包括：所述设备在所述通信***中的分配资源上接收第一数据流；以及，所述设备使用码本解调所述第一数据流，产生第二数据流，其中，所述码本与多维调制映射一致，所述多维调制映射包括各复数维上的若干不同的投影，所述各复数维上的若干不同的投影少于所述多维调制映射的若干调制点。
根据本公开的另一示例实施例，提供一种通信***中的用于数据发送的设备，所述设备包括：处理器；以及，非暂时性计算机可读存储介质，所述非暂时性计算机可读存储介质存储由所述处理器执行的程序。所述程序包括指令以配置所述设备：使用码本调制第一数据流，产生第二数据流，其中，所述码本与多维调制映射一致，所述多维调制映射包括各复数维上的若干不同的投影，所述各复数维上的若干不同的投影少于所述多维调制映射的若干调制点；以及，在所述通信***中的分配资源上发送所述第二数据流。
根据本公开的另一示例实施例，提供一种通信***中的用于数据接收的设备。所述设备包括：处理器；以及，非暂时性计算机可读存储介质，所述非暂时性计算机可读存储介质存储由所述处理器执行的程序。所述程序包括指令以配置所述设备：在所述通信***中的分配资源上接收第一数据流；以及，使用码本解调所述第一数据流，以产生第二数据流，其中，所述码本与多维调制映射一致，所述多维调制映射包括各复数维上的若干不同的投影，所述各复数维上的若干不同的投影少于所述多维调制映射的若干调制点。
实施例的一个优点是生成在各音调上有少量投影的码本，从而降低解码复杂度。
附图说明
为了更全面地理解本公开及其优点，现在参考下面结合附图的说明，附图中：
图1示出了根据本文描述的示例实施例的示例通信***；
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多路复用方案；
图3示出了根据本文描述的示例实施例的示例SCMA多路复用以及用示例SCMA码本调制数据，以填充SCMA块的示例过程；
图4示出了根据本文描述的示例实施例的示例操作的流程图，该示例操作发生于在各复数维(或音调)有小投影的星座的生成中；
图5a示出了根据本文描述的示例实施例的示例4点低峰均功率比(peak toaverage power ratio，PAPR)二维星座；
图5b示出了根据本文描述的示例实施例的示例8点低PAPR二维星座；
图6示出了根据本文描述的示例实施例的示例8点二维星座，该8点二维星座在各复数维(或音调)上有3个投影点；
图7示出了根据本文描述的示例实施例的示例8点二维星座；
图8示出了根据本文描述的示例实施例的示例16点四维星座，该16点四维星座的设计采用转换了维度的PSK星座，其在四个复数维上具有最小PAPR；
图9示出了根据本文描述的示例实施例的示例16点二维星座，其在两个复数维上具有最小PAPR；
图10为用于实施本文描述的设备及方法的示例处理***的框图；
图11示出了根据本文描述的示例实施例的示例操作的流程图，该示例操作发生于用码本进行的数据发送中，该码本源自在每复数维有小投影的星座；以及，
图12示出了根据本文描述的示例实施例的示例操作的流程图，该示例操作发生于用码本进行的数据接收中，该码本源自在各复数维有小投影的星座。
具体实施方式
下面，详细讨论当前示例性实施例的操作及其结构。然而，应理解，本公开提供了可以体现在多种特定环境中的许多可应用的发明构思。所讨论的具体实施例仅仅说明了本公开的具体结构以及操作本公开的方式，并不限制本公开的范围。
下面将在具体上下文中，描述本公开的示例实施例，即，使用在各复数维有小投影的码本的通信***。本公开可以应用于标准兼容通信***，如与第三代合作伙伴计划(3GPP)、IEEE 802.11等、技术标准兼容的标准兼容通信***，以及使用在各复数维有小投影的码本的非标准兼容通信***。
在稀疏码多址接入(sparse code multiple access，SCMA)中，数据是通过多维码字，在正交频分复用多址接入(orthogonal frequency division multiple access，OFDMA)资源(或任何其他类型的正交资源或多载波调制)的多个时频音调资源上扩频的。码字的稀疏性有助于降低采用消息传递算法(message passing algorithm，MPA)对多路复用的SCMA层进行联合检测的复杂度。通常，SCMA信号的每一层均有自己的特定码本集合。低密度签名(low density spreading，LDS)是SCMA的一个特例。LDS作为多载波CDMA(multi-carrier CDMA，MC-CDMA)的一种形式，用于不同层数据的多路复用。与具有多维码字的SCMA相反，LDS在时间或频率上，在层特定的非零位置上重复相同的(QAM)符号。例如，在LDS-正交频分复用多路复用(LDS-orthogonal frequency division multiplexing，LDS-OFDM)中，QAM星座点在LDS块的非零频率音调上(通过一些可能的相位旋转)重复。多维星座的成形增益是SCMA相对于LDS的优势之一。对于更高阶的调制，该增益可能更高，而LDS的重复编码表现出损失大且性能不佳。
SCMA是一种将数据流编码成多维码字的编码技术，这里的数据流可以是比如二进制数据流，或者是一般的M进制数据流，其中M是大于或等于2的整数。SCMA直接将数据流编码成多维码字，而避免使用正交幅度调制(quadrature amplitude modulation，QAM)符号映射，相对于常规的CDMA(以及LDS)编码，这样可能会带来编码增益。应注意，SCMA编码技术采用多维码字而非QAM符号传送数据流。
此外，SCMA编码通过在不同多路复用层上采用不同码本来实现多址接入，这与常规CDMA编码中常见的在不同多路复用层上采用不同扩频序列相反，比如LDS中的LDS签名。此外，SCMA编码通常采用具有稀疏码字的码本，使得接收器能使用低复杂度的算法，如消息传递算法(message passing algorithm，MPA)，从接收器收到的组合码字中检测各个码字，因而可以降低接收器中的处理复杂度。
CDMA是一种多址接入技术，其数据符号是在正交和/或近正交的码序列上扩频的。传统CDMA编码采用两步法，其中在应用扩频序列前，将二进制码映射到正交幅度调制(quadrature amplitude modulation，QAM)符号。尽管传统CDMA编码能够提供相对高的数据率，仍需要新的技术/机制来实现更高的数据率，从而满足下一代无线网络日益增长的需求。低密度扩频(low density spreading，LDS)作为CDMA的一种形式，用于不同层数据的多路复用。LDS在时间或频率上，在层特定的非零位置上重复相同的符号。例如，在LDS-正交频分复用多路复用(orthogonal frequency division multiplexing，OFDM)中，星座点在LDS块的非零频率音调上(通过一些可能的相位旋转)重复。稀疏码多址接入(sparse codemultiple access，SCMA)是一种基于码本的非正交多路复用技术，其是通过从SCMA码本中选取的多维码字叠加来实现的。与如在LDS中QAM符号的扩频不同，被编码比特被直接映射到多维稀疏复数码字。相对于LDS扩频的重复编码，SCMA码本的一个主要益处是多维星座的成形增益。SCMA被归类为是一种波形/调制和多址接入方案。SCMA码字被覆盖于多载波音调例如OFDMA音调上。在SCMA中，由于SCMA码字的稀疏性，利用适当复杂度的检测可以实现过载。相对于LDS，SCMA能够展现出显著增益，特别是对于较大的星座尺寸，其星座成形的增益可能更大。尽管LDS可能在较大星座阶数时的链路性能不佳，但借助其扩频及过载能力，LDS也可带来***优势。从***角度，可以通过干扰白化、开环用户多路复用以及大规模连通这些例子看出LDS的益处。SCMA作为一种扩频和多路复用技术，具备LDS的所有***益处，且与OFDMA相比，SCMA可以保持甚至改善链路性能。因此，SCMA可以同时带来OFDMA的链路优势以及LDS的***优势。
图1示出了示例通信***100。通信***100可以支持SCMA通信。通信***100可以包括作为通信控制器的演进型基站(evolved NodeB，eNB)105。通信***100还可以包括用户设备(user equipment，UE)，比如UE 110、UE 112以及UE 114。eNB 105可以包括多个发射天线以及多个接收天线，以便进行多输入多输出(multiple input multiple output，MIMO)操作，其中单个eNB(或发送节点)可以同时向多个用户、具有多个接收天线的单个用户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以及多个接收天线，以便支持MIMO操作。通常，eNB也可以被称为通信控制器、NodeB、基站、控制器等等。类似地，UE也可以被称为移动站、手机、终端、用户、订户等等。通信***100还可以包括中继节点(relaynode，RN)118，其能够利用eNB 105的一部分资源来帮助改善通信***100的覆盖范围和/或总体性能。
设计设备120可以为通信***100或其一部分设计在各复数维有小投影的SCMA码本。在各复数维有小投影的SCMA码本的单个集合可被通信***100中的所有设备使用。在各复数维有小投影的SCMA码本的不同集合可在通信***100的不同部分中使用。在各复数维有小投影的SCMA码本的不同集合可被通信***100中的不同通信设备使用。应注意，尽管图1中示出的设计设备是一个独立设备，在其他示例实施例中，可以有多个设计设备，每个设计设备负责通信***的不同部分。或者，设计设备120可以与通信***100中的其他设备位于一处。比如，通信***100中的一些或全部eNB可以包括设计设备。
尽管可以理解通信***可以采用能与若干UE通信的多个eNB，为了简要起见，只示出了一个eNB、一个RN和若干UE。
SCMA-OFDM作为一种在多载波调制上的码域多路复用方案，其扩频码本是稀疏的，这使得检测变得更加简单。扩频因子、码本稀疏性以及最大SCMA多路复用层的个数，这些均为通信***参数，它们各自或组合起来，反映了SCMA波形的灵活性。应注意，在SCMA-OFDM应用中，复数维可以被称作为频率音调，或者简单地，音调。
图2示出了用于编码数据的示例SCMA多路复用方案200。如图2所示，SCMA多路复用方案200使用了多个码本，如码本210、码本220、码本230、码本240、码本250以及码本260。为不同的多路复用层分配多个码本中的每个码本。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，以及，码本260包括码字261-264。
可以将单个码本的各码字映射到不同数据，比如，二进制值。作为示例，将码字211、221、231、241、251以及261映射到二进制值‘00’，将码字212、222、232、242、252以及262映射到二进制值‘01’、将码字213、223、233、243、253以及263映射到二进制值‘10’，并将码字214、224、234、244、254以及264映射到二进制值‘11’。应注意，尽管在图2绘示的码本中，每个码本均包括四个码字，但一般而言，SCMA码本可以有任意数量的码字。比如，SCMA码本可以有8个码字，(比如，将其映射到二进制值‘000’...‘111’)、16个码字(比如，将其映射到二进制值‘0000’....‘1111’)或更多码字。
如图2所示，根据多路复用层上发送的二进制数据，从众多码本210、220、230、240、250以及260中选取不同码字。在本例中，因为第一多路复用层上发送的是二进制值‘11’，故从码本210中选取码字214；因为第二多路复用层上发送的是二进制值‘01’，故从码本220中选取码字222；因为第三多路复用层上发送的是二进制值‘10’，故从码本230中选取码字233；因为第四多路复用层上发送的是二进制值‘01’，故从码本240中选取码字242；因为第五多路复用层上发送的是二进制值‘01’，故从码本250中选取码字252；因为第六多路复用层上发送的是二进制值‘11’，故从码本260中选取码字264。然后可以将码字214、222、233、242、252以及264一起多路复用，以形成多路复用数据流280，其在网络的共享资源上被发送。层组合既可以发生在发送设备处(如DL)，也可以发生在空中(如UL)，或者二者之组合(如DL CoMP)。特别地，码字214、222、233、242、252以及264为稀疏码字，因此可以在接收多路复用数据流280时，用低复杂度算法，如消息传递算法(message passing algorithm，MPA)将它们识别。
总之，SCMA多路复用使得非正交多址接入具有了增强的频谱效率、低延迟、低信令开销等等。SCMA波形还支持过载，其中，通过组合用于多个用户的数据，提高总体数据速率以及连通性。SCMA码字的稀疏性限制了检测复杂度。同时，多维码字带来了成形增益以及更高的频谱效率，以及用于稳健的链路自适应性的扩频。
图3示出了示例SCMA多路复用以及用示例SCMA码本调制数据，以填充SCMA块的示例过程的框图300。将待发送数据提供给前向纠错码(forward error correcting code，FEC)编码器，比如FEC编码器305，以生成用于不同用户的编码数据。将用于不同用户的数据供给SCMA调制码本映射单元，如SCMA调制码本映射单元310，以生成SCMA码字，如SCMA码字315。将第一SCMA码字***SCMA块320中。应注意，如图3所示，每个层均有FEC或有效载荷。通常，FEC或有效载荷的个数可以小于层数，这意味着可以将一层的输出比特提供给不止一个SCMA调制码本映射单元。此外，可以为单个用户分配一层或多层。
如上所述，SCMA码字的解码，或者换个词，解调可以基于MPA来实现。解码复杂度与mDmk成正比，其中，m为各非零复数维(或非零音调)上码本点的不同投影数，Dk为各复数维的重叠层数。通常，当不同星座具有不同数量的投影点，并且在相同维度上重叠时，复杂度是与
Figure GDA0001225289860000081
成正比的，其中，md为与星座集d＝1，...，D相关联的码本投影中的点数。
在SCMA中，可以通过将母星座映射至复数维的不同子集来构造不同码本。根据一示例实施例，提供生成母星座的***和方法。根据一示例实施例，最小化各复数维的星座点的不同投影数，会降低SCMA解码时使用的MPA的计算复杂度。比如，将各复数维的不同投影数减少至小于不同星座点数，会降低计算复杂度。共同转让的于2012年12月28日递交的发明名称为“稀疏码多址接入***及方法”的申请号为13/730,355的美国专利申请，在此并入该申请作为参考，其中详细讨论了SCMA、SCMA解码、从母星座生成码本等等。共同转让的于2013年6月17日递交的发明名称为“设计和使用多维星座的***及方法”的申请号为13/919,918的美国专利申请，在此并入该申请作为参考，该申请提出了将旋转，比如酉旋转(unitary rotation)，应用到SCMA星座中，以降低各复数维投影数的技术。
根据一示例实施例，提供通过应用或不应用旋转，生成SCMA星座的***和方法，所述SCMA星座在各复数维有少量投影。
图4示出了发生于在各复数维有小投影的星座的生成中的示例操作400的流程图。操作400可以是在设计设备中进行，比如设计设备120，或用于生成在各复数维有小投影的星座的网络实体。
操作400可以从设计设备确定设计参数(方框405)开始。设计参数可以由使用设计设备的用户提供。可以从性能需求和/或参数生成设计参数。设计参数的示例可以包括星座大小、星座点数、码字的非零元素数、峰均功率比(peak to average power ratio，PAPR)、维数等。设计设备可以设计满足所述设计参数的有少量投影的多维星座(或简单地，星座)(方框410)。根据一示例实施例，基于在各复数维有少量投影的准则来设计星座，而非前面描述的单独设计星座，之后再选择酉旋转。
通常，为了具有通信信道(特别是上行衰落信道)上的良好性能，需要星座点在不同复数维上的投影之间的依赖性。然而，该依赖性还会增加各复数维的投影数。因此，需要在复杂度和性能之间做权衡。对于小星座，可以利用基于实例的优化进行星座的选择以及星座点的标记(或者称为设计星座)。下文会给出一些示例星座。对于较大的星座，设计星座可以包括使用多维星座在每个复数维设计期望的投影点，以及将输入比特标记至投影点。下文会详细讨论设计星座的示例实施例。设计设备可以保存星座(方框415)。设计设备可以将星座(或有关星座的信息)保存在本地存储器、远程存储器、本地数据库、远程数据库等中。作为示例，有关星座的信息可以包括点的数目、点的位置、复数维的个数、点的标记等等。
如上所述，与在各复数维有大量投影的SCMA星座相比，在各复数维有少量投影的SCMA星座可以具有更低的解码复杂度。当用MPA接收器进行解码时，格外如此。
根据一示例实施例，SCMA星座被设计成在各复数维具有小投影。对于较大星座，选择具有小行列式的格星座来设计星座，该格星座是整数格的子集。整数格(或整数格的转换版本)的子格的小行列式有助于保证投影数相对于总星座点数来说是小的。然而，为了有助于保证良好的性能，需保持复数维之间的一些依赖性。示例格星座包括来自格D2n或其他格，如E8的星座。
位于选定区域内的已选格的点定义了整个多维星座。选定区域的示例可以为超立方体。其他例子可以包括另一个格的沃罗诺伊(Voronoi)区域或星座格的缩放版本。典型地，如果将超立方体的边长记为a，将复数维的个数记为n，且已选格的行列式为整数d，那么，星座点的个数可以表示为(a2n)/。各复数维投影的个数最多为a2，其可以比(a2n)/d小很多。于是各SCMA层的未编码率等于log2((a2n)/d)。可以使用格码标记方法来标记星座点，比如在“Coset codes-part II：Binary lattices and related codes”(G.D.Forney，IEEETrans.Info.Theory，September 1988)中讨论的方法，在此并入该文作为参考。
根据一示例实施例，提出生成低PAPR的SCMA星座的***和方法。这样的SCMA星座可以是在各复数维有小数量投影的SCMA星座的特例，并且，可以使用类似于本文描述的用于设计在各复数维有小数量投影的SCMA星座的技术，或适用于低PAPR SCMA星座的特殊技术来设计这样的SCMA星座。
作为一示例实施例，在一特殊情况下，其中SCMA星座的每个星座点均只有一个非零分量，并且SCMA维度被映射到一个符号中的OFDM资源元素，生成的SCMA码本也具备最小PAPR特性。高PAPR通信通常要求发射器带有增强了复杂度的模数转换器(analog-to-digital converters，ADC)和数模转换器(digital-to-analog converters，DAC)，以及降低了效率的射频(radio frequency，RF)功率放大器。由于在信号峰值因功率放大器的非线性特性而经历明显的变形之前，需要有较高的输入功率补偿因子，因此，高PAPR对RF功率放大器有严格要求，并且会降低它们的效率。故通常需要缩减PAPR。
当星座点(或码字)的非零分量数小于码字的总长时，可以实现适度的PAPR缩减。对于更高的数据率，当不可能实现最小PAPR时，可以通过使星座点具有非对称分量来实现适度的PAPR缩减。
根据一示例实施例，设计SCMA星座，使其具有低PAPR。应注意，当每个星座点只在一个复数维中具有非零分量时，生成的码本在OFDM-SCMA通信中具备最小PAPR特性。可以将K个可用复数维上的SCMA星座构造为K个子星座的联合，其中，第i个子星座仅在第i个可用复数维上有非零分量，其中，1≤i≤k，k＝1，...，K。如果选择相移键控(phase shiftkeying，PSK)子星座，那么会生成PAPR为0db的SCMA星座。当不可能实现最小PAPR特性时，比如对于更高速率，可以通过具有不止一个非零分量(但仍强制要求非零分量的个数须小于可用音调的总数)，或者通过使星座点具有非对称分量(比如，每个星座点在一个复数维上可以具有16QAM投影，而在其他复数维上具有小QPSK投影)，来实现适度的PAPR缩减。
根据一示例实施例，可以用转换了维度的PSK星座实现最小PAPR。可以在K个复数维上将SCMA星座构造为K个子星座的联合，其中，每个子星座在一个复数维上为PSK星座，而在其他复数维上则具有零分量，比如，在K个复数维上的K个子星座。在一实施例中，“复数维上的零分量”表示在该资源上没有发送，在一些实施例中，还可以表示在该资源上没有意图发送。通常，不同PSK子星座可以有不同相位偏移。比如，星座点的标记可以利用子星座标记以及PSK子星座Gray标记的连结。通常，也可使用非对称PSK(具有不同的相路径)。当可以联合优化标记以及各子星座的点，平衡总体最小距离以及具有大汉明距离的码字距离时，使用非对称PSK对小星座来说尤为有用。作为一示例，多维星座的各星座点可以在一个复数维上具有16进制正交幅度调制(16-ary quadrature amplitude modulation，16-QAM)投影，而在其他复数维上具有小正交相移键控(quadrature phase shift keying，QPSK)投影。
图5a示出了示例4点低PAPR二维星座500。4点低PAPR二维星座500包括两个复数维。图5b示出了示例8点低PAPR二维星座505。8点低PAPR二维星座505包括两个复数维。表1显示了示例4点和8点二维星座的PAPR，其中，OFDM符号承载一个SCMA块或两个SCMA块。
码本 一个SCMA块的PAPR 两个SCMA块的PAPR
4点最佳 2dB 5dB
4点低PAPR 0dB 3dB
8点最佳 2.5dB 5.1dB
8点低PAPR 0dB 3dB
表1：示例4点和8点二维星座的PAPR
表2以调制映射的形式，示出了2个音调上的4点低PAPR星座的示例。
比特 I<sub>1</sub> Q<sub>1</sub> I<sub>2</sub> Q<sub>2</sub>
00 1 0 0 0
01 0 0 1 0
11 -1 0 0 0
10 0 0 -1 0
表2：2个音调上的4点低PAPR星座：在2个音调上转换了音调的BPSK
图6示出了具有3个投影点的示例8点二维星座600。可以用标记和星座点的点对点联合优化设计该8点二维星座600。表3和表4以调制映射的形式，示出了2个音调上的8点低PAPR星座的实例。
比特 I<sub>1</sub> Q<sub>1</sub> I<sub>2</sub> Q<sub>2</sub>
000 0 0 1 0
001 0 0 0 1
111 0 0 -1 0
110 0 0 0 -1
010 1 0 0 0
100 0 1 0 0
101 -1 0 0 0
011 0 -1 0 0
表3：2个音调上的8点低PAPR星座(各音调上5个投影)：在4个音调上转换了音调的QPSK
比特 I<sub>1</sub> Q<sub>1</sub> I<sub>2</sub> Q<sub>2</sub>
111 -1 0.2 0 -0.6
110 -1 0.2 -1 0.2
101 -1 0.2 1 0.2
100 1 0.2 1 0.2
010 1 0.2 -1 0.2
000 1 0.2 1 0.2
001 0 -0.6 0 -0.6
011 0 -0.6 -1 0.2
表4：2个音调上的8点小投影星座(各音调上3个投影)
图7示出了示例8点二维星座700。可以根据前文描述的格码设计方法从格D4设计该8点二维星座700。表5给出了2个音调上的示例8点小投影星座的调制映射。
比特 I<sub>1</sub> Q<sub>1</sub> I<sub>2</sub> Q<sub>2</sub>
001 1 1 1 1
010 1 1 -1 -1
000 -1 1 -1 1
011 1 -1 1 -1
110 -1 -1 -1 -1
101 -1 -1 1 1
111 1 -1 1 -1
100 -1 1 -1 1
表5：2个音调上的8点小投影星座(从D4格获得的各音调上的4个投影)
图8示出了在四个复数维具有最小PAPR的示例16点四维星座800。可以使用转换了维度的PSK星座设计16点四维星座800。16点四维星座800的特征是在4个复数维上的最小PAPR星座。图8中所示的星座点的标记是基于子星座和PSK子星座的标记的连结。表6给出了2个音调上的示例16点低PAPR星座的调制映射。
Figure GDA0001225289860000131
表6：2个音调上的16点低PAPR星座(各音调上9个投影)：在2个音调上转换了音调的8PSK
图9示出了在两个复数维上具有最小PAPR的示例16点二维星座900。可以使用转换了维度的8PSK星座设计16点二维星座900。16点二维星座900的特征是在2个复数维上具有最小PAPR星座。表7给出了4个音调上的示例16点低PAPR星座的调制映射。
Figure GDA0001225289860000151
表7：4个音调上的16点低PAPR星座(各音调上5个投影)：在4个音调上转换了音调的QPSK
在这里所有列举的调制映射表中，I1和Q1与一个音调相关联，I2和Q2均与另一个音调相关联等。表中列出的音调顺序并不以此为限定。表中的调制映射可以用作为一整个表，或者用作为包括一个或多个比特，如“00”、“01”、“11”以及“10”的调制映射的表的子集。应理解，上述表格均为基于星座的调制映射的示例。对星座进行变形，比如，改变一个音调上所有投影的相位，或者，增加或降低所有点的幅度，并不会从实质上改变该星座。
图10为用于实施本文描述的设备及方法的示例处理***1000的框图。具体的设备可以使用所有示出的组件，或者仅使用组件的子集，并且，设备间的集成度也可以不同。此外，设备可以包含一个组件的多个实例，比如，多个处理单元、处理器、存储器、发射器、接收器等等。处理***可以包括配备有一个或多个输入/输出设备的处理单元，该输入/输出设备可以是比如扬声器、麦克风、鼠标、触摸屏、小型键盘、键盘、打印机、显示器以及其他类似设备。处理单元可以包括与总线连接的中央处理器(central processing unit，CPU)、存储器、大容量存储器、视频适配器以及I/O接口。
总线可以是任意类型的多种总线结构中的一个或多个，比如内存总线或内存控制器、***总线、视频总线或其他类似总线。CPU可以包括任意类型的电子数据处理器。存储器可以包括任意类型的***存储器，比如静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、只读存储器(ROM)、上述各种存储器的组合，或其它类似的存储器。在一实施例中，存储器可以包括在开机时使用的ROM以及在运行程序时用于程序及数据存储的DRAM。
视频适配器和I/O接口为将外部输入和输出设备连接至处理单元提供接口。如图所示，输入和输出设备的示例包括连接至视频适配器的显示器以及连接至I/O接口的鼠标/键盘/打印机。其他设备可以与处理单元连接，并且可用使用其它附加的或是较少的接口卡。比如，串行接口如通用串行总线(universal serial bus，USB)(未示出)可以用来为打印机提供接口。
处理单元还包括一个或多个网络接口，该网络接口可以包括如以太网电缆或其他类似物的有线链路和/或无线链路，以接入节点或不同网络。网络接口使得处理单元可以通过网络与远程单元进行通信。比如，网络接口可以通过一个或多个发射器/发射天线以及一个或多个接收器/接收天线提供无线通信。在一实施例中，处理单元连接至局域网或广域网，用于进行数据处理并与远程设备通信，远程设备可以是其他处理单元、互联网、远程存储设施或其他设备。
图11示出了根据示例操作1100的流程图，该示例操作1100发生于用码本进行的数据发送中，该码本源自在各复数维有小投影的星座。操作1100可以表示发生在发送设备中的操作，该发送设备可以是比如用于下行发送的eNB或用于上行发送的UE。
操作1100可以从发送设备检索码本开始，该码本源自在各复数维有小投影的星座(方框1105)。可以从本地存储器、远程存储器、本地数据库、远程数据库等中检索码本。发送设备可以编码输入比特块(方框1110)。该输入比特块可以是第一数据流的一部分。可以使用FEC编码器编码该输入比特块，比如，以生成编码数据。可以使用上述检索的码本将编码数据映射到码字(方框1115)。该码字可以是第二数据流的一部分。发送设备可以发送该码字(方框1120)。
图12示出了发生于使用码本进行的数据接收中的示例操作1200的流程图，该码本源自在各复数维有小投影的星座。操作1200可以表示发生在接收设备中的操作，该接收设备可以是比如用于上行发送的eNB或用于下行发送的UE。
操作1200可以从接收设备检索码本开始，该码本源自在各复数维有小投影的星座(方框1205)。可以从本地存储器、远程存储器、本地数据库、远程数据库等检索所述码本。所述接收设备可以接收码字(方框1210)。接收的码字可以是第一数据流的一部分。接收设备可以解码该码字(方框1215)。接收设备可以用解码算法，比如MPA，以及码本解码码字并生成数据，该数据可以是第二数据流的一部分。接收设备可以处理该数据(方框1220)。
本文提供了一种设计在各非零维有低投影的SCMA码本的方法。该方法包括使用设计低投影星座的特殊方法中的格星座，设计在各维有低投影的多维星座。该方法包括对星座点进行适当的标记。该方法包括基于多维星座构造SCMA码本。该方法包括在各复数维有低投影的星座的设计准则。使用转换了音调的PSK和标记，设计具有低PAPR以及一个非零元素的SCMA码本。
应注意，在本申请实施例的变形中，星座或星座映射同样可以被称为是调制映射。因此，多维星座也可以被称为是多维调制映射。根据本申请的实施例，多维可以表示两个或更多维度。这里的维度可以表示时间和/或频率维度以及其中的资源单元，其能够发送独立符号。
在本申请的各种实施例中，码本也可被称作是扩频星座、扩频调制映射或是扩频调制映射。可以通过将签名应用到星座中，实现扩频星座、扩频调制映射或是扩频调制映射，该签名也可被称为是扩频序列。本申请实施例中提到的码字也可被称为是扩频星座点。
根据本申请一实施例，在SCMA***中，为了实现成功通信，上行或下行中的发射器和接收器需要使用相同的码本。有很多种方式可以保证双侧使用相同的码本。
在各实施例中，用过程保证了发射器和接收器对使用的码本是相同的。请注意，这些场景仅示出了一些示例，而并不排除这些选择组合起来或在网络中以不同ID将它们组合起来。
在一个示例实施例中，网络将码本分配给任一方向上或两个方向上(UL/DL)的用户，并通过高层信令通知用户。分配的码本可以保持固定或是随时间/频率变化。该高层信令可以为无线资源控制信令。下面通过示例进行详细说明。
示例1：固定码本。该分配给用户的码本在整个时间/频率保持固定，直到下一个高层信令才发生变化。
示例2：旋转码本。用户接受码本选取方法的指示，该码本选取方法是基于信令结合时间/频率索引(比如为码本索引添加时间)的。网络和用户采用相同方法保证在发送和接收时使用相同的码本。
示例3：伪随机选取。用户通过较高层信令接收随机种子，并使用商定的随机数生成器确定通信中使用的码本。网络也用相同的随机数生成器，力图与用户保持同步，以确保双方(网络和用户)使用相同的码本。
在另一示例实施例中，用户从码本集合中选取在DL或UL方向上的码本，并通过高层信令通知网络。上述三种情况在该示例实施例中同样适用。在该示例实施例中，当网络和用户选取不同码本时，会存在冲突的可能性，可以通过使用冲突分解算法处理该冲突。或者，接收器可以应对这种选取不同码本的情况。
在另一示例实施例中，网络为用户选取码本，但并不通知用户哪些码本被使用。用户使用盲检测确定层以及码本，并确定这些层中是否有分配给它的层。
在另一示例实施例中，用户随机地选取其中一个码本，并且网络盲检测哪些码本正在被使用。
在另一示例实施例中，可以使用基于授权的码本分配方法。在UL或DL中的授权可以是在物理控制信道上，承载被分配码本的信息，该信息由网络动态确定。
在另一示例实施例中，可以使用基于授权的伪随机码本分配方法。该授权包括让UE用于确定在不同时间/频率资源上为其分配的码本的种子或方法。
在另一示例实施例中，公开了一种UE ID码本分配的方法。用户可以直接使用它的UE ID，或与小区ID、和/或网络ID、和/或时间戳等结合，查找为其分配了哪个码本。网络也知道该方法，并且双侧使用商定的码本集合。
尽管已经详细描述了本公开及其优点，但应理解，可以在不偏离本公开的精神和范围的情况下，做出各种改变、替换和变更。

Claims (20)

1.一种通信***中的设备的数据发送方法，所述方法包括：
所述设备使用码本调制第一数据流，产生第二数据流，其中，所述第一数据流包括比特流，所述第二数据流包括符号流，所述码本与多维调制映射一致，所述多维调制映射包括各复数维上的若干不同的投影，所述各复数维上的若干不同的投影少于所述多维调制映射的若干调制点，所述多维调制映射被构造为K个子映射的联合，其中第k个子映射仅在m个可用音调上有非零分量，m、k以及K为整数值(1≤k≤K)，并且，m小于K；以及
所述设备在所述通信***中的分配资源上发送所述第二数据流。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
检索所述多维调制映射；以及
从所述多维调制映射中获得所述码本。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述码本包括稀疏码多址接入SCMA码本。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多维调制映射被构造为以非对称分量作为星座点的K个子映射的联合，其中K为整数值。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多维调制映射被构造为K个复数维上的K个子映射的联合，其中K为整数值。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，每个子星座在一个复数维具有相移键控PSK星座，并且在其余复数维具有零分量。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述PSK星座包括非对称PSK星座。
8.一种通信***中的设备的数据接收方法，所述方法包括：
所述设备在所述通信***中的分配资源上接收第一数据流；以及
所述设备使用码本解调所述第一数据流，以产生第二数据流，其中，所述第一数据流包括符号流，所述第二数据流包括比特流，所述码本与多维调制映射一致，所述多维调制映射包括各复数维上的若干不同的投影，所述各复数维上的若干不同的投影少于所述多维调制映射的若干调制点，所述多维调制映射被构造为K个子映射的联合，其中第k个子映射仅在m个可用音调上有非零分量，m、k以及K为整数值(1≤k≤K)，并且，m小于K。
9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：
检索所述多维调制映射；以及
从所述多维调制映射中获得所述码本。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述码本包括稀疏码多址接入SCMA码本。
11.一种通信***中的用于数据发送的设备，所述设备包括：
处理器；以及
非暂时性计算机可读存储介质，所述非暂时性计算机可读存储介质存储由所述处理器执行的程序，所述程序包括指令以配置所述设备：
使用码本调制第一数据流，产生第二数据流，其中，所述第一数据流包括比特流，所述第二数据流包括符号流，所述码本与多维调制映射一致，所述多维调制映射包括各复数维上的若干不同的投影，所述各复数维上的若干不同的投影少于所述多维调制映射的若干调制点,所述多维调制映射被构造为K个子映射的联合，其中第k个子映射仅在m个可用音调上有非零分量，m、k以及K为整数值(1≤k≤K)，并且，m小于K；以及，
在所述通信***中的分配资源上发送所述第二数据流。
12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述程序进一步包括指令，用于：
检索所述多维调制映射；以及
从所述多维调制映射中获得所述码本。
13.根据权利要求11所述的设备，其中，所述码本包括稀疏码多址接入SCMA码本。
14.根据权利要求11所述的设备，其中，所述多维调制映射被构造为以非对称分量作为星座点的K个子映射的联合，其中K为整数值。
15.根据权利要求11所述的设备，其中，所述多维调制映射被构造为K个复数维上的K个子映射的联合，其中K为整数值。
16.根据权利要求15所述的设备，其中，每个子星座在一个复数维具有相移键控PSK星座，并且在其余复数维具有零分量。
17.根据权利要求16所述的设备，其中，所述PSK星座包括非对称PSK星座。
18.一种通信***中的用于数据接收的设备，所述设备包括：
处理器；以及
非暂时性计算机可读存储介质，所述非暂时性计算机可读存储介质存储由所述处理器执行的程序，所述程序包括指令以配置所述设备：
在所述通信***中的分配资源上接收第一数据流；以及
使用码本解调所述第一数据流，以产生第二数据流，其中，所述第一数据流包括符号流，所述第二数据流包括比特流，所述码本与多维调制映射一致，所述多维调制映射包括各复数维上的若干不同的投影，所述各复数维上的若干不同的投影少于所述多维调制映射的若干调制点，所述多维调制映射被构造为K个子映射的联合，其中第k个子映射仅在m个可用音调上有非零分量，m、k以及K为整数值(1≤k≤K)，并且，m小于K。
19.根据权利要求18所述的设备，其中，所述程序进一步包括指令，用于：
检索所述多维调制映射；以及
从所述多维调制映射中获得所述码本。
20.根据权利要求18所述的设备，其中，所述码本包括稀疏码多址接入SCMA码本。
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