TWI708516B - 用於疊加傳輸的功率分配的方法及裝置 - Google Patents

Abstract

本發明闡述在能夠使用非均勻聯合星座或疊加星座的疊 加多重存取通訊系統中進行功率分配的裝置、系統及方法。在一種方法中，對於每一接收機，計算被正確接收到的符號的條件機率及正規化加權係數，然後計算經加權係數之和。藉由將經加權頻譜效率之和最大化來確定每一接收機的最佳功率分配。

Description

用於疊加傳輸的功率分配的方法及裝置 [優先權]

本申請案主張於2015年6月9日在美國專利及商標局提出申請並被授予序列號62/173,241的美國臨時專利申請案、於2015年8月11日在美國專利及商標局提出申請並被授予序列號62/203,818的美國臨時專利申請案、於2015年8月12日在美國專利及商標局提出申請並被授予序列號62/204,305的美國臨時專利申請案、及於2015年8月26日在美國專利及商標局提出申請並被授予序列號62/210,326的美國臨時專利申請案的優先權，所述美國臨時專利申請案中的每一者皆全文併入本案供參考。

本發明大體而言是有關於多重存取通訊技術的功率管理，且更具體而言，是有關於在實行疊加多重存取傳輸時的功率分配。

無線通訊的資料流量以近乎指數速率持續增長。舉例而 言，諸多行動電話使用者期望其行動電話常規性地具有隨時上網及進行電影的串流式傳輸(有時兩者同時進行)此兩種能力。因此，持續討論並常常在每一新版本的標準中實作進一步使資料通量最大化的新方式。

增大通量的一種方式(當存在多個接收機時)是疊加多重存取(其亦被稱為其他名稱)，此將在以下更充分地闡述。此多重存取方法的重要性近來已增加，乃因其被標準組織第三代行動通訊合作計劃(3^rd Generation Partnership Project，3GPP)認真考慮作為下一長期演進(Long Term Evolution，LTE)發佈稿的一部分。參見例如***語錄(Chairman’s Notes)，3GPP RAN1會議#80b，貝爾格萊德(2014-04-20)。在3GPP中或在3GPP外，為進行可能的實作而開發的疊加多重存取的具體實作方式常常被稱為多使用者疊加傳輸(Multi-User Superposition Transmission，MUST)，但其具有各種名稱及不同類型，包括但並非僅限於：非正交多重存取(Non-Orthogonal Multiple Access，NOMA)、半正交多重存取(Semi-Orthogonal Multiple Access，SOMA)、速率自適應星座擴充多重存取(Expansion Multiple Access，EMA)、下行鏈路多使用者(Downlink Multiple User，DL MU)等。本發明並非僅限於上述技術中的任一者，而是對任何疊加通訊技術具有廣泛的適用性。在此揭露內容中使用的任何該些用語應在其恰當的上下文及/或最寬的範圍內加以理解。

一般而言，多重存取疊加是指藉由將經幅值加權、經寫 碼、及/或經調變的訊息進行線性組合而與多個使用者通訊。舉例而言，圖1具有基地台(Base Station，BS)110及兩個使用者(或使用者設備(User Equipment，UE))：近的使用者設備120及遠的使用者設備130(「近的」及「遠的」是指其距基地台110的相對距離)。近的使用者設備120及遠的使用者設備130兩者皆接收相同的訊號x，訊號x包括用於近的使用者設備120的符號x_N及用於遠的使用者設備130的符號x_F並可由方程式(1)表示：

其中α泛指傳輸功率，且因此α_N是分配至近的使用者訊號的傳輸功率且α_F是分配至遠的使用者的傳輸功率，其中α_N+α_F=1。 如圖2所示，有時α更一般地是指近的使用者功率對遠的使用者功率的比率，此將在下文進行進一步論述。

簡單而言，近的使用者設備120對用於遠的使用者設備130的符號x_F進行解碼並使用其來消除作為干擾的x_F，藉此對旨在用於近的使用者設備120的符號x_N進行解碼。此種類型的消除的一種反覆迭代過程是「逐級干擾消除(Successive Interference Cancellation)」或SIC。另一方面，遠的使用者設備130僅對其自身的訊號x_F進行解碼(儘管遠的使用者亦可能實行某種形式的訊號消除來去除x_N)。

一般而言，在本文中，遠的使用者符號x _F 對應於被表示為(

…

)的資料的K _F 個位元，且近的使用者符號x _N 對應於被表示為(

…

)的資料的K _N 個位元。

圖2示出在MUST下由(QPSK,QPSK)調變對(modulation pair)形成的「疊加星座」的實例。「(QPSK,QPSK)」意指遠的使用者設備訊號及近的使用者設備訊號兩者皆藉由QPSK而被調變。圖2是針對近的使用者及遠的使用者兩者使用方程式(1)進行的QPSK直接符號映射(direct symbol mapping，DSM)的結果，即16-QAM疊加星座。此外，在圖2中，構成成分x_F符號及x_N符號分別經格雷寫碼。

圖2中的16-QAM疊加星座中的四位元符號中的每一者包括旨在用於遠的使用者的符號的兩個位元、及旨在用於近的使用者的符號的兩個位元。更具體而言，每一四位元符號(b₀,b₁,b₂,b₃) 包括

(用於遠的使用者的兩個位元)及

(用 於近的使用者的兩個位元)。因此，遠的使用者星座相對粗糙，乃因每一象限僅代表一個符號(例如，右上方象限是(00))，而近的使用者星座的每一象限具有所有的四個符號(00，01，10及11)。 然而，由於近的使用者較近，因此近的使用者的所接收訊號較強，且近的使用者較遠的使用者而言更易於區分細節層次。

理論上，就達成容量而言，使近的使用者採用藉由碼字元(codeword)進行的逐級干擾消除(Successive Interference Cancellation，SIC)是最佳的，其中遠的使用者碼字元被解碼，原始經寫碼的遠的使用者碼字元被使用經解碼的碼字元進行重建，然後在解碼之前自整體訊號消除經重建的原始訊號。

因此，本發明旨在至少解決上述問題及/或缺點並至少提供以下闡述的優點。

根據本發明的一個態樣，提供一種在能夠使用均勻疊加星座及非均勻疊加星座(uniform and non-uniform superposition constellations)(疊加星座(super-constellation))的疊加多重存取通訊系統中進行功率分配的方法，所述方法包括：對於接收疊加多重存取傳輸的每一接收機 i ，基於位元在所述疊加星座內的位置而計算所述位元被正確接收到的條件機率 P _c,i ；對於接收疊加多重存取傳輸的每一接收機 i ，計算正規化加權係數 w _i ；使用每一接收機 i 的所述條件機率 P _c,i 及所述正規化加權係數 w _i 來計算所有接收機 i 的經加權頻譜效率之和 S ；以及藉由將所述經加權頻譜效率之和最大化來確定接收機 i 的最佳功率分配

。

根據本發明的另一態樣，提供一種用於使用者設備(UE)的方法，所述方法包括：接收關於正使用疊加傳輸來向所述使用者設備進行傳輸的指示；接收關於正使用哪一類型的疊加傳輸來向所述使用者設備進行傳輸的指示，其中至少一種類型的疊加傳輸使用經格雷映射的非均勻能力星座(Gray-mapped Non-uniform-capable Constellation，GNC)的疊加星座；以及接收一或多個疊加傳輸參數，包括關於所述使用者設備的功率分配的資訊，其中所述使用者設備的所述功率分配是藉由以下來確定：基於位元在所述疊加星座內的位置而計算所述位元被所述使用者 設備正確接收到的條件機率；計算所述使用者設備的正規化加權係數；使用接收疊加傳輸的所有使用者設備的所述條件機率及所述正規化加權係數來計算所述所有使用者設備的經加權頻譜效率之和；以及藉由將所述經加權頻譜效率之和最大化來確定所述使用者設備的最佳功率分配。

根據本發明的又一態樣，提供一種在能夠使用均勻疊加星座及非均勻疊加星座(super-constellation)的疊加多重存取通訊系統中進行功率分配的裝置，所述裝置包括：至少一個非暫時性電腦可讀取媒體，儲存能夠由處理器執行的指令；以及至少一個處理器，能夠執行儲存於所述至少一個非暫時性電腦可讀取媒體上的指令，其中所述指令的所述執行使得所述裝置實行一種包括下列的方法：對於接收疊加多重存取傳輸的每一接收機 i ，基於位元在所述疊加星座內的位置而計算所述位元被正確接收到的條件機率 P _c,i ；對於接收疊加多重存取傳輸的每一接收機 i ，計算正規化加權係數 w _i ；使用每一接收機 i 的所述條件機率 P _c,i 及所述正規化加權係數 w _i 來計算所有接收機 i 的經加權頻譜效率之和 S ；以及藉由將所述經加權頻譜效率之和最大化來確定接收機 i 的最佳功率分配

。

根據本發明的再一態樣，提供一種使用者設備(UE)，所述使用者設備包括：至少一個非暫時性電腦可讀取媒體，儲存能夠由處理器執行的指令；以及至少一個處理器，能夠執行儲存於所述至少一個非暫時性電腦可讀取媒體上的指令，其中所述指令 的所述執行使得所述使用者設備實行一種包括下列的方法：接收關於正使用疊加傳輸來向所述使用者設備進行傳輸的指示；接收關於正使用哪一類型的疊加傳輸來向所述使用者設備進行傳輸的指示，其中至少一種類型的疊加傳輸使用經格雷映射的非均勻能力星座(GNC)的疊加星座；以及接收一或多個疊加傳輸參數，包括關於所述使用者設備的功率分配的資訊，其中所述使用者設備的所述功率分配是藉由以下來確定：基於位元在所述疊加星座內的位置而計算所述位元被所述使用者設備正確接收到的條件機率；計算所述使用者設備的正規化加權係數；使用接收疊加傳輸的所有使用者設備的所述條件機率及所述正規化加權係數來計算所述所有使用者設備的經加權頻譜效率之和；以及藉由將所述經加權頻譜效率之和最大化來確定所述使用者設備的最佳功率分配。

610、620、630、640、710、720、730、740、750、760:步驟

藉由結合附圖閱讀以下詳細說明，本發明的某些實施例的上述及其他態樣、特徵及優點將變得更加顯而易見，在附圖中： 圖1是多使用者疊加傳輸(MUST)的實例的圖式，其中近的使用者設備與遠的使用者設備共用疊加訊號。

圖2是由遠的使用者及近的使用者的(QPSK,QPSK)調變對的直接符號映射(DSM)形成的疊加星座的映射。

圖3A是根據本發明的實施例，格點均勻的(QPSK,QPSK)調 變對的經格雷映射的非均勻能力星座(GNC)的特例的映射。

圖3B是根據本發明各種實施例的(QPSK,QPSK)調變對的非均勻GNC的映射。

圖4是根據本發明實施例的(16-QAM,QPSK)GNC疊加星座的映射。

圖5是根據本發明實施例的(QPSK,16-QAM)GNC疊加星座的映射。

圖6是根據本發明實施例的一般功率分配方法的流程圖。

圖7是根據本發明實施例的更具體功率分配方法的流程圖。

以下，將參照附圖詳細闡述本發明的實施例。應注意，相同的元件將由相同的參考編號指示，儘管其示出於不同的圖中。在以下說明中，提供例如詳細配置及組件等具體細節僅是為了幫助全面理解本發明實施例。因此，對熟習此項技術者應顯而易見地是，在不背離本發明的範圍及精神的條件下可對本文中所述的實施例作出各種變化及潤飾。此外，為清晰及簡潔起見，省略對眾所習知的功能及構造的說明。以下所述的用語是慮及本發明的功能而定義的用語，且可根據使用者、使用者的意圖、或習慣等而有所不同。因此，該些用語的定義應基於貫穿本說明書的內容而確定。

本發明可具有各種潤飾及各種實施例，以下參照附圖詳 細闡述其中的實施例。然而，應理解，本發明並非僅限於所述實施例，而是包括在本發明的精神及範圍內的所有潤飾、等效形式及替代形式。

儘管可能使用包括例如「第一」、「第二」等序數詞的用語來闡述各種元件，但結構性元件不受該些用語限制。該些用語僅用於區分各個元件。舉例而言，在不背離本發明的範圍的條件下，「第一結構性元件」可被稱為「第二結構性元件」。類似地，「第二結構性元件」亦可被稱為「第一結構性元件」。本文中所用的用語「及/或」包括一或多個相關項的任意及所有組合。

本文中所用的用語僅用於闡述本發明的各種實施例，而並非旨在限制本發明。除非上下文中清楚地另外指明，否則單數形式旨在包括複數形式。在本發明中，應理解，用語「包括」或「具有」指示特徵、數目、步驟、操作、結構性元件、部件或其組合的存在，但不排除一或多個其他特徵、數字、步驟、操作、結構性元件、部件或其組合的存在或添加的可能。

除非有不同定義，否則本文中所用的所有用語具有與熟習本發明所屬技術領域者所理解的含意相同的含意。例如在常用字典中所定義的該些用語應被理解為具有與相關技術領域中的上下文含意相同的含意，且除非在本發明中進行清楚定義，否則不應將其解釋為具有理想化或過於正式的含意。

廣義上而言，本發明在疊加多重存取通訊上下文中提供關於以下的指導：(1)如何使用經加權頻譜效率在近的使用者與 遠的使用者之間分割傳輸功率；以及(2)如何確定更詳細及更高效的位元交換規則。

經格雷映射的非均勻能力星座(GNC)

由同一發明者提出且名稱為「用於疊加傳輸的裝置及方法(Apparatus and Method for Superposition Transmission)」的相關非臨時專利申請案於2016年1月15日提出申請且被授予美國申請案序列號14/997,106，並主張與本申請案所主張者相同的四個美國臨時專利申請案的優先權。此申請案明確地全文併入本案供參考。

在美國申請案序列號14/997,106及其主張優先權的以類似方式併入的美國臨時專利申請案序列號62/173,241及序列號62/203,818(在本文中共同地稱為「其他申請案」)中，闡述一種新類型的疊加疊加星座(superposition super-constellation)：經格雷映射的非均勻星座或經格雷映射的非均勻能力星座(GNC)。除經格雷寫碼以外，GNC疊加星座在相鄰的符號之間可具有不相等的空間(此為在本文中所將利用的特徵)，且藉由有規律地間隔開的格點(lattice)的直和(direct-sum)形成，此使得產生經簡化的聯合對數似然比(log-likelihood ratio，LLR)，且可被輕易地擴展至多於兩個使用者(即，多於僅一個「近的」使用者及一個「遠的」使用者)。

尤其是，另一申請案亦論述在某些功率分割條件下可能無法保證格雷映射，儘管在該些條件中的某些條件下使用GNC疊 加星座仍將提供優於採取其他做法的優點。此外，論述了「位元交換」技術，其中在某些條件下，近的使用者的位元與遠的使用者的位元在GNC中進行交換以提供更佳的結果。具體結果概括於下表1中。

因此，在單個層環境中形成(16-QAM,QPSK)疊加星座時，若α_F

0.6429，則應使用不進行位元交換的GNC。若α_F

0.1667，則應使用進行位元交換的GNC。此意指在0.1667與0.6429之間存在所有GNC/位元交換組合皆不良好運作的「禁區」，且可對其使用用於產生疊加星座的其他方法。

儘管所述另一申請案為對禁區及進行位元交換或不進行位元交換的區進行定義提供了指導，但對在該些區中的最佳化未提供進一步的指導。換言之，例如在α_F

0.6429時應使用不進行位元交換的單個層(16-QAM,QPSK)GNC，但所述另一申請案對α_F在此區內的最佳值未提供指導。

本申請案提供關於最佳功率分佈及最佳位元交換規則的指導。

I．使用進行位元交換或不進行位元交換的GNC的最佳功率分佈

藉由使用經加權頻譜效率而針對GNC疊加星座將本文中的功率分佈最佳化，所述經加權頻譜效率將調變及編碼方案(modulation and coding scheme，MCS)、符號錯誤率、解碼錯誤率、及/或用於調整編碼增益及位元位置的偏項考量在內。在本實施例中，使用經加權頻譜效率之和，但在其他實施例中，可使用其他適當的頻譜效率度量，例如舉例而言頻譜效率的經加權平均值。

舉個其中僅存在一個近的使用者及一個遠的使用者的最簡單的例子，近的使用者僅關心疊加星座的內側位元，而遠的使用者僅關心疊加星座的外側位元。因此，單個疊加星座提供近的使用者符號為正確的或遠的使用者符號為正確的兩種機率。對於此種情況，經加權頻譜效率之和針對近的使用者及遠的使用者被表達為方程式(2)(a)： S=w _F P _c,F +w _N P _c,N …(2)(a)

或更一般而言對於 K 個使用者而言被表達為

，其 中偵測符號為正確的機率 P _c,i 被定義為方程式(2)(b)：

其中

表示對於使用者/使用者設備 i ，在第 k 個符號處的 偵測符號。因此， P _c,i 處理未經編碼的速率。以加權係數來捕獲碼率及其對應的編碼增益。對於使用者/使用者設備 i ，所將攜載的最大位元有效量被表達為c _i log₂ M _i 。因此，使用者/使用者設備 i 的加權係數可藉由偏項進行正規化，如由方程式(2)(c)所示：

其中：C _i 是使用者/使用者設備 i 的碼率；S _i 是指示是否對使用者設備 i 的位元進行交換的旗標；以及△ _i (C _i ,S _i )是用於補償內側位元與外側位元之間的編碼增益效應的偏項，且是C _i 及S _i 的函數。

之所以需要偏項△ _i (C _i ,S _i )，乃因儘管c _i log₂ M _i 代表每一符號可傳輸的最大位元量，但所將攜載的位元有效量會因以下原因而改變：˙編碼增益效應為非線性的，以及˙位元位置會改變有效編碼增益。

一般而言，外側位元較內側位元更為強健(robust)，使得即使在相同的編碼速率下，有效編碼增益仍可依據會影響區塊錯誤率(block error rate，BLER)的位元位置而不同。因此，添加偏項△ _i (C _i ,S _i )來補償對位元域(bit domain)的兩種影響。舉例而言，若對遠的使用者及近的使用者兩者使用同一MCS，則額外的位元將被添加至近的使用者的△ _i (C _i ,S _i )來平衡效能。作為另一實例，具有較少解碼增益的高碼率將需要高的△ _i (C _i ,S _i )來補償對位元位置的影響。

可離線準備偏項△ _i (C _i ,S _i )並將其保存為查找表(lookup table，LUT)。一般可藉由方程式(3)來計算用以將使用者/使用者設備兩者的經加權頻譜效率之和最大化的最佳

，如以下將詳細示出：

其中α _F,th 遵循上表1，且依據調變組合而確定。舉例而言，當使用單一流(single stream)且未進行交換時，如表1中的第一行中所示α _F,th 對於(QPSK,QPSK)應為0.5。

由於 C 隨著訊號雜訊比(signal-to-noise ratio，SNR)而 變化，因此功率分佈係數

以相應的方式變化，且如上所述，其 將依據是否使用位元交換而變化。最後， P _c,i 取決於使用如此處及所述另一申請案中所述的GNC系統。

如下文將進一步論述，使用經加權頻譜效率的想法可擴展至使用碼字元級解碼的方案。

A.(QPSK,QPSK)GNC疊加星座的最佳α _F (1)均勻(QPSK,QPSK)GNC(圖3A)

為闡釋所述想法，參照圖3A，其為單層(QPSK,QPSK)GNC疊加星座，其中α_N=0.20且α_F=0.80，或者等效地， p=q=1。 以上提及的參數 q 及 p 是用於產生GNC疊加星座的新的變數，如在所述另一申請案中所更詳細論述。一般而言， q 保證使用者之間的所需功率分割，且 p 與單元星座功率相關。

圖3A是其中GNC疊加星座形成均勻的16-QAM格點(而非如以下參照圖3B所論述的非均勻的格點)的特例。無論均勻與否，點的四個可行的實值為-p(2+q)、-p(2-q)、p(2-q)及p(2+q)，如圖3A及圖3B所示，且假想軸上的值與該些實值對稱。

在圖3A中，位元(b ₀,b ₁)將星座劃分為四組，其中每一組在(x _I ,x _Q )座標系中屬於一個象限。位元(b ₂,b ₃)定義經格雷標記星座點，其中每一經格雷標記星座點皆是針對位元對(b ₀,b ₁)的給定值加以設定。換言之，位元對(b ₀,b ₁)及(b ₂,b ₃)形成巢狀結構，其中(b ₀,b ₁)構成直和的「外側」部分，且(b ₂,b ₃)形成直和的「內側」部分，如在方程式(4)中所示。

外側位元被指定給遠的使用者，

，且內側位 元被指定給近的使用者，

。假定所接收的功率為 P ，且 功率約束值 C 是10/ P ，則不相等的功率分割可成為符號映射的一 部分，如以下方程式(5)(a)及(5)(b)中所示：

其與以下相同：

其中 p 及 q 是正實值數，如上所述， p 及 q 在一層環境或標量環境(或如由3GPP RAN1建立的用以評估MUST的「情景1」)中時受到以下約束： 2p ²(4+q ²)=C…(6)(a)

其中方程式(6)(a)源自於總功率需求或單元星座功率，且方程式(6)(b)源自於近的使用者與遠的使用者之間的功率分割需求，或者等效地，源自於(b ₀,b ₁)位元與(b ₂,b ₃)位元之間的分割。

如上所述，圖3A是(QPSK,QPSK)GNC疊加星座的特例，其中α_N=0.20且α_F=0.80，或者等效地， p=q=1，藉此形成均勻的16-QAM格點。

(2)非均勻(QPSK,QPSK)GNC(圖3B)

圖3B是在星座點之間具有不相等距離的非均勻(QPSK,QPSK)GNC疊加星座。具體而言，如圖3B所示的非均勻GNC疊加星座在符號之間具有以下兩個不同的距離值： d _min,1=2p(2-q)…(7)(a)

d _min,2=2pq…(7)(b)。

為簡明起見，最近的相鄰符號僅可被視為拾取錯誤符號。隨著距離增大，錯誤機率呈指數下降。此外，隨著SNR增大，Q函數值顯著降低。因此，除最近的相鄰符號之外的其他符號將對所提出的功率分配具有小的影響。

一般而言，如此項技術中具有通常知識者將理解，星座點可根據對條件機率的定義而以多種方式分組，例如在以下方程式(8)(a)的具體實例中所示。舉例而言，可將在相同的距離內並具有相同數目的不同位元的點分成一組。

對於遠的使用者位元(如所有遠的使用者位元一樣，其亦為外側位元)，由方程式(8)(a)給出其為正確的條件機率：

其中Q _i 被定義為Q函數

，其中自變數為 d _min,i /2σ。所述Q函數表示標準正規分佈的尾機率(tail probability)。因此，方程式(8)(a)可被改寫為方程式(8)(b)：

對於近的使用者位元(如所有近的使用者位元一樣，其亦為內側位元)，由方程式(9)(a)給出其為正確的條件機率：

，對於疊加星座中的所有點。由於每一星座點亦經均勻地選 擇，因此條件機率亦可由方程式(9)(b)給出：

因此，藉由對近的使用者及遠的使用者的情形應用方程式(2)(a)而給出(QPSK,QPSK)GNC疊加星座的經加權頻譜效率之和，如方程式(10)中所示：

其中(w _F ,w _N )是如方程式(2)(c)中的正規化加權係數的集合。可由方程式(11)(a)選擇用以將使用者/使用者設備兩者的經加權頻譜效率之和最大化的最佳

：

由於(QPSK,QPSK)的組合藉由位元交換而對稱，因此由方程式(11)(b)給出經位元交換的GNC的最佳

(被表示為

)：

B.(16-QAM,QPSK)GNC疊加星座的最佳α _F (圖4)

圖4示出未進行位元交換的單層(16-QAM,QPSK)GNC疊加星座，其中α_N=0.20且α_F=0.80，其最佳功率分佈在以下根據本發明實施例依據頻譜效率之和而得出。在圖4的底部依據 p 及 q 辨識符號映射的實數部分。

位元指配為

(位元經交換 時除外)。當所接收功率為 P 時，功率約束值 C 是42/ P ，且符號映 射過程如以下方程式(12)中所示：

此產生四個正實數值：p(4-3q)、p(4-q)、p(4+q)及p(4+3q)。 在一層環境或標量環境(或如由3GPP RAN1建立的用於評估MUST的「情景1」)中， p 及 q 受到以下約束： 2p ²(16+5q ²)=C…(13)(a)

其中同樣地，前者來自於總功率需求/單元星座功率，且後者源自於近的使用者與遠的使用者之間的功率分割需求。應注意，設定 p=q=1或者等效地α_F=20/21會產生均勻的64-QAM星座。

與均勻星座相反，如圖4所示的非均勻GNC疊加星座在符號之間具有以下兩個不同的距離值： d _min,1=2p(4-3q)…(14)(a)

d _min,2=2pq…(14)(b)

對於遠的使用者，其為正確的條件機率可被列出為方程式(15)(a)：

此僅考慮最近的相鄰符號。每一符號以1/64的機率被相等地選擇，使得其為正確的機率可被計算為：

可使用以下額外的距離來重新列出遠的使用者的條件機率：d _min,3=2d _min,1+d _min,2…(15)(c)

d _min,4=d _min,1+2d _min,2…(15)(d)

從而得到方程式(15)(e)：

此將方程式(15)(b)更新為方程式(15)(f)：

對於近的使用者，其為正確的條件機率可被列出為方程式(16)(a)：

，對於均勻星座映射上的所有點。類似地，其為正確的機率可被計算為：

可使用額外的距離d _min,3將近的使用者的條件機率重新列出為方程式(16)(c)：

此將方程式(16)(b)更新為方程式(16)(d)：

因此，(16-QAM,QPSK)GNC疊加星座的經加權頻譜效率之和是方程式(17)：

其中(w _F ,w _N )是如方程式(5)(c)中的正規化加權係數的集合。作為另一選擇，可使用方程式(15)(e)或(16)(d)對其進行更新。因此， (16-QAM,QPSK)GNC疊加星座的最佳

可被選擇為方程式(18)：

C.(QPSK,16-QAM)GNC疊加星座的最佳α _F (圖5)

圖5示出未進行位元交換的(QPSK,16-QAM)GNC疊加星座，其中α_F=0.90。其依據於頻譜效率之和的最佳功率分佈在以下根據本發明的實施例得出。

分別針對遠的使用者及近的使用者定位外側位元及內側位元。因此，每一符號6個位元被聯接為

，且每一符號以 p 及 q 映射至方程 式(19)：

其中對於單元功率約束， C =42。當所接收功率為 P 時，功率約束值 C 為42/ P 。對於 N _s =1， p 及 q 受到以下約束： 2p ²(20+q ²)=C…(20)(a)

如上所述，由 q 確定α_N與α_F之間的功率分佈。應注意，設定 p=q=1或者等效地α_F=16/21會產生均勻的64-QAM星座。如圖5所示，符號之間的兩個不同的距離為： d _min,1=2p(2-q)…(21)(a)

d _min,2=2pq…(21)(b)

此用於分別得出遠的使用者/使用者設備及近的使用者/使用者設備兩者的錯誤率。

對於遠的使用者，對於最近的相鄰符號為正確的條件機率可被列出為方程式(22)(a)：

使得其為正確的機率由以下方程式給出：

且考慮到以下第三距離及第四距離： d _min,3=2d _min,1+d _min,2…(22)(c)

d _min,4=d _min,1+2d _min,2…(22)(d)

遠的使用者的條件機率可被詳細闡述為：

此將方程式(22)(b)的條件機率更新為方程式(22)(f)：

對於近的使用者，其為正確的條件機率由方程式(23)(a)給出：

，對於均勻星座映射上的所有點。所有點被指配以相等的機率，使得：

如同遠的使用者一樣，近的使用者的條件機率可以Q ₃詳細闡述為：

此將方程式(23)(b)更新為方程式(23)(d)：

因此，(QPSK,16-QAM)GNC疊加星座的經加權頻譜效率之和是方程式(24)：

其中(w _F ,w _N )是如方程式(5)(c)中的正規化加權係數的集合。作為另一選擇，可使用方程式(22)(f)或(23)(d)對其進行更新。因此， (QPSK,16-QAM)GNC疊加星座的最佳

可被選擇為方程式 (25)(a)：

若存在位元交換，則α_N與α_F進行交換，且加權係數亦進 行交換。因此，經位元交換的GNC的最佳

由方程式(25)(b)給 出：

D.自符號至碼字元的擴展

如上所述，使用經加權頻譜效率的想法可被擴展至使用碼字元級解碼的方案。更具體而言，可使用以下方程式(26)(a)：

其中P _cw,{c,i}是對於使用者設備 i ，碼字元被正確解碼的機率。此可在系統級上憑經驗進行量測，或使用每一經編碼位元的平均互資訊(Mean Mutual Information per coded Bit，MMIB)映射方法進行估測。MUST排程器應考量每一使用者設備的若干功率分佈、MCS、及RB分配。正規化加權係數可變為方程式(26)(b)：

II．使用GNC時的位元交換規則

此部分以表格形式顯示使用疊加多重存取通訊時的位元交換的決定規則。除(QPSK,QPSK)疊加星座以外，無法對所有功率分佈集合保證格雷映射。在該些情形中，可使用位元映射來恢復格雷映射。然而，此意味著必須作出關於傳輸時是否進行位元交換的決定。在此部分中，根據本發明的實施例產生決定參數的表格。以下，對每一疊加星座考量位元交換條件。結尾處的表格對結果進行匯總。

A.(16-QAM,QPSK)GNC疊加星座的位元交換條件

在(16-QAM,QPSK)GNC疊加星座中，例如圖4中，需要此第一條件來確保格雷映射：

此產生第一臨限值：α _F,1=0.6429。第二條件為：

此產生第二臨限值：α _F,2=0.4444。最末臨限值是位元交換臨限值α _F,3=0.1667。該些臨限值集合確定在兩個使用者設備的聯合/疊加星座映射中每一使用者設備的個別星座可重疊多少。實際上，編碼增益及位元加載的位元位置可對效能產生影響。由此，可由△(即，α _F,2+△)調整α _F,2(此見於位於此部分結尾的表2中)。 當然，此適用於所有疊加星座。

B.(QPSK,16-QAM)GNC疊加星座的位元交換條件

在(QPSK,16-QAM)GNC疊加星座中，例如圖5中，第一格雷映射條件為：

此產生第一臨限值：α _F,1=0.8333。第二格雷映射條件為：

此產生第二臨限值：α _F,2=0.5556。最末臨限值是位元交換臨限值α _F,3=0.3571。該些臨限值集合表示聯合星座映射中單個星座的重疊程度。

C.(16-QAM,16-QAM)GNC疊加星座的位元交換條件

對於(16-QAM,16-QAM)GNC疊加星座，可行 x 值可由 p 及 q 表示為正軸上的p(12+3q)、p(12+q)、p(12-q)、p(12-3q)、p(4+3q)、p(4+q)、p(4-q)及p(4-3q)。因此，若以下條件有效，則格雷映射成立：

此產生第一臨限值：α _F,1=0.9。隨著α_F減小，某些星座點彼此重疊。當滿足由以下方程式(29)(b)表示的條件時，在聯合/疊加星座映射中，個別星座中多於一半的符號點與共同排程的使用者設備的其他個別星座重疊：

此產生第二臨限值的不等性：α _F,2=0.6923。最末臨限值是位元交換臨限值α _F,3=0.1。

D.(64-QAM,QPSK)GNC疊加星座的位元交換條件

對於(64-QAM,QPSK)GNC疊加星座，可行的 x 值可由 p 及 q 表示為正軸上的p(8+7q)、p(8+5q)、p(8+3q)、p(8+q)、p(8-q)、p(8-3q)、p(8-5q)及p(8-7q)。因此，若以下條件有效，則格雷映射成立：

此產生第一臨限值：α _F,1=0.7。隨著α_F減小，某些星座點彼此重疊。然後，若滿足方程式(30)(b)及(30)(c)的條件，則在聯合/疊加星座映射中，個別星座中多於一半的符號點與用於共同排程的使用者設備的其他個別星座重疊：

此產生第二臨限值：0.3

α _F,2

0.4324。期望α _F,2處於此範圍內，其中α _F,2在所述範圍內的確切位置取決於編碼增益及位元位置。位元交換臨限值是α _F,3=0.0455。

E.(QPSK,64-QAM)GNC疊加星座的位元交換條件

對於(QPSK,64-QAM)GNC疊加星座，可行的 x 值可由 p 及 q 表示為正軸上的p(14+q)、p(14-q)、p(10+q)、p(10-q)、p(6+q)、p(6-q)、p(2+q)及p(2-q)。因此，若以下條件有效，則格雷映射成立：

此產生第一臨限值：α _F,1=0.9545。隨著α_F減小，某些星座點 彼此重疊。然後，若滿足方程式(31)(b)，則在聯合/疊加星座映射中，個別星座中多於一半的符號點與共同排程的使用者設備的其他個別星座重疊：

此產生第二臨限值：α _F,2=0.7。位元交換臨限值是α _F,3=0.3。

F．位元交換條件匯總

上述結果匯總於下表2中：

在左欄中，列出不同的疊加星座組合，其中(16-QAM,QPSK)意指近的使用者正使用16-QAM且遠的使用者正使用QPSK(形成疊加星座64-QAM)。在中央欄中，針對每一疊加星座給出四種不同的範圍，而最末欄表示每一範圍適合什麼，即不進行位元交換(關閉(OFF))、進行位元交換(開啟(ON))、及格雷寫碼於何處成立(格雷(Gray))。

實行一系列模擬，其結果可見於美國臨時專利申請案序列號62/210,326中。

圖6是根據本發明實施例的更一般的功率分配方法的流程圖。在圖6中，假定一種能夠使用均勻疊加星座及非均勻疊加星座(super-constellation)的疊加多重存取通訊系統。在610處，對於接收疊加多重存取傳輸的每一接收機 i ，基於位元在所述疊加星座內的位置而計算所述位元被正確接收到的條件機率 P _c,i 。在620 處，對於每一接收機 i ，計算正規化加權係數 w _i 。在630處，使用每一接收機 i 的所述條件機率 P _c,i 及所述正規化加權係數 w _i 來計算所有接收機 i 的經加權頻譜效率之和 S 。在640處，藉由將所述經 加權頻譜效率之和最大化來確定接收機 i 的最佳功率分配

。

圖7是根據本發明實施例的一種功率分配方法的流程圖。在710處，判斷所產生的疊加疊加星座(superposition super-constellation)是否為GNC疊加星座(「指示MUST的組合訊號是否以經格雷映射的星座產生」)。預期使用者設備接收關於經疊加訊號的資訊的高層傳訊。在720處，使用者設備的MCS就緒(「對於兩個使用者設備的兩個MCS皆就緒(甚至亦可擴展至多個使用者設備)」)。使用者設備可自身盲目地估測調變次序，或經由高層傳訊自eNB接收此資訊。若共同排程的使用者設備的編碼速率無法被盲目地估測，則可考量高碼率來進行保守操作。在730處，如本文中所闡釋，得出對於使用者設備 i 而言為正確的機率，其中 i =1、2、3、…、k。在740處，自查找表加載偏項以調整有效的MCS。在750處，計算經加權頻譜效率之和。在760處，將訊號的功率分配分佈至對應的使用者設備。

依本發明的實施例而定，根據本發明的步驟及/或操作在不同實施例中可以不同次序、或並行地、或針對不同時期同時地等各種方式發生，如此項技術中具有通常知識者將理解。類似地，如此項技術中具有通常知識者將理解，圖6及圖7是所執行動作的簡化代表圖，且現實世界的實作可以不同次序或藉由不同方式 或手段來執行所述動作。類似地，作為簡化代表圖，圖6及圖7未示出如此項技術中具有通常知識者所已知並理解、且與本發明無關及/或無益於本發明的其他所需步驟。

根據本發明的實施例，可至少部分地於可攜式裝置上實作或以其他方式實行某些或所有步驟及/或操作。本文中所述的「可攜式裝置」是指具有接收無線訊號的能力的任何可攜式電子裝置、行動電子裝置、或可移動電子裝置，包括但不限於：多媒體播放機、通訊裝置、計算裝置、導航裝置等。因此，行動裝置包括但不限於：膝上型電腦、平板電腦、可攜式數位助理(Portable Digital Assistant，PDA)、mp3播放機、手持式個人電腦(PC)、即時傳訊裝置(Instant Messaging Device，IMD)、蜂巢式電話、全球導航衛星系統(Global Navigational Satellite System，GNSS)接收機、手錶、照相機或可隨身穿戴及/或攜帶的任何此類裝置。 本文中所述的「使用者設備」或「UE」對應於所述用語在3GPP LTE/LTE-A協定中的使用，但不以任何方式受3GPP LTE/LTE-A協定的限制。此外，「使用者設備」或「UE」是指用作無線接收機的任何類型的裝置，包括可攜式裝置。

根據本發明的實施例，可至少部分地使用一或多個處理器運行指令、程式、交互資料結構、客戶端及/或伺服器組件來實作或以其他方式實行某些或所有步驟及/或操作，其中此類指令、程式、交互資料結構、客戶及/或伺服器組件儲存於一或多個非暫時性電腦可讀取媒體中。所述一或多個非暫時性電腦可讀取媒體 可例示於軟體、韌體、硬體及/或其任何組合中。此外，本文中所論述的任何「模組」的功能性可實作於軟體、韌體、硬體及/或其任何組合中。

用於實作/實行本發明實施例的一或多個操作/步驟/模組的所述一或多個非暫時性電腦可讀取媒體及/或手段可包括但不限於：應用專用積體電路(application-specific integrated circuit，ASIC)、標準積體電路、執行適當的指令的控制器(包括微控制器及/或嵌入式控制器)、現場可程式化閘陣列(field-programmable gate array，FPGA)、複雜可程式化邏輯裝置(complex programmable logic device，CPLD)等。任何系統組件及/或資料結構中的某些或所有系統組件及/或資料結構亦可作為內容(例如，作為可執行的或其他非暫時性機器可讀取的軟體指令或結構化資料)而儲存於非暫時性電腦可讀取媒體(例如，硬碟；記憶體；電腦網路或蜂巢式無線網路或其他資料傳輸媒體；或將藉由適當的驅動機或經由適當的連接而被讀取的可攜式媒體物件，例如DVD或快閃記憶體裝置)上以對電腦可讀取媒體及/或一或多個相關聯計算系統或裝置進行賦能或配置，從而執行或以其他方式使用或提供所述內容以實行至少某些所述技術。任何系統組件及資料結構中的某些或所有系統組件及資料結構亦可作為資料訊號被儲存於各種非暫時性電腦可讀取傳輸媒體上，所述系統組件及資料結構自所述非暫時性電腦可讀取傳輸媒體被讀取並接著進行傳輸(包括跨越基於無線及基於有線/纜線的媒體)，且可採用多種形式(例如，作為 單個類比訊號或多工類比訊號的一部分、或作為多重分立數位封包或訊框)。此類電腦程式產品在其他實施例中亦可採用其他形式。因此，本發明的實施例可以任何電腦系統配置來實踐。

因此，本文中所用的用語「非暫時性電腦可讀取媒體」是指包括操作的實際執行的任何媒體(例如，硬體電路)、包括將被提供至一或多個處理器以供執行/實作的程式及/或更高級指令(例如，儲存於非暫時性記憶體中的指令)的任何媒體、及/或包括儲存於例如韌體或非揮發性記憶體中的機器級指令的任何媒體。非暫時性電腦可讀取媒體可採取諸多形式，例如非揮發性及揮發性媒體，包括但不限於：軟碟、軟性碟(flexible disk)、硬碟、RAM、PROM、EPROM、快閃(FLASH)-EPROM、EEPROM、任何記憶體晶片或匣、任何磁帶、或可從中讀取電腦指令的任何其他磁性媒體；CD-ROM、DVD、或可從中讀取電腦指令的任何其他光學媒體、或可從中讀取電腦指令的任何其他非暫時性媒體。

儘管已參照本發明的某些實施例示出並闡述了本發明，但熟習此項技術者將理解，在不背離由隨附申請專利範圍界定的本發明的精神及範圍的條件下可作出各種形式及細節上的變化。

610、620、630、640:步驟

Claims (19)

1. 一種在能夠使用均勻疊加星座及非均勻疊加星座的疊加多重存取通訊系統中進行功率分配的方法，包括：對於接收疊加多重存取傳輸的每一接收機 i ，基於符號在疊加星座內的位置而計算所述符號被正確接收到的條件機率 P _c,i ，其中i是1至所述疊加星座中接收疊加多重存取傳輸的接收機的總數目的整數的索引；對於接收疊加多重存取傳輸的所述每一接收機 i ，計算正規化加權係數 w _i ；使用所述每一接收機 i 的所計算的所述條件機率 P _c,i 及所述每一接收機 i 的所計算的所述正規化加權係數 w _i 來計算所有的所述每一接收機 i 的經加權頻譜效率之和 S ；以及藉由將所述經加權頻譜效率之和最大化來確定所述每一接收機 i 的最佳功率分配

   

   。
2. 如申請專利範圍第1項所述的在能夠使用均勻疊加星座及非均勻疊加星座的疊加多重存取通訊系統中進行功率分配的方法，其中所述疊加多重存取通訊系統使用經格雷映射的非均勻能力星座。
3. 如申請專利範圍第1項所述的在能夠使用均勻疊加星座及非均勻疊加星座的疊加多重存取通訊系統中進行功率分配的方法，其中所述疊加多重存取通訊系統使用長期演進標準的多使用者疊加傳輸。
4. 如申請專利範圍第1項所述的在能夠使用均勻疊加星座及非均勻疊加星座的疊加多重存取通訊系統中進行功率分配的方法，其中所述條件機率 P _c,i 是使用以下方程式來計算：

   

   其中

   

   表示對於接收機 i ，在第 k 個符號處的偵測符號。
5. 如申請專利範圍第1項所述的在能夠使用均勻疊加星座及非均勻疊加星座的疊加多重存取通訊系統中進行功率分配的方法，其中所述正規化加權係數 w _i 是基於碼增益、依賴於位元位置的位元強健性、調變及編碼方案、以及比例公平性中的至少一者來計算。
6. 如申請專利範圍第1項所述的在能夠使用均勻疊加星座及非均勻疊加星座的疊加多重存取通訊系統中進行功率分配的方法，其中所述正規化加權係數 w _i 是使用以下方程式來計算：

   

   其中C _i 是接收機 i 的碼率；S _i 是指示是否對接收機 i 的位元進行交換的旗標；以及△ _i (C _i ,S _i )是用於至少補償內側位元與外側位元之間的編碼增益效應的偏項，且是C _i 及S _i 的函數。
7. 如申請專利範圍第1項所述的在能夠使用均勻疊加星座及非均勻疊加星座的疊加多重存取通訊系統中進行功率分配的方 法，其中所有接收機 i 的經加權頻譜效率之和 S 是使用以下方程式來計算：

   

   其中 K 是接收機的總數目，偵測符號為正確的所述條件機率 P _c,i 被定義為：

   

   ，且

   

   表示對於接收機 i ，在第 k 個符號處的所述偵測符號。
8. 如申請專利範圍第1項所述的在能夠使用均勻疊加星座及非均勻疊加星座的疊加多重存取通訊系統中進行功率分配的方法，其中僅存在一近的接收機及一遠的接收機，且所述經加權頻譜效率之和 S 是使用以下方程式來計算：S=w _F P _c,F +w _N P _c,N ，其中w _F 是所述遠的接收機的加權係數，其中w _N 是所述近的接收機的加權係數，偵測符號為正確的所述條件機率 P _c,i 被定義為：

   

   ，且

   

   表示對於接收機 i ，在第 k 個符號處的所述偵測符號。
9. 如申請專利範圍第1項所述的在能夠使用均勻疊加星座及非均勻疊加星座的疊加多重存取通訊系統中進行功率分配的方法，其中所述每一接收機 i 包括近的接收機及遠的接收機，且確定 所述遠的接收機的最佳功率分配

   

   是藉由使用以下方程式將所述 經加權頻譜效率之和最大化來計算：

   

   其中α _F range 是由所述近的接收機及所述遠的接收機的調變次序、傳輸層的數目、以及是否存在位元交換而定義於下表中：

   

   。
10. 如申請專利範圍第1項所述的在能夠使用均勻疊加星座及非均勻疊加星座的疊加多重存取通訊系統中進行功率分配的方法，其中僅存在近的接收機及遠的接收機，所述方法更包括：判斷是否在所述近的接收機與所述遠的接收機之間實行位元交換，其中所述判斷是使用下表、依據α _F 的值來進行：

    

    。
11. 一種在能夠使用均勻疊加星座及非均勻疊加星座的疊加多重存取通訊系統中進行功率分配的裝置，包括：至少一個非暫時性電腦可讀取媒體，儲存能夠由處理器執行的指令；以及至少一個處理器，能夠執行儲存於所述至少一個非暫時性電腦可讀取媒體上的指令，其中所述指令的所述執行使得所述裝置實行一種包括下列的方法：對於接收疊加多重存取傳輸的每一接收機 i ，基於符號在疊加星座內的位置而計算所述符號被正確接收到的條件機率 P _c,i ，其中i是1至所述疊加星座中接收疊加多重存取傳輸的接收機的總數目的整數的索引；對於接收疊加多重存取傳輸的所述每一接收機 i ，計算正規化加權係數 w _i ；使用所述每一接收機 i 的所計算的所述條件機率 P _c,i 及所述每一接收機 i 的所計算的所述正規化加權係數 w _i 來計算所有的所述每一接收機 i 的經加權頻譜效率之和 S ；以及藉由將所述經加權頻譜效率之和最大化來確定所述每一接收機 i 的最佳功率分配

    

    。
12. 如申請專利範圍第11項所述的在能夠使用均勻疊加星座及非均勻疊加星座的疊加多重存取通訊系統中進行功率分配的 裝置，其中所述疊加多重存取通訊系統使用經格雷映射的非均勻能力星座。
13. 如申請專利範圍第11項所述的在能夠使用均勻疊加星座及非均勻疊加星座的疊加多重存取通訊系統中進行功率分配的裝置，其中所述疊加多重存取通訊系統使用長期演進標準的多使用者疊加傳輸。
14. 如申請專利範圍第11項所述的在能夠使用均勻疊加星座及非均勻疊加星座的疊加多重存取通訊系統中進行功率分配的裝置，其中所述正規化加權係數 w _i 是基於碼增益、依賴於位元位置的位元強健性、調變及編碼方案、以及比例公平性中的至少一者來計算。
15. 如申請專利範圍第11項所述的在能夠使用均勻疊加星座及非均勻疊加星座的疊加多重存取通訊系統中進行功率分配的裝置，其中所述正規化加權係數 w _i 是使用以下方程式來計算：

    

    其中C _i 是接收機 i 的碼率；S _i 是指示是否對接收機 i 的位元進行交換的旗標；以及△ _i (C _i ,S _i )是用於至少補償內側位元與外側位元之間的編碼增益效應的偏項，且是C _i 及S _i 的函數。
16. 如申請專利範圍第11項所述的在能夠使用均勻疊加星座及非均勻疊加星座的疊加多重存取通訊系統中進行功率分配的裝置，其中所有接收機 i 的經加權頻譜效率之和 S 是使用以下方程式來計算：

    

    其中 K 是接收機的總數目，偵測符號為正確的所述條件機率 P _c,i 被定義為：

    

    ，且

    

    表示對於接收機 i ，在第 k 個符號處的所述偵測符號。
17. 如申請專利範圍第11項所述的在能夠使用均勻疊加星座及非均勻疊加星座的疊加多重存取通訊系統中進行功率分配的裝置，其中僅存在近的接收機及遠的接收機，且所述經加權頻譜效率之和 S 是使用以下方程式來計算：S=w _F P _c,F +w _N P _c,N ，其中w _F 是所述遠的接收機的加權係數，其中w _N 是所述近的接收機的加權係數，偵測符號為正確的所述條件機率 P _c,i 被定義為：

    

    ，且

    

    表示對於接收機 i ，在第 k 個符號處的所述偵測符號。
18. 如申請專利範圍第11項所述的在能夠使用均勻疊加星座及非均勻疊加星座的疊加多重存取通訊系統中進行功率分配的 裝置，其中所述每一接收機 i 包括近的接收機及遠的接收機，且確 定所述遠的接收機的最佳功率分配

    

    是藉由使用以下方程式將所 述經加權頻譜效率之和最大化來計算：

    

    其中α _F range 是由所述近的接收機及所述遠的接收機的調變次序、傳輸層的數目、以及是否存在位元交換而定義於下表中：

    
19. 如申請專利範圍第11項所述的在能夠使用均勻疊加星座及非均勻疊加星座的疊加多重存取通訊系統中進行功率分配的裝置，其中僅存在近的接收機及遠的接收機，其中由所述裝置實行的所述方法更包括： 判斷是否在所述近的接收機與所述遠的接收機之間實行位元交換，其中所述判斷是使用下表、依據α _F 的值來進行：

    

    

    。

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