BR112015022981B1

BR112015022981B1 - Método e componente de rede para detectar transmissões de assinatura de baixa densidade

Info

Publication number: BR112015022981B1
Application number: BR112015022981-6A
Authority: BR
Inventors: Mohammadhadi Baligh; Hosein Nikopour; Alireza Bayeteh
Original assignee: Huawei Technologies Co., Ltd
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2014-03-14
Publication date: 2022-05-10
Also published as: JP2016512417A; EP2957036B1; CN105518995A; WO2014144758A1; EP2957036A4; JP6009717B2; KR20150132327A; US20140269663A1; BR112015022981A2; CN105518995B; KR101700235B1; BR112015022981B8; EP2957036A1; US9614576B2

Abstract

RECEPTOR DE BAIXA COMPLEXIDADE E MÉTODO PARA MODULAÇÃO DE ASSINATURA DE BAIXA DENSIDADE. A presente invenção refere-se a concretização de método e aparelhos para detecção de algoritmo de passagem de mensagem (MPA) de baixa complexidade, com uma perda de desempenho substancialmente pequena ou tolerada, em comparação com o MPA padronizado. Um método inclui calcular, em um detector, vários nós funcionais (FNs), de acordo com vários sinais de multiplexação recebidos para um ou vários equipamentos de usuários (UEs), usando vários primeiras computações do MPA, que mapeiam vários nós variáveis (VNs) correspondente aos UES nos FNs, e usando uma informação antecipada, em um vetor inicial de probalidades para cada um dos VNs.

Description

[001] Este pedido de patente reivindica o benefício do pedido de patente não provisório U.S. 14/212.583, depositado em 14 de março de 2014, e intitulado "Low Complexity Receiver and Method for Low Density Signature Modulation" e do pedido de patente não provisório U.S 61/788.881, depositado em 15 de março de 2013, e intitulado "Low Complexity Receiver for Low Density Signature Modulation", cujos pedidos de patentes são incorporados no presente relatório descritivo por referência.

CAMPO TÉCNICO

[002] A presente invenção refere-se à tecnologia sem fio e, em concretizações particulares, a um receptor de baixa complexidade e a um processo para modulação de assinatura de baixa densidade.

ANTECEDENTES

[003] A assinatura de baixa densidade (LDS) é uma técnica de acesso múltiplo por divisão de código (CDMA), na qual as sequências de propagação para símbolos de dados são esparsas. O algoritmo de passagem de mensagem (MPA) é uma detecção de usuários múltiplos, com base na propagação de crença (BP) para modulação de LDS. A complexidade do MPA é alta, de modo que não pode ser viável para implementação na prática para alguns casos, por exemplo, em modulações com ordens mais altas ou um maior número de assinaturas de LDS multiplexadas. No entanto, o MPA é uma solução próxima da ótima para recepção de LDS. A recepção de LDS com MPA pode proporcionar um bom desempenho e boas características, mas pode não ser tão prática quanto outras soluções, tal como o acesso múltiplo por divisão de frequência ortogonal (OFDMA). A redução da complexidade do MPA para detecção de modulação de LDS, sem alterar substancialmente o desempenho, pode aperfeiçoar a viabilidade e a utilidade do MPA para detectar modulação de LDS, e torna o MPA mais adequado nos casos com ordens de modulação mais altas ou um maior número de assinaturas de LDS multiplexadas.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[004] De acordo com uma concretização preferida da presente invenção, um processo para detectar transmissões de assinatura de baixa densidade (LDS) inclui calcular, em um detector, uma pluralidade de nós funcionais (FNs), de acordo com uma pluralidade de sinais de multiplexação recebidos para um ou uma pluralidade de equipamentos de usuários (UEs), usando uma pluralidade de computações de um primeiro algoritmo de passagem de mensagem (MPA), que mapeiam uma pluralidade de nós variáveis (VNs), correspondentes aos UEs, nos FNs, e usando informações a priori em um vetor inicial de probabilidades para cada um dos VNs. O processo inclui ainda: excluir das primeiras computações do MPA uma pluralidade dos primeiros termos de multiplicação relativamente pequenos; atualizar as probabilidades para os VNs usando os últimos FNs calculados e uma pluralidade de segundas computações do MPA, que mapeiam os FNs nos VNs; e excluir uma pluralidade de segundos termos de multiplicação relativamente pequenos dos segundos cálculos do MPA.

[005] De acordo com outra concretização preferida da presente invenção, um componente de rede para detectar as transmissões de LDS inclui um processador, e um meio de armazenamento legível por computador, que armazena a programação para execução pelo processador. A programação inclui instruções para calcular uma pluralidade de FNs, de acordo com uma pluralidade de sinais de multiplexação recebidos para uma pluralidade de UEs, usando uma pluralidade de primeiras computações do MPA, que mapeiam uma pluralidade de VNs correspondentes aos UEs para os FNs e usando informações a priori em um vetor inicial de probabilidades para cada um dos VNs. A programação inclui ainda instruções para excluir das primeiras computações do MPA uma pluralidade dos primeiros termos de multiplicação relativamente pequenos, atualizar as probabilidades para os VNs usando os últimos FNs calculados e uma pluralidade das segundas computações do MPA, que mapeiam os FNs aos VNs, e excluir uma pluralidade de segundos termos de multiplicação relativamente pequenos dos segundos cálculos do MPA.

[006] De acordo com outra concretização preferida da presente invenção, um aparelho para detectar transmissões de LDS inclui: um detector configurado para calcular, de acordo com uma pluralidade de sinais de multiplexação recebidos para uma pluralidade de UEs, informações a priori em um vetor de probabilidades para cada um de uma pluralidade de VNs, usando uma ou mais iterações de uma pluralidade de computações do MPA, que mapeiam entre os VNs e a pluralidade de FNs, até que as probabilidades convirjam dentro de um limiar predeterminado, ou um número máximo predeterminado de iterações de MPA seja atingido, e excluir das computações do MPA uma pluralidade de termos de multiplicação relativamente pequenos. O aparelho inclui ainda um ou mais decodificadores para os VNs, acoplados ao detector e configurados para decodificar as probabilidades para cada um dos VNs, usando as probabilidades calculadas para os VNs para obter informações extrínsecas.

[007] O que foi descrito acima busca descrever de uma forma genérica as características de uma concretização da presente invenção, para que a descrição detalhada da invenção, que é apresentada a seguir, possa ser melhor entendida. Outras características e vantagens das concretizações da invenção vão ser descritas a seguir, que formam o objeto das concretizações da invenção. Aqueles versados na técnica vão considerar que as características de concepção e as específicas descritas podem ser facilmente utilizadas como uma base para modificar ou projetar outras estruturas ou processos para execução dos mesmos fins da presente invenção. Aqueles versados na técnica também vão entender que essas construções equivalentes não se afastam do espírito e do âmbito da invenção, como apresentados nas concretizações em anexo.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[008] Para um entendimento mais completo da presente invenção, e de suas vantagens, faz-se então referência às descrições apresentadas abaixo em conjunto com os desenhos em anexo, em que:

[009] a Figura 1 mostra uma matriz de propagação para determinar uma sequência de propagação para modulação de assinatura de baixa densidade (LDS);

[0010] a Figura 2 mostra um algoritmo de passagem de mensagem (MPA) para detecção de LDS;

[0011] a Figura 3 é uma concretização de um receptor de LDS com uma detecção de laço externo para terminação antecipada de MPA;

[0012] a Figura 4 é uma concretização de um processo de detecção de MPA de complexidade reduzida;

[0013] a Figura 5 mostra o efeito de um parâmetro de limiar, Pth, na complexidade do algoritmo MPA;

[0014] a Figura 6 mostra o desempenho do algoritmo MPA para diferentes valores de Pth;

[0015] a Figura 7 mostra o efeito de terminação antecipada de MPA na complexidade do algoritmo;

[0016] a Figura 8 mostra a complexidade total de um receptor de LDS para valores de SNR variáveis;

[0017] a Figura 9 mostra o percentual de redução de complexidade total usando técnicas de redução da descrição;

[0018] a Figura 10 mostra um ganho de laço externo no receptor de LDS, de acordo com uma concretização da descrição; e

[0019] a Figura 11 é um sistema de processamento, que pode ser usado para implementar várias concretizações.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE CONCRETIZAÇÕES ILUSTRATIVAS

[0020] A estrutura e a operação das concretizações atualmente preferida são discutidas abaixo em detalhes. Deve-se considerar, no entanto, que a presente invenção proporciona muitos conceitos inventivos aplicáveis, que podem ser representados em uma ampla gama de contextos específicos. As concretizações específicas discutidas são meramente ilustrativas de modos específicos de usos da invenção, e não limitam o âmbito da invenção.

[0021] Embora o MPA tire vantagem das sequências esparsas na multiplexação de símbolos, para reduzir a complexidade da detecção de usuários múltiplos, há ainda espaço par a reduzir a complexidade de um detector de MPA (em termos de tempo de computação), enquanto mantendo o desempenho próximo do ótimo do MPA. As concretizações dos sistemas e do processo são proporcionadas para permitir um esquema de MPA de baixa complexidade com uma perda de desempenho substancialmente pequena ou tolerada, em comparação com o MPA padronizado. O esquema de MPA de baixa complexidade pode ser implementado por um receptor (referido no presente relatório descritivo como um "receptor de baixa complexidade") para transmissões moduladas por LDS. A implementação de MPA de baixa complexidade pode ser também combinada no receptor com um decodificador de pré-correção de erro (FEC) de entrada de programa - saída de programa (SISO) e uma realimenta de laço externo, para aperfeiçoar ainda mais o desempenho do receptor de LDS. O esquema de MPA de baixa complexidade pode ser usado para ordens de modulação mais altas e/ou um maior número de assinaturas de LDS multiplexadas, que podem não ser práticos com o MPA padronizado.

[0022] A Figura 1 mostra uma matriz de propagação (S) 100, que pode ser usada para definir uma sequência de propagação para modulação de LDS (por exemplo, em transmissão). A matriz de propagação 100 pode ser implementada em um transmissor, para determinar símbolos de saída (por exemplo, para OFDM) de dados multiplexados para uma pluralidade de equipamentos de usuários (UEs) (por exemplo, em transmissões associadas). A matriz de propagação 100 tem um fator de propagação de 4 assinaturas ou sinais de multiplexação para 6 UEs. As entradas da MPA 100 indicam as contribuições para cada um dos 6 símbolos para 6 UEs respectivos para cada um dos 4 recursos de saída, tais como os tons de OFDMA. Cada uma das 6 colunas é associada com uma das 6 assinaturas ou os 6 UEs, e cada uma das 4 linhas é associada com um dos 4 recursos. Em outros exemplos, mais de uma assinatura pode ser alocada a um UE. Ainda que uma matriz 4x6 seja descrita, a invenção é aplicável a outras matrizes.

[0023] A Figura 1 também mostra um gráfico 101, que conecta 6 nós variáveis 110 (marcados x1, x2, x3, x4, x5, x6) a 4 nós funcionais 120 (marcados y1, y2, y3, y4). A representação gráfica é usada para mapear a relação entre os símbolos de UEs e os 4 recursos ou tons. Cada ramificação entre um nó variável 110 e um nó funcional 120 representa um vetor de 4 valores de probabilidade para 4 possíveis valores (também referidos como pontos de constelação) para esse nó variável 110. Os 4 possíveis valores representam o conjunto completo de valores, dos quais um é atribuído do símbolo para o UE correspondente àquele nó variável 110. Desse modo, o vetor de 4 probabilidades, na ramificação entre um nó variável 110 e um nó funcional 120, representa uma distribuição de probabilidades (dos 4 possíveis valores) para a contribuição de um símbolo (correspondente àquele nó variável 110) a um tom (correspondente àquele nó funcional 120).

[0024] Os valores de probabilidade em cada ramificação podem ser razões de verossimilhança do tipo logarítmica (LLRs), no caso de ordens de modulação mais baixas, tal como chaveamento de deslocamento de fase binária (BPSK). No caso de modulações mais altas, tal como chaveamento de deslocamento de fase de quadratura (QPSK), os valores podem ser valores seguros normalizados para cada um dos pontos de constelação. Por exemplo, de acordo com as entradas na matriz de propagação 100, o nó funcional y1 é uma combinação dos seguintes nós variáveis: x1 - x2 + ix5. De modo similar, y2 = x1 - ix3 - ix6, y3 = -x2 + ix4 + x6, e y2 = ix1 - x4 + x5. As quatro assinaturas ou sinais de multiplexação, correspondentes aos 4 nós funcionais 120, são transmitidos conjuntamente a um receptor combinado para os 6 UEs, em que os 4 sinais recebidos são depois processados usando o MPA, para obter os 6 símbolos correspondentes para os 6 UEs.

[0025] A Figura 2 ilustra um esquema de MPA padronizado 200, que é usado para detecção de LDS com base na propagação de crença (BP) para decodificação de Cheque de Paridade de Baixa Densidade (LDPC). O esquema de MPA 200 pode ser usado em um detector de LDS, que recebe os 4 tons da Figura 1. O esquema de MPA 200 implementa um algoritmo iterativo, para determinar os nós variáveis (VNs) 210 para os 6 UEs dos 4 nós funcionais (FNs) 220. Inicialmente, um vetor contendo probabilidades a priori (ap) é usado para cada um dos 6 VNs 210, com os 4 tons recebidos e a matriz de propagação S, para calcular os FNs 200. Os 6 vetores iniciais para os 6 VNs 210 são marcados ap1, ap2, ap3, ap4, ap5 e ap6.

[0026] O esquema de MPA 200 atualiza iterativamente os valores dos FNs 220, de acordo com os valores dos VNs 210 (partindo dos valores a priori iniciais), e, subsequentemente, usa os valores atualizados dos FNs 220 para atualizar os valores dos VNs 210. A atualização dos vetores ou dos valores para trás e para frente, entre os VNs 210 e os FNs 220, é também referida como passagem ou troca de mensagens entre os dois conjuntos de nós. Essa informação para trás e para frente passando entre os FNs 200 e os VNs 210 é repetida até que os valores dos VNs 210 convirjam a uma solução. Os valores de probabilidades convergidos dos VNs 210 são depois processados para determinar cada um dos 6 símbolos para os 6 UEs.

[0027] Em um exemplo de modulação QPSK, cada ramificação na Figura 2, entre um VN 210 e um FN 220, representa um vetor de probabilidades, que tem um tamanho de 4. Assumir V(n) como sendo o vetor para um conjunto de VNs conectadas ao FN n, e Z(k) como sendo um conjunto de FNs conectadas ao VN k. Desse modo, a informação transferida do FN para o VN k e V(n) é um vetor de tamanho 4, que pode ser representado como

, e a informação transferida do VN k para o FN k ϵ Z(k) é um vetor de tamanho 4, que pode ser representado como

. O estado inicial Pode ser

[0028] A Tabela 1 mostra a notação usada nas equações e relações matemáticas no presente relatório descritivo. Tabela 1: Notação

[0029] O MPA mencionado acima é descrito por Hoshyar, et al., em "Novel Low-Density Signature for Synchronous CDMA Systems Over AWGN Channel", IEEE Transactions on Signal Processing, Vol. 56, N° 4, abril de 2008, e por Hoshyar, et al., em "Efficient Multiple Access Technique", IEEE 71st VTC 2010, pp. 1-5, ambos sendo incorporados no presente relatório descritivo por referência. O MPA é analisado nesse caso para determinar um número reduzido de computações necessárias ou imprescindíveis para manter o desempenho próximo do ótimo do MPA. A análise mostra que a complexidade do MPA pode ser reduzida por redução do número de computações necessárias ou imprescindíveis, sem sacrificar ou reduzir substancialmente o desempenho. A redução do número de multiplicações pode também reduzir o número de somas no MPA, em que o modo de salto dos termos de multiplicação pode também remover os termos de soma.

[0030] Com relação à complexidade de computações para os VNs, as multiplicações no MPA são executadas por iteração do MPA e por bloco de propagação (ou ramificação) como

. O número de multiplicações por iteração por bloco de propagação foi verificado como sendo

, e, por conseguinte, o número de multiplicações para as iterações totais é

em que iterMPA( f )denota o número de iterações no bloco de propagação f.

[0031] Em relação à complexidade de computações para os FNs, as multiplicações no MPA são executadas por iteração do MPA e por bloco de propagação como

O número de multiplicações por iteração por bloco de propagação foi verificada como sendo

e, por conseguinte, o número de multiplicações para as iterações totais é

[0032] A complexidade total do MPA, em termos do número total de multiplicações pode ser representada como

(para ambos os FNs e VNs). Ainda mais, o número de cálculos para as iterações totais de um turbodecodificador, que podem ser usados em um receptor de LDS é

, em que iter ( j) denota o número de iterações do turbodecodificador necessárias para decodificação dos dados j's do usuário. Adicionalmente, o calculador de probabilidade de um turbo MPA, que também pode ser usado no receptor de LDS, para aperfeiçoar o desempenho, como descrito em uma concretização abaixo, é

. Desse modo, a complexidade total no receptor de LDS, usando os algoritmos e os esquemas turbo mencionados acima, fica

, em que iterout denota o número de iterações do laço externo.

[0033] Para reduzir a complexidade dos cálculos para um FN, alguns termos de multiplicação nas relações matemáticas apresentadas acima podem ser desprezados, tais como os termos exponenciais (por exemplo, as funções exp(.)), que são consideradas relativamente pequenas em relação aos outros termos, e os termos nos quais uma probabilidade entrante de uma ramificação é considerado relativamente pequeno em relação aos outros termos. Os termos podem ser determinados para serem relativamente pequenos, quando os valores desses termos são menores do que um determinado limiar, ou de acordo com uma relação com respeito aos outros termos. O número total resultante de combinações efetivas para uma ramificação de um FN é

, e o número de multiplicações de complexidade reduzida fica sendo

Portanto, a meta é de reduzir o termo Tn(k). Os termos exponenciais podem ser também calculados uma vez a cada iteração (por exemplo, a iteração inicial), e os valores obtidos podem ser depois reutilizados pelas iterações do MPA.

[0034] Para reduzir a complexidade dos cálculos para um VN, alguns termos de multiplicação nas relações matemáticas apresentadas acima podem ser desprezados, tais como os termos exponenciais, que são considerados relativamente pequenos, e os termos nos quais uma probabilidade entrante de uma ramificação é considerada relativamente pequena, por exemplo, inferior a um determinado limiar, ou em comparação com outros termos. O número total resultante de multiplicações por nó variável é

e o número de multiplicações com complexidade reduzida fica sendo

[0035] Adicionalmente, o termo iterMPA( f ) acima é reduzido no MPA usando a terminação antecipada do processo iterativo. As iterações do MPA podem ser terminadas antecipadamente, quando as probabilidades convergem suficientemente por ajuste de um parâmetro de convergência. Um indicador de terminação antecipada pode ser uma medida de convergência, que é definida pela probabilidade dos pontos da constelação em cada VN. Por exemplo, quando a norma da diferença entre as probabilidades atualizadas e os seus valores prévios é inferior a um limiar predeterminado, as iterações do MPA são terminadas. Como descrito acima, a redução de complexidade do MPA é obtida por redução da complexidade das computações para os FNs e para os VNs por remoção de alguns termos de computação, como descrito acima, e por uso de terminação antecipada do MPA com base em um parâmetro de convergência.

[0036] A Figura 3 é uma concretização de um receptor de LDS 300, que implementa uma decisão de laço externo com um turbodecodificador de código e com uma terminação antecipada de laço externo de detecção de LDS. O receptor de LDS 300 compreende um detector de MPA 310, configurado para implementar um MPA de complexidade reduzida, como descrito acima (por desprezo dos termos exponenciais e dos termos nos quais uma probabilidade entrante de uma ramificação é considerada relativamente pequena, e por uma terminação antecipada de MPA interno, de acordo com parâmetro de convergência). o MPA de complexidade reduzida ou baixa é obtida por redução do número de computações para ambos os FNs e VNs (por desprezo dos termos exponenciais relativamente pequenos e dos termos nos quais uma probabilidade entrante de uma ramificação é relativamente pequena) e por terminação antecipada do processo iterativo do MPA (de acordo com um parâmetro de convergência).

[0037] Adicionalmente, o laço externo do turbodetector de MPA 310 é terminado antecipadamente com base no indicador de terminação antecipada de laço externo, por exemplo, quando as possibilidades atualizadas convergem de acordo com um limiar nas saídas de FEC. O receptor de LDS 300 compreende ainda um ou mais decodificadores de correção antecipada de erro (FEC) de entrada de programa - saída de programa (SISO) 320, acoplados à saída do detector de MPA 310. Cada decodificador SISO 320 pode ser usado para um respectivo UE. O ou os decodificadores SISO 320 recebem os valores de LLRs ou de probabilidade do MPA e processam os valores recebidos para proporcionar valores de LLRs ou de probabilidade para o bloco de decisão de hardware 330 para cada um dos UEs desejados. O receptor de LDS 300 também compreende um laço externo para um turbo-MPA 325, configurado para determinar informações a priori atualizadas para detecção de LDS (para o detector de MPA 310), com base na saída do ou dos decodificadores SISO 320.

[0038] O laço externo para o turbo-MPA 325 recebe as probabilidades (por exemplo, as LLRs) na saída do detector de MPA 310 e na saída dos decodificadores SISO, e calcula a diferença entre as LLRs, para obter informações extrínsecas. As informações extrínsecas de bits são usadas para atualizar informações a priori sobre os pontos da constelação de cada VN (ou UE). Um critério de convergência de laço externo pode ser definido para terminar antecipadamente as iterações de laços externos. Após terminação do laço externo, a saída do ou dos decodificadores SISO 320 é enviada para o ou os blocos de decisão de hardware 330, para posterior processamento. Os blocos de decisão 330 para os UEs desejados processam as probabilidades correspondentes para determinar os respectivos bits para os UEs desejados. Usando o laço externo para o turbo-MPA 325, o MPA para detecção de LDS pode ser terminado quando a terminação antecipada do laço externo é satisfeita, ou se um determinado número máximo das iterações é atingido. O laço externo aperfeiçoa o desempenho em comparação com o MPA sem qualquer estrutura de laço externo.

[0039] O laço externo adicional para o componente do turbo-MPA 325 pode incorporar custo ao receptor de LDS 300, mas aperfeiçoa ainda o desempenho do MPA para detectar a modulação de LDS (por exemplo, em termos de velocidade). O aperfeiçoamento em desempenho pode acentuar o aumento em custo e é, portanto, justificável para a complexidade total de detecção de LDS e aperfeiçoamento do desempenho. O uso do laço externo adicional para o turbo-MPA 325 no receptor de LDS de baixa complexidade 300 é opcional. Por exemplo, em outras concretizações, o detector de MPA 310 implementa o MPA de baixa complexidade, com menos cálculos de complexidade para os FNs e os VNs e com terminação antecipada para as iterações do MPA, sem usar o laço externo adicional para o turboMPA 325, por exemplo, sem outras informações extrínsecas de cálculo e laço externo de probabilidades a priori e terminação antecipada, com base na saída dos decodificadores.

[0040] A Figura 4 é uma concretização de um MPA de baixa complexidade, que pode ser implementado em um receptor de LDS de baixa complexidade, por exemplo, no receptor de LDS 300. Na etapa 410, uma pluralidade de canais ou assinaturas de multiplexação para uma pluralidade de UEs podem ser recebidos. Por exemplo, 4 sinais são recebidos e multiplexam 6 símbolos para 6 UEs correspondentes. Na etapa 420, uma pluralidade de FNs são calculados usando computações do MPA, que mapeiam os VNs em FNs, excluindo os termos de multiplicação e os relacionados de soma relativamente pequenos, e usando as assinaturas de multiplexação recebidas e um vetor inicial de probabilidades a priori (ap) para cada um da pluralidade de VNs correspondentes aos UEs. A matriz de propagação, que se refere aos sinais de multiplexação para os símbolos de UEs, é também usada no MPA, para calcular os FNs. Os termos de multiplexação e os de soma relacionados saltados incluem termos exponenciais relativamente pequenos e/ou termos nos quais as probabilidades entrantes de uma ramificação são relativamente pequenas. As ramificações entre os FNs e os VNs são determinadas pela matriz de propagação. O tamanho dos termos relativamente pequenos podem ser determinados com base em um limiar predeterminado ou uma relação mínima com respeito a outros termos de computação ou multiplicação do MPA (por exemplo, menos de 5% do tamanho dos outros termos).

[0041] Na etapa 430, as probabilidades para os VNs são atualizadas por uso de computações do MPA, que mapeiam os FNs em VNs, excluindo os termos de multiplicação e os de soma relacionados relativamente pequenos, e usando os últimos FNs calculados. A matriz de propagação, que se refere aos sinais de multiplexação para os símbolos dos UEs, é também usada no MPA para calcular os VNs. Os termos de multiplicação e os de soma relacionados saltados incluem termos exponenciais relativamente pequenos e/ou termos nos quais a probabilidade entrante de uma ramificação são relativamente pequenos. O tamanho dos termos relativamente pequenos pode ser determinado com base em um limiar predeterminado ou em uma reação mínima com respeito a outros termos de computação ou multiplicação do MPA (por exemplo, menos de 5% do tamanho dos outros termos).

[0042] Na etapa 440, o processo 400 determina se terminar o MPA. As iterações do MPA podem ser terminadas quando as probabilidades atualizadas convergem dentro de uma diferença de limiar predeterminada, ou quando o número de iterações do MPA atinge um número máximo predeterminado de iterações de MPA. Se as probabilidades atualizadas convergirem (por exemplo, as diferenças entre as probabilidades atualizadas e os valores de probabilidade prévios correspondentes são inferiores ao limiar), ou o número máximo de iterações do MPA é atingido, então o processo 400 segue para a etapa 450. De outro modo, o processo 400 retorna para implementar a etapa 420 e depois a etapa 430 em uma nova iteração (por exemplo, no detector de MPA 310). Em outra concretização, os termos exponenciais podem ser computados e considerados nas computações para os FNs e os VNs (nas etapas 420 e 430) em uma primeira ou iteração inicial do MPA, e os mesmos valores podem ser reutilizados nas iterações subsequentes, sem recalcular os mesmos termos.

[0043] Na etapa 450, as probabilidades (por exemplo, as LLRs) convergidas são decodificadas em um ou mais decodificadores (por exemplo, os decodificadores SISO 320). Cada vetor de probabilidades para um VN, correspondente a um dos UEs, pode ser enviado a um decodificador correspondente. Na etapa 460, o processo 460 determina (por exemplo, o laço externo para o turbo-MPA 325) se terminar o laço externo. O laço externo pode ser terminado quando a diferença entre as probabilidades decodificadas (por exemplo, dos decodificadores 320) e as probabilidades convergidas usando o MPA (por exemplo, do detector de MPA 310) estiver dentro de um limiar de diferença, ou quando o número de iterações do laço externo atingir um número máximo predeterminado de iterações do laço externo. Se a diferença entre as probabilidades decodificadas e as últimas probabilidades atualizadas, usando o MPA, convergir, ou o número máximo de iterações do laço externo for atingido, então o processo 400 segue para a etapa 470. De outro modo, o processo 400 segue para a etapa 465, na qual informações a priori de pontos da constelação de cada VN são atualizadas com base na informação extrínseca obtida dos decodificadores (por exemplo, os decodificadores SISO). O processo 400 retorna para a etapa 420 para reiniciar a detecção do MPA (por exemplo, por meio de um laço externo dos decodificadores para o detector de MPA). Na etapa 470, as probabilidades convergidas decodificadas são processadas em um ou mais blocos de decisão (por exemplo, os blocos de decisão 330) para detectar ou estimar os símbolos para os UEs. Cada vetor de probabilidades para um VN correspondente a um dos UEs pode ser enviado a um bloco de decisão correspondente.

[0044] Uma pluralidade de simulações foi executada para examiner os ganhos de usar o algoritmo de MPA de baixa complexidade mencionado acima, por exemplo, como descrito no processo 400, ou o receptor de LDS 300. A tabela 2 mostra alguns dos parâmetros e detalhes de simulação que foram considerados. Tabela 2: Parâmetros e detalhes de simulação

[0045] Dois parâmetros de limiar são usados para controlar ou reduzir a complexidade do algoritmo de MPA. O primeiro parâmetro, Pth, é um limiar nas probabilidades entrantes, sob as quais a multiplica é saltada (para ambos os nós funcionais e os nós variáveis). O segundo parâmetro, Nth, é um limiar no termo de norma

, acima do qual a multiplicação do termo exponencial (por exemplo, exp()function) é saltada. O Nth pode ser determinado de modo que o termo exp(l) fique igual ao Pth para o Nth. Isso simplifica a otimização (otimização unidimensional). Nesse caso, Nth pode ser calculado como

.

[0046] A Figura 5 mostra o efeito de Pth na complexidade do algoritmo de MPA. O gráfico 500 inclui os pontos representados graficamente ou curvas para a complexidade média (como o número de multiplicações) por iteração de MPA versus a relação de sinal para ruído (SNR) em decibéis (dB) para 4 diferentes valores de Pth, em que Pth = 0 corresponde o caso de MPA sem qualquer redução de complexidade. O gráfico 500 mostra que a redução de complexidade é maior para maiores valores de SNR, pois os sinais recebidos ficam mais próximos aos pontos transmitidos de momento, e, desse modo, um maior número de termos exp(.) e termos de probabilidade podem ser removidos por iterações do MPA. A Figura 6 mostra o desempenho do algoritmo de MPA para diferentes valores de Pth. O gráfico 600 inclui pontos representados graficamente ou curvas para a taxa de erros de bloco (BLER) versus a SNR para os dois valores de Pth, e no caso do algoritmo de MPA padronizado sem qualquer redução de complexidade (por exemplo, sem saltar termos de computação ou multiplicação). O gráfico 600 mostra que um Pth - estrutura de base-4 reduz substancialmente a complexidade, enquanto que a degradação do desempenho da BLER é desprezível.

[0047] A Figura 7 mostra o efeito da terminação antecipada do MPA na complexidade do algoritmo. O gráfico 700 inclui pontos representados graficamente ou curvas para a complexidade (como o número de multiplicações) versus a SNR para três diferentes valores de Pth, incluindo Pth = 0. O gráfico 700 mostra que a terminação antecipada é substancialmente efetiva na região de baixa SNR, na qual uma iteração de MPA extra não é útil. A combinação de limiares de probabilidade (para excluir os termos de computação) e a terminação antecipada do MPA podem aperfeiçoar a complexidade do MPA por toda a região da SNR.

[0048] A Figura 8 mostra a complexidade total de um receptor de LDS a valores variáveis da SNR. O gráfico 800 inclui pontos representados graficamente ou curvas para a complexidade (como o número de multiplicações) versus a SNR para diferentes combinações de valores de Pth (incluindo Pth = 0), e técnicas de redução de complexidade. O gráfico 800 mostra a complexidade total, incluindo o efeito de diferentes combinações de probabilidade / limiar exponencial (usadas para excluir os termos de computação), a terminação antecipada de MPA, e terminação antecipada de laço externo versus a SNR. A complexidade total é observada como diminuindo ainda mais para uma alta SNR, quando todas as três técnicas são combinadas.

[0049] A Figura 9 mostra o percentual de redução da complexidade total usando todas as três técnicas de redução de complexidade. O gráfico 900 inclui pontos ou uma curva representados graficamente para a economia de complexidade total (como um percentual) versus a SNR. A curva é obtida da relação da curva para Pth = estrutura de base-4 com todas as três técnicas na Figura 8, e a curva para Pth = 0 para um MPA padronizado sem redução de complexidade.

[0050] A Figura 10 mostra o ganho do laço externo, por exemplo, usando o laço externo para o turbo-MPA 325 no receptor de LDS 300. O gráfico 1000 inclui pontos representados graficamente ou curvas para BLER versus SNR para diferentes números de UEs multiplexados, com ou sem iterações de laço externo. Há três casos (para 6 de 6, 4 de 6 e 2 de 6 UEs ativos) considerados sem laço externo, e três casos adicionais (para 6 de 6, 4 de 6 e 2 de 6 UEs ativos) considerados para o receptor com 7 iterações de laço externo. Os resultados mostram que o laço externo proporciona ganho, substancialmente quando mais UEs estão interferindo de topo entre si. O ganho diminui quando o número de UEs programados diminui.

[0051] A Figura 11 é um diagrama de blocos de um sistema de processamento 1100, que pode ser usado para implementar várias concretizações. Dispositivos específicos podem utilizar todos os componentes mostrados, ou apenas um subconjunto dos componentes, e os níveis de integração podem variar de dispositivo a dispositivo. Além do mais, um dispositivo pode conter múltiplas ocorrências de um componente, tais como múltiplas unidades de processamento, processadores, memórias, transmissores, receptores, etc. O sistema de processamento 1100 pode compreender uma unidade de processamento 1101, equipada com um ou mais dispositivos de entrada / saída, tais como um alto-falante, um microfone, um mouse, uma tela de toque, um teclado compacto, um teclado, uma impressora, um monitor e assemelhados. A unidade de processamento 1101 pode incluir uma unidade de processamento central (CPU) 1110, uma memória 1120, um dispositivo de armazenamento de massa 1130, um adaptador de vídeo 1140, e uma interface I/O 1160 conectada a um barramento. O barramento pode ser um ou mais de quaisquer tipos de várias arquiteturas de barramento, incluindo barramento de memória ou controlador de memória, um barramento periférico, um barramento de vídeo ou as similares.

[0052] A CPU 1110 pode compreender qualquer tipo de processador de dados eletrônico. A memória 1120 pode compreender qualquer tipo de memória de sistema, tal como uma memória de acesso aleatório estática (SRAM), memória de acesso aleatório dinâmica (DRAM), DRAM síncrona (SDRAM), memória exclusiva de leitura (ROM), uma combinação delas ou assemelhados. Em uma concretização, a memória 1120 pode incluir ROM, para uso no carregamento, e DRAM para armazenamento de programas e dados, para uso durante a execução de programas. Nas concretizações, a memória 1120 é não transitória. O dispositivo de armazenamento de massa 1130 pode compreender qualquer tipo de dispositivo de armazenamento, configurado para armazenar dados, programas e outras informações, e tornar os dados, os programas e outras informações acessíveis por meio do barramento. O dispositivo de armazenamento de massa 1130 pode compreender, por exemplo, um ou mais de uma unidade no estado sólido, uma unidade de disco rígido, uma unidade de disco magnético, uma unidade de disco óptico ou similares.

[0053] O adaptador de vídeo 1140 e a interface I/O 1160 proporcionam interfaces para acoplar os dispositivos externos de entrada e saída à unidade de processamento. Como ilustrado, os exemplos de dispositivos de entrada e saída incluem um monitor 1190, acoplado ao adaptador de vídeo 1140, e qualquer combinação de mouse / teclado / impressora 1170 acoplada à interface I/O 1160. Outros dispositivos podem ser acoplados à unidade de processamento 1101, e cartões de interface em menor número ou adicionais podem ser utilizados. Por exemplo, um cartão de interface serial (não mostrado) pode ser usado para proporcionar uma interface serial para uma impressora.

[0054] A unidade de processamento 1101 também inclui uma ou mais interfaces de rede 1150, que podem compreender conexões ligadas com fios, tal como um cabo de Ethernet ou assemelhados, e/ou conexões sem fio para acesso a nós ou a uma ou mais redes 1180. A interface de rede 1150 permite que a unidade de processamento 1101 se comunique com as unidades remotas por meio das redes 1180. Por exemplo, a interface de rede 1150 pode proporcionar comunicação sem fio por meio de um ou mais transmissores / antenas transmissoras e um ou mais receptores / antenas receptoras. Em uma concretização, a unidade de processamento 1101 é acoplada a uma rede de área local ou uma rede de longa distância para processamento e comunicações de dados com dispositivos remotos, tais como outras unidades de processamento, a Internet, instalações de armazenamento remotas, ou similares.

[0055] Ainda que a invenção tenha sido descrita com referência às concretizações ilustrativas, essa descrição não é tencionada para ser considerada em um sentido limitante. Várias modificações e combinações das concretizações ilustrativas, bem como outras concretizações da invenção, vão ser evidentes àqueles versados na técnica por referência à descrição. Tenciona-se, portanto, que as concretizações em anexo abranjam quaisquer dessas modificações.

Claims

1. Método para detectar transmissões de assinatura de baixa densidade (LDS), caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: receber, em um receptor de um componente de rede, sinais de multiplexação com base em uma pluralidade de nós funcionais (FNs); calcular, em um detector do componente de rede, primeiros valores correspondendo a recursos de multiplexação por divisão de frequência ortogonal (OFDM) nos FNs usando primeiras computações de algoritmo de passagem de mensagem (MPA) através de uma pluralidade de nós variáveis (VNs) correspondendo a símbolos de equipamentos de usuário (UEs) e FNs e usando informações a priori em um vetor inicial de probabilidades para cada um dos VNs; excluir das primeiras computações de MPA primeiros termos de multiplicação relativamente pequenos, em que os primeiros termos de multiplicação relativamente pequenos incluem primeiros termos exponenciais pequenos e primeiros termos com probabilidades pequenas; atualizar as probabilidades para os VNs usando os primeiros valores calculados no FNs sem os primeiros termos de multiplicação relativamente pequenos excluídos; e repetir iterativamente cálculos para atualizar os FNs usando segundas computações de MPA, excluir segundos termos de multiplicação relativamente pequenos e atualizar segundas probabilidades para os VNs, em que os segundos termos de multiplicação relativamente pequenos incluem segundos termos exponenciais pequenos e segundos termos com probabilidades pequenas.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os primeiros termos de multiplicação relativamente pequenos e os segundos termos de multiplicação relativamente pequenos incluem termos onde probabilidade entrante de uma ramificação é relativamente pequena.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a etapa de excluir das primeiras computações de MPA e das segundas computações de MPA uma pluralidade de termos de soma relativamente pequenos relacionados aos primeiros termos de multiplicação relativamente pequenos e aos segundos termos de multiplicação relativamente pequenos.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as probabilidades são razões de verossimilhança do tipo logarítmica (LLRs) para transmissões de modulação de chaveamento de deslocamento de fase binária (BPSK) ou valores de confiabilidade normalizados para uma pluralidade de pontos de constelação para cada um dos VNs.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o método ainda compreende as etapas de: detectar convergência de probabilidades; decodificar as probabilidades convergidas para obter informações extrínsecas para os VNs; até que uma diferença entre as probabilidades convergidas e as probabilidades decodificadas atinja um segundo limiar predeterminado ou um número máximo predeterminado de iterações de laço externo seja atingido, atualizar informações a priori de pontos de constelação de cada um dos VNs com base nas informações extrínsecas; e repetir a atualização das probabilidades para os VNs para uma ou mais iterações adicionais usando as informações a priori atualizadas no vetor inicial de probabilidades para cada um dos VNs.

6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que ainda compreende a etapa de, dada a convergência da diferença dentro do segundo limiar predeterminado, processar as probabilidades convergidas decodificadas para os VNs para obter os símbolos para os UEs.

7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o método ainda compreende a etapa de terminar antecipadamente as segundas computações de MPA para assim proporcionar últimos FNs atualizados, em que as segundas computações de MPA são terminadas antecipadamente quando uma razão entre últimos termos relativamente pequenos e tamanhos de outros termos é menor do que 5 por cento dos tamanhos dos outros termos.

8. Componente de rede para detectar transmissões de assinatura de baixa densidade (LDS), caracterizado pelo fato de que o componente de rede compreende: um processador; e um meio de armazenamento legível por computador armazenando programação para execução pelo processador, a programação incluindo instruções para implementar ações em um método como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 7.

9. Componente de rede para detectar transmissões de assinatura de baixa densidade (LDS), caracterizado pelo fato de que o componente de rede compreende: um receptor configurado para receber sinais de multiplexação com base em uma pluralidade de nós funcionais (FNs); um primeiro detector configurado para calcular informações a priori em um vetor de probabilidades para cada um de uma pluralidade de nós variáveis (VNs) usando múltiplas iterações de computações de algoritmo de passagem de mensagem (MPA) através dos VNs e da pluralidade de FNs até que as probabilidades convirjam dentro de um limiar predeterminado ou um número máximo predeterminado de iterações de MPA seja atingido, e excluir das computações de MPA termos de multiplicação relativamente pequenos, em que os termos de multiplicação relativamente pequenos incluem primeiros termos exponenciais pequenos e primeiros termos com probabilidades pequenas, em que a pluralidade de FNs corresponde a recursos de multiplexação por divisão de frequência ortogonal (OFDM) e os VNs correspondem a símbolos de equipamentos de usuário (UEs); e pelo menos um segundo detector para os VNs acoplados ao primeiro detector e configurados para decodificar as probabilidades para cada um dos VNs e proporcionar as probabilidades calculadas para os VNs.

10. Componente de rede, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o componente de rede ainda compreende um laço externo acoplado ao pelo menos um segundo detector e ao primeiro detector, o laço externo configurado para receber as probabilidades calculadas para os VNs a partir do pelo menos um segundo detector e as probabilidades para cada um dos VNs a partir do primeiro detector e configurado para calcular informações extrínsecas com o objetivo de enviar informações a priori atualizadas de uma pluralidade de pontos de constelação de cada um dos VNs para o primeiro detector.

11. Componente de rede, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que os termos de multiplicação relativamente pequenos incluem termos onde probabilidade entrante de uma ramificação é relativamente pequena, e em que o limiar predeterminado é um valor fixo predeterminado.

12. Componente de rede, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que ainda compreende um ou mais blocos de decisão acoplados ao pelo menos um segundo detector e configurados para, dada a convergência de probabilidades decodificadas, proporcionar uma pluralidade de símbolos correspondentes para os UEs usando as probabilidades convergidas decodificadas para os VNs.

13. Componente de rede, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que cada um dos pelo menos um segundo detector decodifica as probabilidades para um dos VNs correspondendo a um dos UEs, e em que cada um dos um ou mais blocos de decisão proporciona um dos símbolos correspondentes para um dos UEs.

14. Componente de rede, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que um número de sinais multiplexados é menor do que um número de símbolos correspondentes para os UEs, em que um número de VNs é igual ao número de símbolos correspondentes, e em que um número de FNs é igual ao número de sinais de multiplexação.