CN104919773B

CN104919773B - 在移动通信系统中用于支持多址信号的方法和装置

Info

Publication number: CN104919773B
Application number: CN201380058888.8A
Authority: CN
Inventors: 林治雨; 金相晓; 张珉; 姜瑱焕; 金暻奎; 金大均; 柳贤锡; 朴承勋; 申承湜
Original assignee: Sungkyunkwan University School Industry Cooperation; Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Sungkyunkwan University School Industry Cooperation; Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2012-11-09
Filing date: 2013-11-11
Publication date: 2018-11-13
Anticipated expiration: 2033-11-11
Also published as: KR20140060162A; CN104919773A; KR102043023B1; WO2014073925A1; US9379922B2; US20140133593A1

Abstract

为了生成多址信号，每个发射机通过使用所有或部分信道资源来发送信号。将每个发射机的信号映射到OFDM时频资源空间作为格状调制路径。移动通信系统将多个发射机的格状调制路径映射到相同的资源空间。为了有效地检测并区分通过相同的信道资源空间发送的多个发射机的信号，接收机使用码元之间的消息传递方法和路径连接方法。接收机使用状态空间扩展方法、回向预解码方法和连续干扰取消方法来更有效地重构发现信号。

Description

在移动通信系统中用于支持多址信号的方法和装置

技术领域

本公开涉及一种移动通信系统，并且更具体地涉及一种用于生成/重构多址信号的方法和装置。

背景技术

移动通信系统被广泛地构造用于提供各种类型的通信。例如，可以通过移动通信系统提供语音和/或数据。典型的移动通信系统或网络可以向多个用户提供对一个或多个共享的资源的访问。

一般，移动通信系统中的多址指的是这样的方法，其中：多个发射机通过使用相同的传输介质在具有有限频带的相同区域之内发送信号，并且通过多址来共享传输介质的传输容量。多址技术大致分为两种方法。

发明内容

技术问题

第一种方法对应于基于竞争的多址。多个发射机通过使用相同的信道来发送多址信号。此时，当两个或更多个信号被同时发送时，信号可能彼此冲突。为了解决由于信号之间的冲突引起的问题，使用冲突检测和恢复方法、冲突避免方法等等。

第二种方法对应于信道资源划分方法。发射机独占地接收给定的信道资源的一部分并且发送多址信号。此时，信道资源可以是时间、频率、正交码等等。信道资源划分方法对应于这样的方法，其中：多个发射机共享所有给定资源，并且最近主要使用具有优秀的频率效率的正交频分多址(OFDMA)。

解决方案

为了解决上面讨论的缺陷，主要目标是提供一种用于简单地执行生成和重构多址信号的过程的装置和方法。

本公开提供了一种装置和方法，其中即使多个发射机使用相同的信道资源空间发送信号，接收机也有效地检测信号并在各个发射机的信号之间精确地区分。

本公开提供了一种能够通过生成单音调信号来获取高功率增益的装置和方法。

根据本公开的一方面，提供了一种在移动通信系统中发送多址信号的方法。该方法包括：基于格状图选择传输资源；以及使用所选择的传输资源向接收机发送数据，其中格状图包括与至少一个音调的位置改变有关的信息。

根据本公开的另一方面，提供了一种用于在移动通信系统中发送多址信号的装置。该装置包括：控制器，基于格状图选择传输资源；以及发射机，使用所选择的传输资源向接收机发送数据，其中格状图包括与至少一个音调的位置改变有关的信息。

根据本公开的另一个方面，提供了一种在移动通信系统中接收多址信号的方法。该方法包括：解调从发射机发送的多址信号；以及基于格状图重构多址信号，其中重构信号由发射机基于格状图来选择传输资源，并且是使用所选择的传输资源的发送数据；并且其中格状图包括与至少一个音调的位置改变有关的信息。

根据本公开的另一方面，提供了一种用于在移动通信系统中接收多址信号的装置。该装置包括：解调器，解调从发射机发送的多址信号；以及控制器，基于格状图重构多址信号，其中重构信号由发射机基于格状图选择传输资源，并且是使用所选择的传输资源发送的数据；并且其中格状图包括与至少一个音调的位置改变有关的信息。

根据本公开，可以简单地执行生成和重构信号的过程。

根据本公开，即使多个发射机通过使用相同的信道资源空间发送信号，接收机也可以有效地检测信号并区分信号。

根据本公开，因为允许重叠，所以通过不使用信道码可以减少奇偶校验量。

根据本公开，通过生成单音调信号，获取了高功率增益，从而可以增加发现覆盖范围和发现容量。

根据本公开，因为格状调制的音调可以用于预测信道，所以不使用单独的导频，因此，可以减少开销。

在进行下面的“具体实施方式”之前，阐述遍及此专利文档中使用的某些词语和短语的定义可能是有利的：术语“包括”和“包含”及其衍生词意思是没有限制的包括；术语“或”是包括的，意思是和/或；短语“与……相关联”和“与其相关联的”及其衍生词可以意指包括、被包括在……之内、与……互连、包含、被包含在……之内、连接到或与……连接、耦接到或与……耦接、与……可通信的、与……合作、交织、并置、接近、绑定到或与……绑定、具有、具有……的属性等等；并且术语“控制器”意思是控制至少一个操作的任何设备、系统或其部分，这样的设备可以用硬件、固件或软件、或至少其中两个的某种组合来实施。应该注意到，与任何特定的控制器相关联的功能可以是集中或分布的，不管是本地的还是远程的。贯穿此专利文档提供某些词语和短语的定义，本领域普通技术人员应该理解，如果不是大多数情况则在很多情况中，这样的定义适用于如此定义的词语和短语的先前以及未来的使用。

附图说明

为了更完全地理解本公开及其优点，现在参考以下结合附图的描述，其中相似的参考标号代表相似的部分：

图1示出一般移动通信系统中可以被应用到LTE标准的上行链路LTE-D2D时序结构；

图2示出资源选择和资源跳频(hopping)被应用到的上行链路时序结构；

图3示出基于一般OFDM物理层的资源的配置；

图4是示出根据本公开的第一实施例的格状图和格状矩阵的示图；

图5示出根据本公开的第一实施例的格状调制路径映射的示例；

图6示出根据本公开的第一实施例的根据2比特信息的初始参考状态的确定的示例；

图7示出根据本公开的第一实施例的格状调制路径生成过程的示例；

图8示出根据本公开的第一实施例的格状调制多址传输环境；

图9示出根据本公开的第二实施例的格状调制路径重构过程的示例；

图10示出根据本公开的第二实施例的状态满足图案检查过程的示例；

图11至图16示出消息传递算法的操作的示例。

图17示出根据本公开的第二实施例的第一子实施例的连接重构路径的路径连接过程的示例；

图18示出根据本公开的第二实施例的第一子实施例的当在重构中丢失图案时的重构方法；

图19示出根据重叠之后的分离的结果；

图20和图21示出根据本公开的第二实施例的第二子实施例的基于重叠的状态空间扩展的示例；

图22和图23示出根据本公开的第二实施例的第三子实施例的后向预解码方法；

图24至图26示出根据本公开的第二实施例的第四子实施例的连续干扰取消方法；

图27是示出根据本公开的第一实施例的多址信号生成方法的流程图；

图28是示出根据本公开的第二实施例的多址信号重构方法的流程图；

图29是示出根据本公开的第二实施例的第一子实施例的使用消息传递方法的解码方法的流程图；

图30是示出根据本公开的第二实施例的第四子实施例的连续干扰取消方法的流程图；

图31示出根据本公开的第一实施例的多址信号生成装置的框图；

图32示出根据本公开的第二实施例的多址信号重构装置的框图；

图33描绘根据本公开的第一实施例当使用单个资源块(RB)时根据终端数量的能力的曲线图；以及

图34描绘本公开和相关技术之间的差异的曲线图。

具体实施方式

下面讨论的图1至图34以及在此专利文献中用于描述本公开的原理的各种实施例仅作为说明，而不应该以任何方式解释为限制本公开的范围。本领域技术人员将理解可以用任何适当布置的通信技术实施本公开的原理。下文中，将参照附图详细地描述本公开的示范性实施例的操作原理。在本公开的以下描述中，当确定详细描述可能使本公开的主题内容不清楚时，将省略合并于此的公知配置或功能的详细描述。稍后描述的术语是考虑本公开的功能而定义的，但是根据用户或操作者的意图或惯例可能变化。因此，应该基于遍及说明书的内容来进行定义。

此外，与无线终端(下文中称为“终端”)相关联地描述各种实施例。另外，终端可以被称为系统、订户单元、订户站、移动站、移动远程站、接入点、远程终端、接入终端、用户终端、用户代理、用户设备或用户装置(UE)。终端可以是蜂窝电话、无绳电话、会话发起协议(SIP)电话、无线本地回路(WLL)站、个人数字助理(PDA)、具有无线接入能力的便携式设备、连接至无线调制解调器的计算设备或处理设备。

下文提供的各种实施例或特征可以通过使用标准编程和/或工程技术的方法、装置或制品来实施。在此使用的术语“制品”包括可以通过任意计算机可读设备存取的计算机程序、载体或介质。例如，计算机可读介质包括磁性存储器件(例如，硬盘、软盘、磁带等)、光学盘(例如，高密度盘(CD)、数字多功能盘(DVD)等)、智能卡和闪存器件(例如，电可擦除和可编程只读存储器(EEPROM)、卡、棒、钥匙驱动器等)，但是本公开不限于此。此外，在此提供的各种存储介质包括用于存储信息的一个或多个器件和/或机器可读介质。术语“机器可读介质”包括可以存储、处理和/或发送命令和/或数据的无线信道以及其他各种媒体，但是本公开不限于此。

多址环境一般指示这样的情况，多个终端向移动通信系统中的一个中继站和基站发送信号。然而，多址环境包括各种类型的新通信环境，例如，设备对设备(D2D)环境或机器对机器(M2M)环境。以下将描述D2D环境作为示例。

图1示出一般移动通信系统中可以被应用到LTE标准的上行链路长期演进(LTE)-D2D时序结构。

以下将参照图1描述可以应用到LTE标准的发现上行链路的过程。

参照图1，需要两个终端首先检测彼此的存在，以便在移动通信系统中执行它们之间的D2D通信。因此，每个终端定期向周围地区通知其存在，并同时发现其他终端的存在。在LTE上行链路时序结构中，与部分时间对应的信道资源用于D2D发现，如图1中所示。在这个时间期间，每个终端广播其自己的发现信号，并且接收从D2D网络发送的发现信号。即，D2D网络上的所有终端生成多址信号并且接收其他终端的多址信号。

与物理上行链路共享信道(PUSCH)非常相似地生成发现信号。每个终端通过使用一个资源块(RB)来发送发现信号。一个RB由时间上的14个码元和频率上的12个子载波组成。在14个码元当中，最后一个码元用于发送-接收切换。因此，每个终端通过使用由总共13个码元和12个子载波组成的156个资源元素(RE)来发送发现信号。

根据LTE标准，同时在频率上存在多个RB。通过给定的带宽来确定RB的数量。例如，当给定10MHz的带宽时，总共存在44个PUSCH RB。因此，在LTE-D2D中，多个终端通过频分多址方案同时并行地发送发现信号，如图1中所示。

图2示出资源选择和资源跳频(hopping)被应用到的上行链路时序结构。

当使用10MHz的带宽时，一个发现时段由时间上的64个RB和频率上的44个RB组成，如图2中所示。因此，一个发现时段由总共2816个RB组成。每个终端在终端自身发送发现信号时不能接收另一终端的发现信号。因此，在下一个发现时段中，根据预定图案改变通过其来发送发现信号的RB。它被称为资源块跳频。

每个终端一般期望独占地使用RB，但是在D2D网络中不考虑专门向终端分配资源的中央控制器(例如，基站、接入点(AP)等)。因此，每个终端自己选择一个RB来发送发现信号。在D2D发现过程开始之时，例如，在开启电源的时刻，终端不发送发现信号，而是仅接收从另一终端广播的发现信号。如上所述，终端接收从另一终端发送的信号，测量每个RB的能量来确定排名，然后随机选择具有低能量的一个RB来发送发现信号。这样的方法与用于逐渐最大化选择相同RB的终端之间的距离的冲突避免方案对应。

即使在监听之后使用资源选择方法也不能完美地防止两个或更多相邻终端选择相同的资源。因此，为了检测冲突，终端不在多个发现时段当中的任意一个时段期间发送信号，而是检测能量来识别另一个终端是否通过使用相同的RB发送信号。如果终端检测到另一终端通过使用相同的RB来发送信号，则终端重新选择RB来避免冲突。这是一种冲突检测方案。

如上所述，在LTE-D2D发现过程期间混合地使用若干多址技术。一般，因为LTE-D2D的每个终端从所有资源中选择基于时间-频率划分的一些资源来发送信号，所以主要使用信道资源划分多址方案。为了不选择相同的资源，终端选择冲突避免方案，诸如监听之后的资源选择，并且即使在发现信号的传输期间也在预定的发现时段中在停止发现信号的传输的同时检测冲突。此外，即使当冲突发生时，也使用各种基于竞争的多址方案、诸如信道码使用来克服冲突。即，一般LTE-D2D发现过程可以是混合多址技术。

通过一般LTE-D2D技术生成终端发现信号与其中组合基于竞争的多址和信道资源划分多址的类型对应。即使每个终端基本上经过资源选择过程来独占地使用频分资源，任何时间也可以生成冲突，因为终端独立地执行处理。因此，为了解决冲突问题，一般LTE-D2D使用基于竞争的多址技术，诸如冲突避免(监听之后的资源选择)、冲突检测(在预定发现时段期间的休息)、或冲突之后的重构(信道编码侧和连续干扰取消)。

一般LTE-D2D发现过程的最严重的问题是基本上不允许两个或更多终端选择相同的信道资源来发送信号。因此，一般LTE-D2D执行混合多址来代替简单的资源划分多址。混合多址的使用可能导致两个严重的问题。

1)发现过程的复杂性和延迟产生。一般LTE-D2D基本上不允许冲突，使得每个终端监听其他终端的信号并且执行选择信道资源的冲突避免操作。由于所述操作，终端不能发送发现信号，从而产生延迟。即使每个终端执行冲突避免操作，任何时间也可能产生冲突，因为终端独立地执行操作，因此，需要终端执行检测操作的功能。当发现信号重构由于冲突而失败时，需要重新选择资源的过程。结果，延迟了发现时间。

2)发现开销增加。在一般LTE-D2D的发现过程中，在一些子载波上携带发现信号，从而获取功率增益(根据功率的集中的增益和峰均功率比(PAPR)增益)。因此，可以实现高信噪比(SNR)。然而，因为不允许多址信号的重叠，所以如果产生重叠，则获取了低信号干扰比(SIR)。在重叠的情况中，一般信道码被用于重叠重构技术，并且1/2卷积码用于一般LTE-D2D技术。即使信号生成方案被设计来实现充分高的SNR，但是与奇偶校验对应的发现开销由于信道码的使用也增加，从而资源效率下降。此外，发现开销由于用于检测冲突的干扰码元而进一步增加。

本公开提供了一种多址技术，其具有生成和重构信号的简单过程，并且与相关技术相比支持更大的通信容量。更具体地，本公开提供了一种多址技术，其中，即使多个发射机通过使用相同的资源空间发送信号，接收机也可以有效地检测信号并在信号之间进行区分。本公开可以被应用到所有多址环境，并且大体上包括生成和重构多址信号的两种方法。

1)多址信号的生成：根据本公开，每个发射机通过使用给定信道资源中的所有或一些来发送信息。每个发射机的信号被映射到OFDM时频资源空间，这对应于格状调制路径。根据本公开的移动通信系统允许多个发射机的格状调制路径被映射到相同资源空间。即，在本公开的实施例中，允许信号重叠。

2)多址信号的重构。为了有效地检测通过相同信道资源空间发送的多个发射机的信号并在它们之间进行区分，使用逐码元消息传递方法和路径链接方法。为了更有效地重构发现信号，考虑状态空间扩展方法、回向预解码方法和连续干扰取消(SIC)方法。

本公开一般意在基于同步正交频分复用(OFDM)物理层的通信系统，但是不限于此。本公开应用到的通信系统包括大部分移动通信系统，诸如第3代合作伙伴计划(3GPP)LTE，电气和电子工程师协会(IEEE)802.6移动MiMAX等，以及近场通信系统，诸如Wi-Fi等。此外，本公开可以被应用到期望在基于OFDM物理层的通信系统中执行多址的所有设备。

本公开具体地定义了一种用于通过使用同步OFDM物理层来支持多址的方法和装置。在多址中，多个发射机共享相同的传输介质来发送信号。特别地，本公开允许多个终端使用相同的信道资源来发送多址信号。因此，在中央控制器难以向终端专门分配正交信道资源的分布式通信系统中，有效的操作是可能的。例如，本公开可以在不使用诸如基站等的设施的D2D通信中增加每个终端发现相邻终端的过程期间的终端发现容量，并且可以被用作使得发现过程简单的核心技术。

下文中将描述根据本公开的第一实施例的生成多址信号的过程。

在本公开的第一实施例中，每个发射机将要发送的信息映射到OFDM资源栅格作为格状调制路径，并且接收机通过消息传递方法、状态空间扩展方法、回向预解码方法和连续干扰取消方法来重构通过发射机映射的格状调制路径。格状调制多址方案相对于其他多址方案具有基本上增加了总多址容量的优点。特别是，具有很多功率约束等的设备(诸如移动终端)获取了功率增益和峰均功率比(PAPR)增益，从而额外地增加了传输容量。此外，通过显著地减轻分布式通信系统中多址资源应该被独占地分配给终端的问题，一般多址过程可以是简单的，诸如D2D通信中的终端发现过程。

图3示出基于一般OFDM物理层的资源的配置。

如上所述，本公开在如图3中所示的OFDM物理层上工作。以时间和频率的基本单位划分在对应环境中给定的通信资源，如图3中所示。在时间上以OFDM码元310为单位并在频率上以子载波320为单位划分资源。由一个基本时间-频率单位组成的通信资源被称为资源元素(RE)330，并且在整个通信资源中包括的RE的集合被称为资源栅格340。在本公开，每个发射机通过使用所有或部分资源栅格来发送多址信号。被每个发射机用于发送多址信号的基本RE的集合被称为多址资源隙(slot)，并且在下文中多址资源隙将被称为“资源隙”。本公开中的资源隙的大小被确定为使得当信号被发送时，在一个资源隙中包括的RE经历非常相似的信道链路环境。在3GPPLTE标准中，具有与资源隙类似概念的资源块由时间上的7个OFDM码元和频率上的12个子载波组成，因此，一个资源块由总共84个RE组成。

在本公开中，通过一个资源隙发送信号的发射机的数量可以是单个或多个。特别地，当两个或更多个发射机通过使用相同的资源隙来发送信号时，接收机区分并重构信号。即，本公开允许多个发射机的信号在相同资源中彼此重叠。这样的特征区别于基于竞争的多址技术，诸如载波感测多址/冲突检测(CSMA/CD)、载波感测多址/冲突避免(CSMA/CA)等，或各种多址技术，诸如时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)、正交频分多址(OFDMA)等等。

下面描述的本公开的第一实施例是包括多址信号生成方法的实施例，并且本公开的第二实施例是包括多址信号重构方法的实施例。

图4是示出根据本公开的第一实施例的格状图和格状矩阵的示图。

基于格状图来生成根据本公开的第一实施例的每个发射机的多址信号。格状图可以被发射机预先设计，使用存储器提取，或者被给到发射机。此外，本公开基于这样的前提：格状图被通信系统的所有组件(诸如终端、基站等)共享。图4的格状图是正则二分图，并且一一对应地匹配一个格状矩阵。格状图包括两种类型的状态集合以及连接两种状态集合的连接线。两种类型的状态集合中的一个被称为前状态410，并且另一个被称为后状态420。N_s、意思是前状态的数量和后状态的数量被确定为与在资源隙中包括的子载波的数量对应的N_F的倍数，即，cN_F。在cN_F中，c是常数。连接至每个前状态410和每个后状态420的连接线的数量、即度，都相同，并且根据要通过一种状态转变来发送的信息的大小来确定。如果通过一种状态改变要映射b比特信息，则度d被确定为2^b。在2^b中，b表示要通过码元之间的一种状态转变来发送的比特的数量。

例如，当发送2比特时，b是2并且d是4。当发送3比特时，b是3并且d是8。当发送4比特时，b是4并且d是16。此时，度不能大于状态的数量N_s，因此，要通过一种状态改变而发送的信息的大小是受限的。格状图被配置为生成尽可能少的圆。即，格状图被设计为不管使用什么方法，在格状图中包括的圆的大小都最大。

根据图4的格状图的配置，资源隙的时间的大小，即，在资源隙中包括的OFDM码元的数量N_T被确定。当要通过多址发送的总信息的大小是“B”并且通过一种状态改变而发送的信息的大小是“b”时，在资源隙中包括的N_T个OFDM码元基本上等于或大于总信息可以是通过错误检测编码和纠错编码中的至少一个生成的码字，或者可以是还未通过纠错编码的消息信息。然而，基本上使用已经通过错误检测编码的码字，诸如循环冗余校验(CRC)码。例如，当要发送的总信息是150比特并且通过使用经过一种状态转变具有度为4的格状图来映射2比特时，时间上最小75个OFDM码元配置一个资源隙。

图5示出根据本公开的第一实施例的格状调制路径映射的示例。

每个发射机基于预先设计的格状图、使用存储器提取的格状图和给到发射机的格状图中的一个生成资源隙N_s×N_T上的信号。此时，每个发射机每个OFDM码元在一个子载波上携带信号，从而如图5中所示发送信号，这被称为“单音调信号生成”。单音调信号生成在很多方面具有优点。首先，通过将很多传输功率集中在一个子载波上可以获取功率增益。此外，发射机通过降低峰均功率比(RAPA)可以有效地使用功率放大器的线性放大区域(动态范围)。特别是，在具有有限功率和计算容量的移动终端(诸如移动通信系统的上行链路)生成多址信号的状况下，这样的优点可以更有效地起作用。

当发射机X_i在具有大小N_s×N_T的资源隙上携带信号时，在第t OFDM码元中携带信号的子载波的位置是“f_i(t)”。因此，发射机X_i在总共N_T个RE的位置上携带信号，诸如(f_i(1),1)，(f_i(2),2)，...，(f_i(N_T),N_T)。如图5中所示，因为携带信号的RE看起来像建立了一条路径，所以它被称为“格状调制路径”。

下面描述发射机X_i根据格状图和要发送的信息来生成格状调制路径的过程。

图6示出根据本公开的第一实施例的基于2比特信息的初始参考状态的确定的示例。

首先，发射机X_i在第一OFDM码元中确定要携带信号的子载波的位置f_i(1)。如上所述，在第一OFDM码元上选择的子载波的位置f_i(1)对应于初始参考状态，这可以通过各种标准来确定。

初始参考状态可以通过要发送的信息的一部分来确定。例如，当与状态的数量对应的N_s是12时，初始参考状态可以表示从1比特到3比特的信息。当通过初始参考状态表示2比特信息时，可以如图6中所示确定能够根据相应的2比特(例如，“00”比特600、“01”比特610、“11”比特620和“10”比特)来确定的初始参考状态的区域。根据相应比特值的初始参考状态的区域不需要物理上彼此接近。如上所述，当初始参考状态的区域被确定时，根据特定的标准将一个子载波选择作为f_i(1)。相反，一部分信息未必需要通过初始参考状态来表示。

图7示出根据本公开的第一实施例的格状调制路径生成过程的示例。

在初始参考状态被确定之后，发射机基于预先确定的格状图、使用存储器提取的格状图和被给到发射机的格状图中的一个来确定在第二OFDM码元之后的OFDM码元中的子载波位置f_i(2)，...，f_i(N_T)。当格状图的每种状态具有d＝2^b的度时，f_i(t)通过b比特的部分信息和先前状态的位置f_i(t-1)的函数来确定。

图7的(a)的格状图具有可以从f_i(t-1)转变的状态转变图案。一个相应区域的初始参考状态由初始2比特确定，如图7的(b)中所示，并且以2比特为单位进行状态转变，如图7的(c)中所示。如上所述，当确定携带信号的RE集合(f_i(1),1)，(f_i(2),2)，……，(f_i(N_T),N_T)时，在相应位置上携带实际的物理信号。此时，在各个RE中包括的物理信号的值可以对于每个RE相同或者依赖特定规则而变化。可以在所有RE上携带一个双相移键控(BPSK)信号，或者可以交替地在所有RE上携带两个BPSK信号。

当要发送的总比特大小为“B”并且b_init是初始参考状态所表示的比特大小时，将其余b_trans(b_trans＝B-b_init)映射为状态转变。当格状图的度是d并且状态转变由b＝log2d比特来指示时，时间上的资源隙的大小N_T可以被确定为即，N_T被确定为

图8示出根据本公开的第一实施例的格状调制多址传输环境。

在图8中，与频率轴上的子载波的数量对应的N_F被设计为使得每个发射机(第一发射机810、第二发射机820或第三发射机830)的资源隙的所有码元在频率方面经历相同的信道。此外，它被设计为使得时间轴上连续的码元所经历的信道被非常慢地改变。

可以通过相同的资源隙来发送发射机的格状调制路径，如图8中所示。例如，当由两个发射机X_i和X_j产生的(t,f_i(t))和(t,f_j(t))相同时，两个发射机的信号在对应的RE中彼此重叠。即，在本公开中，通过使用相同的资源空间，诸如隙3、4、7和12，两个或更多发射机的信号可以在彼此部分重叠的同时被发送，如图8的参考数字840所指示。在图8的参考数字840的隙12中，第一发射机820、第二发射机830和第三发射机840的所有的信号在彼此重叠的同时通过使用相同的隙被发送。

当通过使用相同资源隙发送多址信号的发射机的数量更大时，更频繁地产生这种重叠现象。在本公开中，接收机在重叠的码元中区分发射机的方法是重要的问题，将根据本公开的第二实施例来详细描述。

下文中将描述根据本公开的第二实施例的多址信号重构过程。

接收机接收通过一个或多个资源隙发送的多址信号。一个或多个发射机的格状调制路径可以被映射到每个资源隙，并且接收机执行重构过程来区分信号。一个或多个发射机的格状调制路径被映射到的信号被允许由多个发射机使用相同的信道资源空间来发送。

通过格状调制路径发送的多址信号具有以下两个特征。

第一，发射机X_i在资源隙上携带的格状调制路径的所有RE(f_i(1),1)、(f_i(2),2)、...、(f_i(N_T),N_T)经历非常相似的信道链路环境。特别是，相邻RE(f_i(t),t)和(f_i(t+1),t+1)经历的信道链路环境几乎相同。

第二，每个状态转变图案可以通过先前的状态位置(即，先前码元)和被映射到相应转变图案的信息(即，信息比特)来确定。这意味着每个发射机的格状调制路径(f_i(1),1)、(f_i(2),2)、……、(f_i(N_T),N_T)对应于马尔可夫过程。

图9示出根据本公开的第二实施例的格状调制路径重构过程的示例。

在本公开中，基于如在本公开第一实施例中所述的格状调制路径的特征来执行重构过程。如图9中所示，接收机检测由一个或多个发射机生成的格状调制路径，并且检测两个相邻OFDM码元上每个子载波进行的状态之间的转变图案以便区分发射机的信号。因为由每个发射机生成的格状调制路径对应于马尔可夫过程，所以逐码元地独立执行状态转变检测过程。此外，因为每个发射机生成的格状调制路径对应于马尔可夫过程，所以状态转变由先前码元(例如，参考数字910)和信息比特(例如，参考数字920)来确定。

在本发明的第二实施例的第一子实施例中，接收机使用消息传递方案以便检测两个OFDM码元之间的状态转变图案。之前已经描述了由发射机X_i生成的格状调制路径的RE经历非常相似的信道链路环境，如图8中所示。在本公开的第二实施例中，通过使用这样的特征，可以通过消息传递方法来检测多个发射机的信号的重叠或重叠的信号的分离。

在本公开中，执行消息传递以检测第t OFDM码元和第t+1OFDM码元之间的状态转变图案。

图10示出根据本公开的第二实施例的状态满足图案检查过程的示例。

首先，每个前状态直接向后状态发送与相应的RE对应的码元值。基于从所连接的前状态发送的消息值，检查是否存在满足每种后状态的图案。如图10中所示，当每种状态的度是2时，检查出总共4个图案。

在第一可用图案1000的情况中，当基于后状态1040满足“|x_i,1-0|²<δ”时，确定没有转变的码元。

在第二可用图案1010的情况中，，当基于后状态1040满足“|x_i,1-x_i+1,1|²<2δ”时，确定第一节点被转变。

在第三可用图案1020的情况中，当基于后状态1040满足“|x_i,1-x_i+1,2|²<2δ”时，确定第二节点被转变。

在第四可用图案1030的情况中，当基于后状态1040满足“|x_i,1-(x_i+1,1+x_i+1,2)|²<3δ”时，确定“两个码元被转变并且两个码元重叠”。两个码元转变重叠指的是两个码元的重叠。“δ”表示根据背景噪声的功率确定的阈值，并且可以通过外部波段(在用于发送信号的波段外部的未使用区域)测量的热噪声的统计特性来确定。

作为图案检查的结果，当在四个图案当中存在至少一个满足图案时，每个后状态直接向前状态发送与相应的图案对应的值。然而，当四个图案不包括任何满足图案时，后状态生成并向每个前状态发送消息。对于从后状态同等地接收到消息的每个前状态执行满足图案检查，并且确定要发送到后状态的消息。当找到满足所有前状态和后状态的图案时，相应的图案被确定为路径并且终止消息传递。当通过预定数量的消息传递没有找到满足所有状态的图案时，仅检测出所找到的满足图案的路径并且终止消息传递。

图11至图16示出根据本公开的第二实施例的消息传递算法的操作的示例。

在图11的情况中，每个前状态向每个后状态发送第一迭代解码的前状态消息。在图11中，参考数字1100指示当没有路径时后状态满足第二状态的情况。

在图12的情况中，每个后状态向每个前状态发送第一迭代解码的后状态消息。在图12中，参考数字1200指示当两个码元重叠时前状态满足第二状态的情况。

在图13的情况中，每个前状态向每个后状态发送第二迭代解码的前状态消息。在图13中，参考数字1300指示当存在单一路径时满足第一状态的情况，参考数字1100指示当没有路径时满足第二状态的情况，并且参考数字1312指示当两个码元重叠时满足第三状态的情况。

在图14的情况中，每个后状态向每个前状态发送第二迭代解码的后状态消息。在图14中，参考数字1400指示当没有路径时满足第一状态的情况。在图14中，参考数字1420指示当存在单一路径时满足第四状态的情况。

在图15的情况中，每个前状态向每个后状态发送第三迭代解码的前状态消息。

在图16的情况中，每个后状态向每个前状态发送第三迭代解码的后状态消息。如上所述，当通过消息传递检测出码元之间的状态转变图案时，执行连接独立获取的状态转变的路径链接过程。然后，对于所有获取的潜在连接执行CRC检查。

图17示出根据本公开的第二实施例的第一子实施例的连接重构的路径的路径连接过程的示例。

如图17的(a)中所示，参照在先前码元之间获取的状态转变来连接在码元之间获取的状态转变，如参考数字1700和1710所指示。在图17的(b)中示出路径连接的结果。

图18示出根据本公开的第二实施例的第一子实施例的当在重构中丢失图案时的重构方法。

没有获取状态转变结果的码元被处理为擦除，并且可以通过解码诸如里德所罗门(RS)码的纠错码的过程来重构。替换地，如图18的(a)至图18的(c)中所示，参照格状图的配置可以随机地重构擦除的路径。即，当图案如图18的(a)中所示被擦除时，参考格状图的配置来比较路径，如图18的(b)中所示，因而可以随机地重构被擦除的路径，如图18的(c)中所示。

根据本公开的第二实施例的第一子实施例提供的消息传递方案使用转变图案检测和路径连接获取的所有调制路径被转换为比特流。然后，通过对每个获取的比特流执行循环冗余校验(CRC)错误检测检查来检查路径的有效性。即，通过CRC码检查从用于所获取的所有路径的所有比特流中获取有效码字。

图19示出根据重叠之后的分离的结果。

如参考数字1800所指示的，当通过使用简单的消息传递方法由于重叠之后的分离导致路径被潜在地增加时，产生了在接收机的解码复杂性方面的致命性问题。此外，当在相同资源隙中生成信号的发射机的数量变大时，通过CRC检查的潜在路径的数量潜在地增加。因此，接收机的解码复杂度被显著提高。例如，当四个终端重叠地发送150比特的消息时，存在大约30780个潜在码字。

此外，当复杂路径通过使用简单消息传递方法配置周期(cycle)时，相同的消息重复循环，从而解码结果不能被知晓。

其间，当两个或更多个信号重叠然后被分离时，因为接收机不能在信号之间进行区分所以接收机考虑所有可能的情况来生成路径。

因此，如参考数字1800所指示，每当产生重叠之后的分离时，潜在路径的数量被增加两倍或更多。

图20和图21示出根据本公开的第二实施例的第二子实施例的基于重叠的状态空间扩展的示例。

为了解决通过使用简单消息传递方法根据重叠之后的分离而路径的数量增加的问题，考虑根据每个消息传递过程中的重叠来扩展状态空间。

如图20的(a)中所示，当接收机在解码中识别出码元i和码元i+1之间的重叠路径时，接收机可以掌握重叠位置和重叠码元的每个的值。如图20的(b)中所示，当接收机在码元i+1和码元i+2之间执行消息传递过程时，使用状态空间扩展方案。通过使用状态空间扩展方案来重新配置格状图。

当从码元i向码元i+1发送消息时，在码元i+1中产生重叠。因此，当消息从码元i+1向码元i+2发送时，与重叠码元的数量对应的状态划分、即码元a和码元b被制造，如参考数字1910所指示。状态空间扩展通过划分重叠的码元来区分路径而降低了解码复杂度，如图21的参考数字2000所指示。即，与图19的参考数字1800相比，图21的参考数字2000通过划分重叠的码元并扩展状态空间，可以降低解码复杂度并清楚地在信号之间区分。

图22和图23示出根据本公开的第二实施例的第三子实施例的回向预解码方法。

因为当已经运行了先前码元之间的消息传递时才可以执行状态空间扩展，所以状态空间扩展不能被应用到第一码元和第二码元之间的消息传递。即，当在第一码元和第二码元之间产生路径重叠时，解码能力可能被降低，并且解码复杂度可能被提高。因此，执行回向预解码来从第一码元起运行状态空间扩展。

首先，如图22的(a)和图22的(b)中所示，所接收的资源栅格在时间轴上被反转，将反转的资源栅格与现有资源栅格组合(即，资源栅格被往回复制然后被组合)，然后，从反转的资源栅格起执行消息传递过程。当使用回向配置的格状图来执行解码时，当实际执行第一码元的解码时充分实现状态空间扩展。此时，往回反转的资源栅格的大小可以是资源栅格的全部或部分。

图24至图26示出根据本公开的第二实施例的第四子实施例的连续干扰取消方法。

参照图24，当接收机检测在一个资源隙中生成的多个信号的仅仅一部分时，通过移除检测到的部分从而减少与初始接收的信号相比重叠的路径，可以提高信息检测能力。这样的方法一般被称为“连续干扰取消(SIC)”。

参照图25，根据消息传递过程期间的阈值，根据本公开的第二实施例的解码方法可以具有不同的解码结果。阈值被确定为噪声的功率平均的倍数。因此，当在一次解码之后没有检测到路径时，在上调(up-control)阈值之后可以再次执行解码。

参照图26，根据本公开的第二实施例的解码方法可以检测出通过状态空间扩展方法检测到的音调是否重叠。

在单音调(非重叠音调)的情况中，可以直接获取信道增益值。然而，在重叠音调2500、2520和2510的情况中，通过对来自通过重叠音调的相邻音调(先前音调和下一音调)获取的信道增益值的加权总和取平均可以获取信道增益值。

图27是示出根据本公开的第一实施例的多址信号生成方法的流程图。

发射机在步骤2600中识别出当前码元是与i＝0对应的第一OFDM码元。在步骤2602中，在第一OFDM码元中确定初始参考音调位置。在本公开中，可以使用前2比特信息来确定初始参考音调位置。在本公开中，要发送的比特大小是B，并且可以使用部分信息b_init来确定初始参考音调位置。在本公开中，在接收到另一终端的信号之后可以随机地确定初始参考音调位置，以避免重叠。

之后，发射机在步骤2604中在所确定的位置中生成信号。

当完成与i＝0对应的信号生成时，发射机在步骤2606中识别出当前码元是与i+1对应的第二OFDM码元，以便确定在下一个码元i+1中的音调位置。首先，发射机在步骤2608中确定第i码元中的音调位置。基于与先前码元对应的第i-1音调位置和信息b的一部分来确定音调位置。参考预配置的格状图来识别可以转变的图案。之后，发射机在步骤2610中在所确定的位置中生成信号。发射机在步骤2612中确定i是否是N_T。

当i是N_T时，发射机结束操作。当i不是N_T时，发射机返回到步骤2606并重复步骤2606至2612直到i变为N_T为止。

图28是示出根据本公开的第二实施例的多址信号重构方法的流程图。

首先，当接收机从发射机接收信号时，接收机在步骤2700中识别出当前码元是与i＝0对应的第一OFDM码元。在步骤2702中，接收机执行如在本公开的第二实施例的第一子实施例中所述的第i码元和第i+1码元之间的消息传递过程。接收机在步骤2704中确定i是否是N_T-1。当i不是N_T-1时，接收机返回到步骤2702。然而，当i是N_T-1时，接收机在步骤2706中根据如上述的消息传递过程检测转变图案并且组合路径。然后，接收机在步骤2708中将所有检测到的格状调制路径转换为比特流。接收机在步骤2710中对每个转换的比特流执行CRC错误检测检查来检测有效性。即，通过CRC码检查从用于所获取的路径的所有比特流中获取有效码字。

图29是示出根据本公开的第二实施例的第一子实施例的使用消息传递方法的解码方法的流程图。

为了检测第t OFDM码元和第t+1OFDM码元之间的状态转变图案，执行以下消息传递过程。

首先，发射机在步骤2800中将迭代解码次数设置为“0(l＝0)”。然后，在先状态中，发射机在步骤2802中向连接到与对应于先状态的RE对应的码元值的后状态直接发送消息。之后，发射机在步骤2804中检查关于每个后状态的满足图案，并且在步骤2806中根据满足图案检查生成消息。发射机在步骤2808中从后状态向前状态发送所生成的消息。发射机在步骤2810中为每个后状态执行满足图案检查。发射机确定对于所有前状态和后状态是否都存在满足图案。当满足图案存在时，发射机结束该过程。当满足图案不存在时，发射机在步骤2814中确定迭代解码次数是否被设置为最大值(l＝Lmax)。当迭代解码次数是最大时，发射机结束该过程。当迭代解码次数不是最大时，发射机将迭代解码次数设置为“l＝L+1”并且进行到步骤2802。

图30是示出根据本公开的第二实施例的第四子实施例的连续干扰取消方法的流程图。

首先，接收机在步骤2900中执行格状调制多址(TMMA)解码，并且在步骤2902中确定它是否是最大迭代解码。当TMMA解码是最大迭代解码时，接收机结束该过程。当TMMA解码不是最大迭代解码时，接收机在步骤2904中确定是否存在要重构的信息。当没有要重构的信息时，接收机在步骤2906中上调阈值。

相反，当没有要重构的信息时，接收机在步骤2908中根据本公开的第二实施例的第四子实施例执行连续干扰取消操作，并且在完成连续干扰取消操作之后在步骤2910中确定是否存在剩余功率。当在干扰取消之后存在剩余功率时，接收机在步骤2912中初始化阈值。当不存在剩余功率时，接收机结束该过程。

图31是示出根据本公开的第一实施例的多址信号生成装置的框图。

多址信号生成装置3000包括格状图生成器3010、初始参考位置确定器3012、状态转变图案确定器3014、编码器3016和控制器3018。

格状图生成器3010配置每个发射机的多址信号将被发送到的格状图，并且基于所配置的格状图在资源隙上生成信号。

初始参考位置确定器3012通过使用前2比特信息来确定初始参考音调位置。

状态转变图案确定器3014通过先前码元位置和映射到相应转变图案的信息比特来确定状态转变图案。

编码器3016基于由控制器3018和状态转变图案确定器3014确定的状态转变图案来编码所映射的OFDM码元。

控制器3018进行控制使得根据由状态转变图案确定器3014所确定的状态转变图案来编码OFDM码元。

图32是示出根据本公开的第二实施例的多址信号重构装置的框图。

图32的多址重构装置可以被应用到本公开的第二实施例的第一子实施例至第四子实施例中的所有。

多址信号重构装置3100包括接收和解调单元3100、状态转变图案估计器3112、解码器3114和控制器3116。

接收和解调单元3100接收并解调信号。解调信号被发送到状态转变图案估计器3112。

状态转变图案确定器3112通过使用先前码元位置和映射到相应转变位置的信息比特来从解调信号估计状态转变图案。

解码器3114基于由状态转变图案估计器3112估计的状态转变图案来重构由多址信号生成装置生成的多址信号。

控制器3116控制状态转变图案估计器3112和解码器3114的操作来重构由多址信号生成装置所生成的多址信号。

本公开基于3GPP LTE的物理上行链路共享信道，并且网络环境的示例如下。

网络大小：网络大小包括半径为500m的圆形小区。

接收机：接收机包括位于原点的单个基站。

发射机：发射机包括均匀地分布在圆形小区之内的N个传输终端，并且N个终端使用给定的通信资源。此外，发射机包括向基站发送150比特的信息(包括16比特CRC)的传输终端。

信道模型：信道模型包括ITU-R P.1411-1路径损耗模型。

相关技术对应于使用在频率上划分的3GPP LTE的上行链路资源的环境。每个传输终端通过使用一个RB(13个OFDM码元和12个子载波)来发送多址信号。传输终端在具有150比特长度的消息上执行1/2卷积编码和QPSK调制来生成150个码元，并将150个码元映射到150个RE。其余6个RE中的4个RE用于发送用于信道预测的导频，并且两个RE用于检测冲突的空码元。当两个或更多个信号重叠时，基站使用SIC来区分并重构重叠的信号。

本公开考虑所有传输终端向由75个码元和12个子载波组成的资源隙发送信号。因此，根据本公开的每个发射机使用是根据相关技术的发射机的大约5.4倍大的资源空间。为了补偿这样的差异和公平比较，相关技术考虑使用五六个RB(在与相关技术对应的图34的曲线图中的五六个RB)的环境。

图33是展示根据本公开的第一实施例当使用单个资源块(RB)时根据终端数量的能力的曲线图。

首先，展示了在一至四个终端重叠地向一个RB发送信号的情况中的能力。

基于结果，可以如图34中所示比较本公开和相关技术之间的能力。

图34是展示本公开和相关技术之间的差异的曲线图。

图34示出通过在存在五六个RB的情况中通过比较当每个终端选择RB来产生最小拥塞(相关技术)的能力和本公开提供的能力而生成的结果。

参照图34，注意到与相关技术相比，本公开具有相当优秀的多址能力。通过应用本公开，注意到直到终端的数量为十三为止，缺失率与相关技术相比明显更低。

当实施例通过软件、固件、中间件或微代码、程序代码或代码段来实施时，它们可以被存储在诸如存储组件的机器可读介质中。代码段可以指示进程、函数、子程序、程序、例程、子例程、模块、软件封装、类或命令的随机组合、数据结构或程序描述语句。通过发送和/或接收信号、数据、因素、参数或存储器内容，可以将代码段与另一代码段或硬件电路耦接。可以使用包括存储器共享、消息传输、令牌传输和网络传输在内的任意合适手段来发送信息、因素、参数和数据。

为了实现所述软件，在此描述的技术可以被实施为执行在此描述的功能的模块(例如，过程、函数等)。软件代码可以被存储在存储器单元中并且通过处理器运行。可以在处理器内部或外部实施存储器单元。在这种情况中，通过本领域已知的各种手段，存储器单元可以被处理器存取从而为可通信的。

虽然已经以示范性实施例描述了本公开，但是对于一位本领域技术人员可以建议各种改变和修改。本公开旨在将这样的改变和修改涵盖为落入所附权利要求的范围之内。

Claims

1.一种在无线通信系统中通过终端发送多址信号的方法，该方法包括：

使用格状调制路径来选择传输资源，所述格状调制路径基于格状图而生成；以及

使用所选择的传输资源向接收装置发送所述多址信号，

其中，格状图包括与至少一个音调的位置改变有关的信息，并且

其中，所述终端的所述格状调制路径和其它终端的其它格状调制路径在时间轴上重叠。

2.一种在无线通信系统中通过接收装置接收多址信号的方法，该方法包括：

解调多址信号，所述多址信号从使用传输资源的终端基于格状调制路径而发送；以及

使用格状调制路径重构多址信号，所述格状调制路径基于所述终端的格状图而生成，

其中，所述终端的格状图包括与至少一个音调的位置改变有关的信息，并且

其中，所述终端的所述格状调制路径在时间轴上重叠。

3.如权利要求1所述的方法，其中，传输资源包括资源隙，并且所述终端和其它终端的数据被映射到一个资源隙。

4.如权利要求2所述的方法，其中，传输资源包括资源隙，并且所述终端的数据被映射到一个资源隙。

5.如权利要求1所述的方法或如权利要求2所述的方法，其中，格状图包括初始音调的位置信息。

6.如权利要求4所述的方法，其中，通过使用预定比特来表示初始音调的位置信息。

7.如权利要求1所述的方法，其中，格状图包括预定格状图、使用存储器提取的格状图和被给到所述装置和其它装置的格状图中的至少一个。

8.如权利要求2所述的方法，其中，格状图包括预定格状图、使用存储器提取的格状图和被给到所述装置的格状图中的至少一个。

9.一种用于在无线通信系统中发送多址信号的终端，该终端包括：

控制器，被配置为使用格状调制路径来来选择传输资源，所述格状调制路径基于格状图而生成以及；

发射机，被配置为使用所选择的传输资源向接收装置发送所述多址信号，

10.一种用于在无线通信系统中接收多址信号的接收装置，该装置包括：

解调器，被配置为解调多址信号，所述多址信号从使用传输资源的终端基于格状调制路径而发送；以及

控制器，被配置为使用格状调制路径来重构多址信号，所述格状调制路径基于所述终端的格状图而生成，

其中，所述终端的所述格状调制路径在时间轴上重叠。

11.如权利要求9所述的终端，其中，传输资源包括资源隙，并且所述终端和其它终端的数据被映射到一个资源隙。

12.如权利要求10所述的接收装置，其中，传输资源包括资源隙，并且所述终端的数据被映射到一个资源隙。

13.如权利要求9所述的终端或如权利要求10所述的接收装置，其中，格状图包括初始音调的位置信息。

14.如权利要求13所述的终端，其中，通过使用预定比特来表示初始音调的位置信息。

15.如权利要求9所述的终端，其中，格状图包括预定格状图、使用存储器提取的格状图和被给到所述装置和其它装置的格状图中的至少一个。

16.如权利要求10所述的接收装置，其中，格状图包括预定格状图、使用存储器提取的格状图和被给到所述装置的格状图中的至少一个。

17.如权利要求10所述的接收装置，其中，控制器被配置为通过使用以码元为单位的消息传递方案检测从其它终端发送的信号的状态转变图案，并且基于状态转变图案来重构多址信号。

18.如权利要求10所述的接收装置，其中，控制器被配置为连接所检测的码元的状态转变图案的路径，将路径转换为比特流，并且通过对每个比特流的循环冗余校验(CRC)检查来确定有效信息。

19.如权利要求10所述的接收装置，其中，控制器被配置为通过分离重叠的码元来扩展格状图的状态空间，或者预先通过回向预解码来扩展格状图的状态空间。