CN106063215A - 在移动通信系统中进行信号传送和接收的调制方法和装置 - Google Patents

Abstract

在根据本说明书的实施例的移动通信系统的传送设备中，一种信号传送方法包括步骤：确定用于数据传送的调制方法；根据所确定的调制方法，确定正交幅度调制(QAM)的等级；基于所确定的QAM等级和要传送的数据，确定载波的幅度和载波的相位；以及，当所确定的调制方法是第一调制方法时，确定序列长度，根据要传送的数据，从具有所确定的长度的序列中选择一序列，并基于所选序列、所确定的载波的幅度和所确定的载波的相位，生成对要传送的数据进行调制的码元。本说明书的实施例提供了在移动通信系统中使加性噪声的类型具有非高斯分布的调制方法，从而进一步提高了系统吞吐量。此外，本说明书的实施例能够提供在使用SC‑FDMA的数据传送和接收中不引起PAPR问题的调制方法和装置。

Description

在移动通信系统中进行信号传送和接收的调制方法和装置

技术领域

本发明涉及用于移动通信系统中的信号传送和接收的调制方法和装置，并且更具体地涉及在移动通信系统中使干扰信号具有非高斯分布的调制方法和装置。

背景技术

针对移动通信系统中的低复杂度操作，已假设了干扰信号具有高斯分布。通过在该假设下进行诸如自适应调制、自适应编码和硬判决解码度量生成之类的操作，已经降低了实施通信系统的复杂度。

在相关领域的技术中，主要使用基于正交幅度调制(QAM)的调制方案来使干扰信号的分布尽可能与高斯分布类似。在这个背景下，即使在应用了最小信道编码率和最小调制阶之后也没有实现针对用户设置的目标误差性能时，可以会向用户重复发送QAM码元(symbol)，以实现目标性能。

使用现有的调制方案(诸如QAM、频移键控(FSK)和相移键控(PSK))的通信实体，可以通过区分信号的时域或空间域中的码元的大小、频率或相位，来传送和接收信息。当信道增益高于预设的阈值、各种干扰电平较低、或者随着在接收器侧的码元之间的有效距离增大而使用较高的传送功率时，能够通过使用高阶调制方案来增加数据率。

同时，在蜂窝无线通信网络中，存在从基站到用户设备的下行链路传送以及从用户设备到基站的上行链路传送。这里，对于进行上行链路传送的用户设备，峰均功率比(PAPR)是重要的，因为要使电池消耗最小化。在诸如3GPP LTE的蜂窝移动通信标准中，在上行链路中应用单载波频分多址(SC-FDMA)以降低PAPR。因此，有必要开发一种不仅基于正交频分多址(OFDMA)还基于SC-FDMA的在信号传送和接收期间不会引起高PAPR问题的调制方法和装置。

发明内容

技术问题

考虑到上述问题，已经做出了本发明的实施例。因此，本发明的一个方面是提供一种调制方法和装置，其中，归因于由移动通信系统中的信号传送和接收引起的干扰分量的加性噪声分布为非高斯。

本发明的另一方面是提供一种在移动通信系统中的信号传送和接收期间能够减轻高PAPR问题的调制方法和装置。

解决问题的技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种用于移动通信系统中的发射器设备的信号传送的方法。所述方法可以包括：确定用于数据传送的调制方案；根据所确定的调制方案来确定正交幅度调制(QAM)的等级；基于QAM等级和要发送的数据来确定载波的幅度和相位；以及当所确定的调制方案是第一方案时，确定序列的长度，根据要发送的数据在所确定的长度的序列中选择一序列，并基于所选择的序列、载波的幅度以及相位，来生成对要发送的数据进行调制的码元。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于移动通信系统中的接收器设备的信号接收的方法。所述方法可以包括：从发射器设备接收信号；识别接收到的信号的调制方案；基于所述调制方案以及与用于对接收到的信号进行调制的序列集相关联的相关器，从所述序列集中确定与接收到的信号相对应的序列；以及基于所确定的序列以及与接收到的信号相对应的对数似然比(LLR)，对接收到的信号进行解调。

根据本发明的另一方面，提供了一种移动通信系统中的发射器设备。所述发射器设备可以包括：收发器单元，传送和接收信号；以及控制器单元，进行以下处理：控制所述收发器单元，确定用于数据传送的调制方案，根据所确定的调制方案来确定正交幅度调制(QAM)的等级，基于QAM等级和要传送的数据来确定载波的幅度和相位，以及当所确定的调制方案是第一方案时，确定序列的长度，根据要发送的数据在所确定的长度的序列中选择一序列，并基于所选择的序列、载波的幅度和相位，生成对要发送的数据进行调制的码元。

根据本发明的另一方面，提供了一种移动通信系统中的接收器设备。所述接收器设备可以包括：收发器单元，传送和接收信号；以及控制器单元，进行以下处理：控制所述收发器单元从发射器设备接收信号，识别接收到的信号的调制方案，基于所述调制方案以及与用于对接收到的信号进行调制的序列集相关联的相关器，从所述序列集中确定与接收到的信号相对应的序列以及基于所确定的序列和与接收到的信号相对应的对数似然比(LLR)，对接收到的信号进行解调。

技术效果

在本发明的特征中，提供了一种在移动通信系统中使加性噪声分布成为非高斯的调制方法。因此，能够显著提高系统吞吐量。此外，提供了一种在基于SC-FDMA的信号传送和接收期间避免高PAPR问题的调制方法和装置。

附图说明

图1图示了不同加性噪声分布的信道容量的变化。

图2图示了根据本发明的一实施例的频率和正交幅度调制(FQAM)。

图3图示了根据本发明的一实施例的用于FQAM的发射器侧元件和接收器侧元件。

图4图示了根据本发明的一实施例的不同调制方案的PAPR分布。

图5图示了根据本发明的一实施例的序列调制和解码。

图6图示了根据本发明的一实施例的序列正交幅度调制(SQAM)。

图7图示了根据本发明的一实施例的发射器侧元件和接收器侧元件。

图8图示了根据本发明的另一实施例的发射器侧元件和接收器侧元件。

图9图示了根据本发明的一实施例的用于传送的子帧结构。

图10图示了根据本发明的一实施例的使用特定调制方案在基站和用户设备之间进行的信号交换。

图11图示了根据本发明的另一实施例的使用特定调制方案在基站和用户设备之间进行的信号交换。

图12图示了根据本发明的一实施例的调制方案确定。

图13图示了根据本发明的另一实施例的PAPR分布。

图14图示了根据本发明的一实施例的发射器的框图。

图15图示了根据本发明的一实施例的接收器的框图。

具体实施方式

下文中，将参照附图详细描述本发明的实施例。

可能省略在此并入的已知的功能和结构的描述，以避免使本发明的主题模糊。也可能省略具有基本相同配置和功能的组件的描述。

在附图中，一些元素被放大、省略、或者仅仅简要概述，因而可能不被按比例描绘。相同或相似的参考符号被用来贯穿附图指代相同或相似的部分。

根据下面结合附图的详细描述，本发明的某些实施例的方面、特征和优点将更加明显。各种实施例的描述要被解释为仅仅是示范性的，而没有描述本发明的每个可能的实例。对于本领域技术人员而言应当明显的是，本发明的各种实施例的以下描述仅被提供用于示例的目的，而不用于限制如由所附权利要求及其等效物所限定的本发明的目的。相同的参考符号被用来贯穿该描述指代相同的部分。

同时，本领域技术人员知道，流程图(或序列图)的方框和流程图的组合可以通过计算机程序指令来表示和执行。这些计算机程序指令可以加载在通用计算机、专用计算机、或可编程数据处理设备的处理器上。当被加载的程序指令由处理器执行时，它们产生了用于执行流程图中所描述的功能的手段。因为计算机程序指令可以存储在专用计算机或可编程数据处理设备中可用的计算机可读存储器中，所以也可能产生执行流程图中所描述的功能的制品。因为计算机程序指令可以加载在计算机或可编程数据处理设备上，所以当作为处理被执行时，它们可以执行流程图中所描述的功能的步骤。

流程图的方框可以对应于包含实施一个或多个逻辑功能的一个或多个可执行的指令的模块、片断或代码，或者可以对应于其一部分。在一些情况下，由方框所描述的功能可以以不同于所列顺序的顺序来执行。例如，顺次列出的两个方框可以同时执行或者以相反的顺序执行。

在该描述中，词语“单元”、“模块”等可以指软件组件或硬件组件，诸如能够执行功能或操作的FPGA或ASIC。然而，“单元”等不限于硬件或软件。单元等可以被配置以便驻留在可寻址存储介质中或驱动一个或多个处理器。单元等可以指软件组件、面向对象的软件组件、类组件、任务组件、处理、功能、属性、程序、子例程、程序代码段、驱动器、固件、微代码、电路、数据、数据库、数据结构、表格、阵列或变量。通过组件和单元提供的功能可以是更小的组件和单元的组合，并且可以与其它组件和单元组合以组成较大的组件和单元。组件和单元可以被配置为驱动设备或者安全多媒体卡中的一个或多个处理器。

图1图示了不同加性噪声分布的信道容量的变化。

参考数字110示出了加性噪声分布为高斯、具有α＝1.0的复广义高斯以及具有α＝0.5的复广义高斯的情况。参考数字120示出了针对每个情况，实现特定信道容量所需的最小信噪比。

从图1中可以看出，当在干扰信号强度较高的环境中加性噪声分布为高斯时，与其它情况相比，信道容量相对较低。还可以看出，当加性噪声分布是具有重尾(heavy tail)的非高斯分布时，信道容量较高。

如上所述，在无线通信网络中，当加性噪声在统计上遵循高斯分布时，与当加性噪声遵循不同的分布时相比，信道容量可能较低。因此，当传送和接收系统被设计为使得干扰信号的统计分布变为非高斯分布时，能够经由增加的信道容量来提高网络吞吐量。

在通信系统的发射器侧通过使用具有给定信道编码率的正交相移键控(QPSK)调制来传送信号的情况下，当未实现目标误差性能时，可能能够通过重复传送相同的调制码元来实现目标误差性能。然而，使用上述调制方法的信号传送可能会导致加性噪声遵循高斯分布。这可能会降低信道容量。

图2图示了根据本发明的一实施例的频率和正交幅度调制(FQAM)。

图2中所示的调制方案是4-FSK(频移键控)和4-QAM(正交幅度调制)的组合。在FQAM中，信号中包含的信息可以基于频率、相位和幅度来表示。更具体地说，信号中包含的信息可以基于载波的频率、相位和幅度中的至少一个来表示。图2图示了4-QAM和4-FSK的组合。然而，可以将不同速率的调制方案组合成新的调制方案。

参考数字210表示具有等级为4的QAM的星座图。在使用4-QAM的信号传送中，每个FSK码元能够传送四条不同的信息。

参考数字220表示具有等级为4的FSK的星座图。通过使用4-FSK来激活具有不同频率的码元，每个QAM码元能够传送四条不同的信息。

在作为方案210和220的组合的FQAM中，可能存在16个不同的传送码元候选。

当发送FQAM调制的信号时，信道上的加性噪声可能具有非高斯分布。在这种情况下，当FQAM调制被用于信号传送时，与当使用QAM调制时相比，信道容量可以更高。

图3图示了根据本发明的一实施例的用于FQAM的发射器侧元件和接收器侧元件。

参见图3，发射器可以包括M进制信道编码器310和M进制FQAM调制器320。要发送的信息位可以被输入至M进制信道编码器310。M进制信道编码器310可以将输入的信息位编码为M进制码元。这里，M可以是变量，并且根据设计而具有不同的值。

M进制FQAM调制器320可以将编码后的M进制码元调制为M进制FQAM码元。M进制FQAM调制器320可以基于要发送的信号的频率、相位和幅度来进行调制。这里，根据实施例，M可变，并且QAM和FSK的等级也可变。

由M进制FQAM调制器320调制的信号可以通过信道330被发送到接收器侧。

接收器可以包括硬判决解码度量生成器340和M进制信道解码器350。

硬判决解码度量生成器340可以是非高斯解码器，并且可以通过使用硬判决对接收到的信号进行解码。硬判决解码度量生成器340还可以生成非二进制解码度量。

M进制信道解码器350可以基于由硬判决解码度量生成器340所生成的解码度量来进行解码。由M进制信道解码器350所解码的位可以被转发到接收器的控制单元。

上述发射器和接收器可以以加性噪声分布变为非高斯的方式来进行信号传送和接收。

图4图示了根据本发明的一实施例的不同调制方案的PAPR分布。

在图4中，参考数字410和420表示正交频分多址(OFDMA)系统和单载波频分多址(SC-FDMA)系统中使用的不同调制方案的PAPR分布。

参考数字412和422表示当传送的信号在OFDMA系统中进行4-QAM调制时的PAPR。

参考数字416和424表示当传送的信号在SC-FDMA系统中进行4-QAM调制时的PAPR。

参考数字418表示当传送的信号在SC-FDMA系统中通过32-FQAM(4-FSK和8-PSK的组合)调制时的PAPR。

参考数字426表示当传送的信号在SC-FDMA系统中通过32-FQAM(8-FSK和4-PSK的组合)调制时的PAPR。

在图4中可以看出，在SC-FDMA系统中，与QAM相比，FQAM的PAPR更高。

在FQAM的情况下，构成码元的许多子载波中只有一些被激活，使得干扰信号在统计上遵循非高斯分布。这与FSK调制的情况相似。然而，通过激活的子载波传送QAM码元的FQAM调制与FSK调制相比，可以显著增强频谱效率。当向存在较强的干扰信号的小区边缘区域中的用户应用FQAM调制时，由于建立了非高斯干扰信道，因此与重复传送QAM码元以建立高斯干扰信道的现有系统相比较，能够显著提高网络吞吐量。

同时，在蜂窝无线通信网络中，存在从基站到用户设备的下行链路传送和从用户设备到基站的上行链路传送。这里，对于向基站进行上行链路传送的用户设备，峰均功率比(PAPR)是重要的，因为要使电池消耗最小化。因此，在诸如3GPP LTE的蜂窝移动通信标准中，在上行链路中应用单载波频分多址(SC-FDMA)以降低PAPR。

在OFDMA系统中，FQAM调制的PAPR与QAM调制的PAPR相似。然而，在SC-FDMA系统中，FQAM调制的PAPR远高于QAM调制的PAPR。这是因为在FQAM调制中，构成码元的许多子载波中只有一些被激活。

在将FQAM调制而不是QAM调制应用到SC-FDMA系统的情况下，尽管可以建立非高斯干扰信道，但是，由于高PAPR的问题，与QAM相比传送功率会降低，因此总体网络吞吐量可能显著降低。因此，有必要开发能够建立非高斯干扰信道而不引起在SC-FDMA系统中高PAPR问题的调制方案。

图5图示了根据本发明的一实施例的序列调制和解码。

参见图5，相关器520可以将接收到的信号510按分量地处理为输出信号530。

接收到的信号510包括已经由发射器将输入位串分别映射到的特定序列。每个输入位串为两位长，并且可以被映射到长度为4的Walsh序列。根据实施例，输入位串的长度和Walsh序列的长度可变。除了这样的Walsh序列集，也能够使用其序列是可辨识的、其序列是两两正交的、或者其序列并非两两相关的不同的序列集。在某一实施例中，能够使用其序列并非两两正交、但是具有近零两两相关性的不同的序列集。

在发射器侧的调制器可以将输入位串映射到正交序列集的序列。例如，参见图5，输入位串“00”、“01”、“10”和“11”可以被分别映射到情况1、情况2、情况3和情况4。根据实施例，该映射可变，并且可以根据基于发射器侧和接收器侧之间的配置设置的信号类型和时序来动态地确定。

相关器520可以基于接收到的信号的分量来计算输出信号530。相关器520的计算表达式可以根据由调制器使用的序列的类型和长度而变化。

接收器的控制单元可以基于输出信号530来确定已被映射的输入位串。该映射可以在发射器和接收器之间预配置，或者可以根据由发射器或接收器发送的特定信号来确定。

如上所述，能够通过基于特定序列的调制来从发射器向接收器传送在输入位串中包含的信息。

图6图示了根据本发明的一实施例的序列正交幅度调制(SQAM)。

参见图6，能够通过使用作为4-QAM和4-WSM(Walsh序列调制)的组合的SQAM来调制信号。在SQAM调制中，可以根据序列类型、信号相位以及信号幅度来表示信号中包含的信息。更具体地说，能够基于所选序列、载波的相位以及载波的幅度中的至少一个来表示信号中包含的信息。

图6图示了4-QAM和4-WSM的组合。然而，可以通过将不同率的调制方案组合，来获得SQAM调制。

参考数字610表示具有等级为4的QAM的星座图。在使用4-QAM的信号传送中，每个WSM码元能够传送四条不同的信息。

参考数字620表示具有等级为4的WSM的星座图。每个频带中的子载波的相位可以根据所选序列而变化。

在作为方案610和620的组合的SQAM中，可能存在16个不同的传送码元候选。

参考数字630表示16-SQAM的星座图。这里，S_k指代4-QAM码元候选中的一个。

如上所述，可以通过将QAM和WSM组合来实现SQAM调制。在SQAM调制的信号中，与QAM的情况相似，所有子载波都被激活。因此，当向SC-FDMA系统应用SQAM时，与FQAM相比，高PAPR问题可能不太严重。当使用SQAM调制来对传送数据进行调制时，能够使加性噪声遵循非高斯分布，并且甚至在SC-FDMA系统中也不会发生高PAPR问题。

图7图示了根据本发明的一实施例的发射器侧元件和接收器侧元件。

参见图7，发射器可以包括信道编码器702、SQAM调制器704、加扰器706、串转并转换器708、DFT(离散傅里叶变换)单元710、IFFT(快速傅里叶逆变换)单元712以及CP(循环前缀)加法器714中的至少一个。根据实施例，上述元件中的一个或多个可以是可选的，并且可以被省略。

信道编码器702可以使用二进制代码或M进制代码来对要发送的信息位进行编码。

SQAM调制器704可以使用SQAM调制来对编码后的信息进行调制。根据实施例，SQAM调制的等级可变，并且可以考虑信道条件来确定。

加扰器706可以对调制后的信号进行加扰。这里，可以在子载波基础上进行加扰。具体地说，为了降低PAPR，可以在子载波基础上进行加扰，以便在子载波之间减少重复的图案(pattern)。可以根据要发送的信号来不同地选择加扰序列。然而，优选地对相同的发射器-接收器对应用相同的加扰序列。

S/P转换器708将加扰后的信号拆分为一组并行位流。DFT单元710可以应用离散傅里叶变换。IFFT单元712可以应用快速傅里叶逆变换。CP加法器714可以将CP与处理后的信号相加，其可以通过信道720发送到接收器。

接收器可以包括同步和CP移除器752、FFT单元754、IDFT单元756、P/S转换器758、解扰器760、相关器762、LLR(对数似然比)计算器764以及信道解码器766中的至少一个。

同步和CP移除器752可以进行同步，并从接收到的信号中移除CP。FFT单元754可以向没有CP的信号应用快速傅里叶变换。IDFT单元756可以向转换后的信号应用离散傅里叶逆变换。P/S转换器758可以将并行位流组合成串行位流。

解扰器760可以使用与加扰器706的序列相对应的序列来对信号进行解扰。优选地，可以在子载波基础上、以与加扰器706相匹配的方式进行解扰。

相关器762可以获得由SQAM调制器704所使用的序列的信息，以提取在接收到的信号中所包含的信息。相关器762可以识别由SQAM调制器704所使用的序列和映射的信息，以从接收到的信号中提取由SQAM调制器704所使用的序列的信息。

LLR计算器764可以基于接收到的信号来计算对数似然比。

信道解码器766可以基于计算出的LLR值和接收到的信号来估计码元。

更具体地说，信道解码器766可以基于计算出的LLR值来估计信息位和码元中的至少一个。作为信道解码器的实例的二进制解码器可以根据等式1来计算LLR。

等式1

$L_{k,\mathrm{\λ}}^{BICM}(\hat{H}\[k\],y\[k\])=\ln \frac{\underset{w\∈A_0^{\mathrm{\λ}}}{\Σ}{f}_{Y\[k\]}(y\[k\]|\hat{H}\[k\],s\[k\]=w)}{\underset{w\∈A_1^{\mathrm{\λ}}}{\Σ}{f}_{Y\[k\]}(y\[k\]|\hat{H}\[k\],s\[k\]=w)}$

在等式1中，表示用于二进制解码的第k个码元中的第λ位的LLR，表示用于传送的第k个码元的信道系数的估计，y[k]表示与传送的第k个码元相对应的接收到的信号，表示第λ位为0的候选码元组，表示第λ位为1的候选码元组，f_y[k]表示接收的第k个码元的概率密度函数(PDF)，s[k]表示传送的第k个码元，且w是表示可传送的码元候选的虚拟变量。

在16-QAM的情况下，包含全部16个码元中的8个码元，而包含其它8个码元。

另一方面，非二进制解码器可以根据等式2来计算LLR，并使用计算结果作为输入。

等式2

其中

在等式2中，表示第k个码元的LLR，y[k]表示与第k个传送码元相对应的接收到的信号，表示用于第k个传送码元的信道系数的估计，L_l表示针对第l个候选码元的LLR，f_Y[k]()表示第k个接收到的码元的PDF，s[k]表示第k个传送码元，且x_l表示第l个候选码元。

从等式2可以看出，信道解码所需的LLR计算要求计算概率密度函数(PDF)。

在现有的非高斯解码度量中，代表性的一个是复广义高斯(CGG)解码度量。在生成CGG解码度量的方案中，通过假设干扰信号或噪声遵循CGG分布来进行LLR或PDF计算，并将计算结果作为输入而馈入信道解码器。由于生成CGG解码度量的方案涵盖生成高斯解码度量的方案，因此在此仅描述CGG解码度量生成。可以由等式3来给出CGG分布的PDF。

等式3

$f_{\hat{Z}}\left(z\right|\mathrm{\α},\mathrm{\β})=\frac{\mathrm{\α}}{2{\mathrm{\π\β}}^2\mathrm{\Γ}\left(\frac{2}{\mathrm{\α}}\right)}\exp (-{\left(\frac{\left|z\right|}{\mathrm{\β}}\right)}^{\mathrm{\α}})$

在等式3中，f_z表示噪声的PDF，z是指代噪声的变量，α是表示非高斯性的程度的形状参数，β是表示方差的尺度参数，且Γ表示定义为的伽马函数。

参见等式3，当α等于2时CGG分布的PDF遵循高斯分布，当α小于2时遵循具有重尾的超高斯分布，而当α大于2时遵循具有轻尾的亚高斯分布。即，当α等于2时，CGG解码与高斯解码相同。

在大多数情况下，干扰信号和噪声能够通过具有从0到2范围的α的超高斯分布或高斯分布来建模。作为尺度参数已知的β用作高斯PDF的方差。用于非高斯解码的大多数PDF包括比如CGG分布的α和β的形状参数和尺度参数。

在一个实施例中，对于QAM调制中的CGG解码，有必要计算由等式4给出的PDF。

等式4

$f_{Y\[k\]}(y\[k\]|\hat{H}\[k\],s\[k\])=\frac{\mathrm{\α}}{2{\mathrm{\π\β}}^2\mathrm{\Γ}(2/\mathrm{\α})}\exp (-{\left(\frac{|y\[k\]|-\hat{H}\[k\]s\[k\]|}{\mathrm{\β}}\right)}^{\mathrm{\α}})$

在等式4中，f_Y[k]()表示传送码元的PDF，y[k]表示与第k个传送码元相对应的接收到的信号，表示用于第k个传送码元的信道系数，s[k]表示第k个传送码元，α是形状参数，β是尺度参数，且Γ表示定义为的伽马函数。

在SQAM调制的情况下，与QAM调制不同，接收器包括用于候选序列的相关器，并且对于一个码元存在多个相关器输出。因此，针对QAM调制所提出的LLR计算方案可能不适宜扩展到SQAM调制。因此，如下面在等式5和等式6中所示，可以使用用于高斯码元或非高斯码元的PDF来计算用于SQAM的LLR。

等式5

$f_{Y\[k\]}(y\[k\]|\hat{H}\[k\],m\[k\],s\[k\])=\stackrel{M_F-1}{\Π}{f}_{Y_l\[k\]}(y_l\[k\]|\hat{H}\[k\],m\[k\],s\[k\])$

在等式5中，f_Y[k]()表示用于接收到的码元的相关器输出的共同PDF，y[k]表示与第k个传送码元相对应的相关器输出矢量，表示用于第k个传送码元的信道系数的估计，m[k]表示在第k个SQAM块中携带QAM码元的序列的索引，s[k]表示第k个传送码元的QAM码元，M_F表示SQAM调制中使用的候选序列的数目，表示用于第l个相关器输出的PDF，且y_l[k]表示用于与第k个传送码元相对应的接收到的信号的第l个相关器输出。

等式6

$f_{Y_l\[k\]}(y_l\[k\]|\hat{H}\[k\],m\[k\],s\[k\])=\frac{\mathrm{\α}}{2{\mathrm{\π\β}}^2\mathrm{\Γ}(2/\mathrm{\α})}\exp (-{\left(\frac{|y_l\[k\]-\hat{H}\[k\]s\[k\]{\mathrm{\δ}}_{l,m\[k\]}|}{\mathrm{\β}}\right)}^{\mathrm{\α}})$

在等式6中，表示用于与第k个传送码元相对应的接收到的信号的第l个相关器输出的PDF，y_l[k]表示用于与第k个传送码元相对应的接收到的信号的第l个相关器输出，表示用于第k个传送码元的信道系数的估计，m[k]表示在第k个SQAM块中携带QAM码元的序列的索引，s[k]表示第k个传送码元的QAM码元，α是形状参数，β是尺度参数，且Г表示伽马函数，且δ_l，m[k]表示德尔塔函数。这里，伽马函数定义为并且如果l＝m[k]，则德尔塔函数产生1，否则产生0。

接下来，给出对估计表示干扰信号的非高斯性的参数α的过程的描述。即，参数α表示干扰信号的非高斯分布和高斯分布之间的差异。如前所述，干扰信号的分布与CGG分布相似。因此，可以将CGG PDF的形状参数α用作对非高斯性的测量。

用户设备使用接收器从基站接收用于信道估计的信号，并从接收器的FFT输出中收集用于构成每个SQAM码元的M_F子载波的接收到的信号和估计的信道系数。可以由等式7给出用于构成一个SQAM码元的子载波的接收到的信号的相关器输出。

等式7

$Y\[k\]=\left(\begin{array}{cccc}{Y}_1\[k\]& Y_2\[k\]& ...& Y_{M_F}\[k\]\end{array}\right)$

这里，Y_l[k]表示用于第k个接收到的SQAM码元的第l个接收器输出。

接下来，如等式8所示，用户设备可以基于等式7做出关于接收到的信号的硬判决，以估计传送的SQAM码元。

等式8

$(\hat{m}\[k\],\hat{s}\[k\])=\underset{(m_j\[k\],s_j\[k\])\∈C}{\arg \min }\underset{l=1}{\overset{M_F}{\Σ}}|Y_l\[k\]-\hat{H}\[k\]s_i\[k\]{\mathrm{\δ}}_{m_j\[k\],l}{|}^2$

这里，表示通过关于第k个接收到的SQAM码元的硬判决而估计出的SQAM序列的索引，表示通过关于第k个接收到的SQAM码元的硬判决而估计出的SQAM的传送的QAM码元，且C表示可用的SQAM码元组，并通过使用序列s_i[k]传送的QAM码元的序列m_j[k]的索引来表示。

之后，如等式9所示，可以使用来自等式8的硬判决结果来估计干扰信号。

等式9

$J\[k\]=\left(\begin{array}{cccc}{J}_1\[k\]& J_2\[k\]& ...& J_{M_F}\[k\]\end{array}\right)$

$J_l\[k\]=Y_l\[k\]-\hat{H}\[k\]\hat{s}\[k\]{\mathrm{\δ}}_{\hat{m}\[k\],l}$

这里，Y_l[k]表示用于第k个接收到的SQAM码元的M_F相关器输出中的第l个相关器输出，表示用于构成第k个接收到的SQAM码元的M_F子载波的信道系数的估计的平均数，表示通过关于第k个接收到的SQAM码元的硬判决而估计出的SQAM的传送QAM码元，表示通过关于第k个接收到的SQAM码元的硬判决而估计出的传送的SQAM序列的索引，且表示德尔塔函数。

最后，可以使用等式10来估计表示干扰信号的非高斯性的α。

等式10

$\mathrm{\α}=\frac{ln(3^6/2^{10})}{ln(\frac{{(E\[|J_l\[k\]|\])}^2}{E\[|J_l\[k\]{|}^2\]}-\frac{\mathrm{\π}}{4}+\frac{9}{2^{3.5}})+ln\left(\frac{3}{2\sqrt{2}}\right)}$

$E\left\{\right|J_l\[k\]{|}^2\}\≈\frac{1}{N_s{M}_F}\underset{k=1}{\overset{N_s}{\Σ}}\underset{l=1}{\overset{M_F}{\Σ}}{J}_l\[k\]$

$E\left\{\right|J_l\[k\]\left|\right\}\≈\frac{1}{N_s{M}_F}\underset{k=1}{\overset{N_s}{\Σ}}\underset{l=1}{\overset{M_F}{\Σ}}\sqrt{J_l\[k\]}$

这里，N_s可以表示用于α估计的接收到的SQAM码元的数目。然而，也不一定要这样理解N_s。可以将N_s理解为基于接收到的信号中的码元的数目而确定的、值大于1且小于接收到的信号中的码元的数目的参数。

同时，如等式11所示，CGG PDF的尺度参数β可以根据估计出的α值来估计。

等式11

$\mathrm{\β}=\frac{\mathrm{\Γ}(2/\mathrm{\α})}{\mathrm{\Γ}(3/\mathrm{\α})}E\[|J_l\[k\]|\]$

在一个实施例中，每个元件都可以在控制单元的控制下进行其操作。发射器可以包括传送单元以传送信号，而接收器可以包括接收单元以接收信号。

图8图示了根据本发明的另一实施例的发射器侧元件和接收器侧元件。

参见图8，发射器可以包括M进制信道编码器802、M进制SQAM调制器804、码元交织器806、加扰器808、资源映射器810、DFT单元812、IFFT单元814以及CP加法器816中的至少一个。根据实施例，上述元件中的一个或多个可以是可选的，并且可以被省略。

M进制信道编码器802可以使用M进制代码来对要发送的信息位进行编码。由于关于相关器输出，SQAM可能具有与FQAM相似的分布，因此能够通过使用M进制代码执行信道编码。根据实施例，可以不同地选择M的值。

M进制SQAM调制器804可以使用SQAM调制对编码后的信息位进行调制。根据实施例，SQAM调制的等级可变，并且可以考虑信道条件来确定。

码元交织器806可以进行信号交织，以降低SQAM码元之间的信道相关性。可以在SQAM码元基础上进行码元交织。

加扰器808可以对调制后的信号进行加扰。这里，可以在子载波基础上进行加扰。具体地说，为了降低PAPR，可以在子载波基础上进行加扰，以便在子载波之间减少重复的图案。可以根据要发送的信号来不同地选择加扰序列。然而，优选对相同的发射器-接收器对应用相同的加扰序列。

资源映射器810可以进行子载波资源映射，以便在构成SQAM码元的子载波中均匀地分布衰减效应。具体地说，发射器可以进行子载波资源映射，以便各个子载波经历相似的衰减效应。例如，当以资源长度为4为单位执行子载波资源映射时，如参考标记872或874所示，子载波资源可以被映射到时间-频率栅格上。这里，可以设置资源长度以对应于M。

DFT单元812可以向映射到传送资源的信号应用离散傅里叶变换。IFFT单元814可以向信号应用快速傅里叶逆变换。CP加法器816可以将CP与处理后的信号相加，然后可以将其通过信道820发送到接收器。

接收器可以包括同步和CP移除器852、FFT单元854、IDFT单元856、资源解映射器858、解扰器860、码元解交织器861、相关器862、LLR计算器864以及M进制信道解码器866中的至少一个。

同步和CP移除器852可以进行同步，并从接收到的信号中移除CP。FFT单元854可以向没有CP的信号应用快速傅里叶变换。IDFT单元856可以向变换后的信号应用离散傅里叶逆变换。P/S转换器858可以将并行位流组合成串行位流。

资源解映射器858可以以与资源映射器810相匹配的方式进行资源-码元解映射。

解扰器860可以使用与加扰器808的序列相对应的序列来对信号进行解扰。优选地，可以在子载波基础上以与加扰器808相匹配的方式进行解扰。

码元解交织器861可以在SQAM码元基础上以与码元交织器806相匹配的方式进行解交织。

相关器862可以获得由SQAM调制器804所使用的序列的信息，以提取在接收到的信号中所包含的信息。相关器862可以识别由SQAM调制器804所使用的序列和映射的信息，以从接收到的信号中提取由SQAM调制器804所使用的序列的信息。

LLR计算器864可以基于接收到的信号来计算对数似然比。

M进制信道解码器866可以基于计算出的LLR值和接收到的信号来估计码元。

更具体地说，M进制信道解码器866可以基于计算出的LLR值来估算信息位和码元中的至少一个。

图9图示了根据本发明的一实施例的用于传送的子帧结构。

参见图9，子帧结构可以包括时域中的时隙0(912)和时隙0(912)，并可以包括频域中的QAM频带920和SQAM频带930。QAM频带920可以包括N1个资源块(RBs)，而SQAM频带930可以包括N2个RBs。根据实施例，N1和N2可变，并且可以考虑信道条件来选择。

在一个实施例中，可以通过QAM频带820发送QAM调制后的信号，并可以通过SQAM频带930发送SQAM调制后的信号。

图10图示了根据本发明的一实施例的使用特定调制方案在基站和用户设备之间进行的信号交换。

参见图10，用户设备1002和基站1004可以传送和接收信号。可以以各种方式来确定用于信号传送和接收的调制方案。然而，在本实施例中，假设SQAM调制用于上行链路传送。

在步骤1010，基站1004向用户设备1002传送针对信道状态信息的请求消息。虽然未示出，然而基站1004也可以向用户设备1002传送用于信道状态测量的参考信号。在一个实施例中，信道状态信息可以包括接收到的信号的信号与干扰加噪声比(SINR)的信息，以及用于SQAM信号传送的频带的非高斯性的信息。非高斯性的信息可以包括CGG PDF的α值，或者表示在相应的频带中的加性噪声分布与高斯分布背离程度的另一值。用于SQAM信号传送的频带可以设置在用户设备1002和基站1004之间，并且可以根据通信条件而改变。

在步骤1015，用户设备1002向基站1004传送包含所请求的信息的信号。

在步骤1020，基站1004基于接收到的信息来确定用于SQAM的MCS(调制和编码方案)等级。在一个实施例中，MCS等级可以与用于SQAM调制的序列长度、QAM等级以及码率中的至少一个相对应。基站1004还可以基于信道条件来确定用于SQAM的MCS等级。

信道状态信息可以包括SINR的信息和非高斯性的信息中的至少一个。

在步骤1025，基站1004向用户设备1002传送包含MCS等级信息的信号。在一个实施例中，包含MCS等级信息的信号还可以包括一个或多个参考信号。

在步骤1030，用户设备1002向基站1004传送基于接收到的MCS等级信息通过SQAM调制的信号。

在步骤1035，基站1004基于所确定的MCS等级来对接收到的信号进行解调。

图11图示了根据本发明的另一实施例的使用特定调制方案在基站和用户设备之间进行的信号交换。

参见图11，在步骤1110，用户设备1102向基站1104传送包含信道状态信息的消息。虽然未示出，然而基站1104也可以在之前已向用户设备1102发送了用于信道状态测量的参考信号。用户设备1102可以基于这样的参考信号来进行信道测量。在一个实施例中，信道状态信息可以包括接收到的信号的SINR的信息，以及用于SQAM信号传送的频带的非高斯性的信息。非高斯性的信息可以包括CGG PDF的α值或者表示在相应的频带中的加性噪声分布与高斯分布背离程度的另一值。用于SQAM信号传送的频带可以设置在用户设备1102和基站1104之间，并且可以根据通信条件而改变。

在步骤1115，基站1104基于接收到的信息来进行信道估计。

在步骤1120，基站1104基于估计出的信道信息来确定用于SQAM的MCS等级。在一个实施例中，MCS等级可以与序列长度、QAM等级以及用于SQAM调制的码率中的至少一个相对应。基站1104还可以基于信道条件来确定用于SQAM的MCS等级。信道状态信息可以包括SINR的信息以及非高斯性的信息中的至少一个。

在步骤1125，基站1104向用户设备1102传送包含MCS等级信息的信号。在一个实施例中，包含MCS等级信息的信号还可以包括一个或多个参考信号。

在步骤1130，用户设备1102向基站1104传送基于接收到的MCS等级信息通过SQAM调制的信号。

在步骤1135，基站1104基于所确定的MCS等级来对接收到的信号进行解调。

图12图示了根据本发明的一实施例的调制方案确定。

参见图12，根据实施例，基站和用户设备中的至少一个可以确定调制方案。这里，为了易于描述，假设基站确定MCS等级。然而，用户设备可以基于测量到的SINR来直接确定MCS。

在步骤1205，基站将从用户设备接收到的SINR与预设的阈值S_th进行比较。阈值S_th可以根据预先配置的设置来确定，并且可以根据通信条件而变化。具体地说，阈值S_th可以基于在给定的MCS等级的QAM中触发重复的参考值来确定。

如果SINR大于S_th，则在步骤1215，基站可以根据QAM来确定MCS等级。例如，当将S_th设置为3dB时，如果SINR>3dB，则可以使用具有码率＝1/2的QPSK来进行调制。

如果SINR小于或等于S_th，则在步骤1210，基站可以基于SQAM频带的信道属性来确定用于SQAM的MCS等级。这里，用于SQAM的MCS等级可以与序列长度、QAM等级/阶数以及码率中的至少一个相关联。SQAM频带的信道属性可以与非高斯性相关联。用于通信系统的MCS等级可以通过链路级仿真(LLS)而被优化。

在一个实施例中，当SQAM频带的信道属性遵循高斯分布时，序列长度可能会增加，而QAM阶数可能会减小。当SQAM频带的信道属性遵循非高斯分布时，序列长度可能会减小，而QAM阶数可能会增加。基站可以根据信道条件，通过改变序列长度或QAM阶数来调整用于SQAM的MCS等级。

在一个实施例中，当SINR值较大时，序列长度可能会减小，而QAM阶数可能会增加。当SINR值较小时，序列长度可能会增加，而QAM阶数可能会减小。

如上所述，基站能够确定用于QAM或SQAM的MCS等级。

图13图示了根据本发明的另一实施例的PAPR分布。

在图13中，参考数字1312表示当在OFDMA系统中使用4-QAM时的PAPR分布的图形。参考数字1314表示当在SC-FDMA系统中使用4-QAM时的PAPR分布的图形。可以看出，在4-QAM的情况下，与OFDMA系统相比，SC-FDMA系统的PAPR更低。

参考数字1316表示当在SC-FDMA系统中使用32-FQAM(4-FSK+8-QAM)时的PAPR分布的图形。参考数字1318表示当在SC-FDMA系统中使用32-SQAM(4-WSM+8-QAM)时的PAPR分布的图形。可以看出，在SC-FDMA系统中，与32-FQAM相比，32-SQAM的高PAPR问题的严重性要低。在一个实施例中，能够通过分别调整WSM等级和QAM等级来得到更好的PAPR分布。

图14图示了根据本发明的一实施例的发射器的框图。

参见图14，本发明的发射器1400可以包括收发器单元1410、存储单元1420以及控制单元1430中的至少一个。

收发器单元1410可以传送和接收信号。发射器1400可以借助于通过收发器单元1410发送和接收的信号来与接收器交换信息。收发器单元1410可以包括无线或有线的通信部分。

存储单元1420可以存储操作发射器1400所需的信息。存储单元1420可以存储通过收发器单元1410发送和接收的信息、以及由控制单元1430处理的信息中的至少一个。

控制单元1430可以控制发射器1400的整个操作。具体地说，控制单元1430可以处理与各种实施例有关的操作发射器1400所需的信息。具体地，控制单元1430可以进行信息位编码、SQAM调制、码元交织、在子载波基础上加扰、资源映射、DFT、IFFT以及CP加法中的至少一个。

图15图示了根据本发明的一实施例的接收器的框图。

参见图15，本发明的接收器1500可以包括收发器单元1510、存储单元1520以及控制单元1530中的至少一个。

收发器单元1510可以传送和接收信号。接收器1500可以借助于通过收发器单元1510发送和接收的信号来与发射器交换信息。收发器单元1510可以包括无线或有线的通信部分。

存储单元1520可以存储操作接收器1500所需的信息。存储单元1520可以存储通过收发器单元1510发送和接收的信息、以及由控制单元1530处理的信息中的至少一个。

控制单元1530可以控制接收器1500的整个操作。具体地说，控制单元1530可以处理与各种实施例有关的操作接收器1500所需的信息。具体地，控制单元1530可以进行信息位解码、SQAM解调、LLR计算、序列相关性、码元解交织、在子载波基础上解扰、资源解映射、IDFT、FFT以及CP移除中的至少一个。

在本发明的特征中，提供了在移动通信系统中使加性噪声分布成为非高斯的调制方法。因此，能够显著提高系统吞吐量。此外，提供了在基于SC-FDMA的信号传送和接收期间避免高PAPR问题的调制方法和装置。

上文中，已经参考附图描述了本发明的示范性实施例。描述中所用的特定术语或词语应当按照本发明的精神来解释，而不对其主题进行限制。应当理解，在此描述的基础发明构思的许多变形和修改仍将落入所附权利要求及其等效物所定义的本发明的精神和范围内。

Claims (16)

1.一种用于移动通信系统中的发射器设备的信号传送的方法，所述方法包括：

识别用于数据传送的调制方案；

基于所识别的调制方案，识别用于正交幅度调制(QAM)的等级；

基于QAM等级和要传送的数据，识别载波的幅度和相位；以及

如果所识别的调制方案是第一方案，则识别序列的长度，根据要传送的数据在所识别的长度的序列中选择一序列，并且基于所选择的序列、载波的幅度和载波的相位，生成与要传送的数据相对应的调制后的码元。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：如果所识别的调制方案是第二方案，则基于载波的幅度和载波的相位，对要传送的数据进行调制。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括：从接收器设备接收与信道的信号与干扰加噪声比(SINR)相关的信息，并且其中，识别调制方案包括：如果SINR大于或等于阈值，则将QAM识别为调制方案。

4.根据权利要求1所述的方法，还包括：

对调制后的码元进行交织；以及

在子载波基础上对调制后的码元进行加扰。

5.根据权利要求4所述的方法，还包括：

识别所加扰的子载波的衰减效应；以及

对子载波的传送资源进行映射，以便子载波的衰减效应相互对应。

6.一种用于移动通信系统中的接收器设备的信号接收的方法，所述方法包括：

从发射器设备接收信号；

识别接收到的信号的调制方案；

基于所述调制方案以及与用于对接收到的信号进行调制的序列集相关联的相关器，识别所述序列集中的与接收到的信号相对应的序列；以及

基于所识别的序列和与接收到的信号相对应的对数似然比(LLR)，对接收到的信号进行解调。

7.根据权利要求6所述的方法，还包括：

识别对接收到的信号应用的交织方案；以及

基于所述交织方案，对接收到的信号进行解交织。

8.根据权利要求6所述的方法，还包括：

在子载波基础上识别对接收到的信号应用的加扰方案；以及

基于所述加扰方案，对子载波上的接收到的信号进行解扰。

9.一种移动通信系统中的发射器设备，包括：

收发器，被配置为传送和接收信号；以及

控制器，被配置为：

控制所述收发器，

识别用于数据传送的调制方案，

基于所识别的调制方案，识别用于正交幅度调制(QAM)的等级，

基于QAM等级和要传送的数据，识别载波的幅度和相位，以及

如果所识别的调制方案是第一方案，则识别序列的长度，根据要传送的数据在所识别的长度的序列中选择一序列，并且基于所选择的序列、载波的幅度和载波的相位，生成与要传送的数据相对应的调制后的码元。

10.根据权利要求9所述的发射器设备，其中，所述控制器还被配置为：如果所识别的调制方案是第二方案，则基于载波的幅度和载波的相位，对要传送的数据进行调制。

11.根据权利要求9所述的发射器设备，其中，所述控制器还被配置为：从接收器设备接收与信道的信号与干扰加噪声比(SINR)相关的信息，并且其中，识别调制方案包括：如果SINR大于或等于阈值，则将QAM识别为调制方案。

12.根据权利要求9所述的发射器设备，其中，所述控制器还被配置为：

对调制后的码元进行交织；以及

在子载波基础上对调制后的码元进行加扰。

13.根据权利要求12所述的发射器设备，其中，所述控制器还被配置为：

识别所加扰的子载波的衰减效应；以及

对子载波的传送资源进行映射，以便子载波的衰减效应相互对应。

14.一种移动通信系统中的接收器设备，包括：

收发器，被配置为传送和接收信号；以及

控制器，被配置为：

控制所述收发器，

从发射器设备接收信号；

识别接收到的信号的调制方案；

基于所述调制方案以及与用于对接收到的信号进行调制的序列集相关联的相关器，识别所述序列集中的与接收到的信号相对应的序列；以及

基于所识别的序列和与接收到的信号相对应的对数似然比(LLR)，对接收到的信号进行解调。

15.根据权利要求14所述的接收器设备，其中，所述控制器还被配置为：

识别对接收到的信号应用的交织方案；以及

基于所述交织方案，对接收到的信号进行解交织。

16.根据权利要求14所述的接收器设备，其中，所述控制器还被配置为：

在子载波基础上识别对接收到的信号应用的加扰方案；以及

基于所述加扰方案，对子载波上的接收到的信号进行解扰。