CN107302800A - 用于混合多址接入无线通信系统的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了用于混合多址接入无线通信系统的装置的和方法。该装置包括：参数获取单元，被配置为获取混合多址接入无线通信系统的相关参数；以及子载波分配单元，被配置为使用所述相关参数以优化该混合多址接入无线通信系统的整体通信质量为目标为各个用户设备分配子载波。

Description

用于混合多址接入无线通信系统的装置和方法
技术领域
本发明的实施例总体上涉及无线通信领域，具体地涉及混合多址接入技术，更具体地涉及一种用于混合多址接入无线通信系统的装置和方法。
背景技术
混合多址接入(HMA,Hybrid Multiple Access)技术是一种极具应用前景的技术，相比于其它单一的多址接入技术如频分多址(FDMA,Frequency Division Multiple Access)、正交频分多址(OFDMA，Orthogonal Frequency Division Multiple Access)、码分多址(CDMA,Code Division Multiple Access)以及交织多址(IDMA，Interleave DivisionMultiple Access)等，HMA技术使用分层结构，结合了各层所使用技术的优点，具有高服务质量和高抗干扰能力等优势，有望应用于下一代无线通信系统中。
在HMA系统中，由于多层结构所带来的影响，各用户的子载波分配问题更加复杂。
发明内容
在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
根据本申请的一个方面，提供了一种用于混合多址接入无线通信系统的装置，包括：参数获取单元，被配置为获取混合多址接入无线通信系统的相关参数；以及子载波分配单元，被配置为使用所述相关参数以优化该混合多址接入无线通信系统的整体通信质量为目标为各个用户设备分配子载波。
根据本申请的另一个方面，提供了一种用于混合多址接入无线通信系统的装置，包括：接收单元，被配置为从基站接收子载波分配的信息；以及子载波确定单元，被配置为根据所接收的信息来确定要使用的子载波。
根据本申请的一个方面，提供了一种用于混合多址接入无线通信系统的方法，包括：获取混合多址接入无线通信系统的相关参数；以及使用所述相关参数以优化混合多址接入无线通信系统的整体通信质量为目标为各个用户设备分配子载波。
根据本申请的另一个方面，提供了一种用于混合多址接入无线通信系统的方法，包括：从基站接收子载波分配的信息；以及根据所接收的信息来确定要使用的子载波。
根据本申请的实施例的用于混合多址接入无线通信系统的装置和方法能够实现子载波的合理分配，提高了系统性能和频谱利用效率。
依据本发明的其它方面，还提供了用于混合多址接入无线通信系统的方法的算机程序代码和计算机程序产品以及其上记录有该用于实现这些方法的计算机程序代码的计算机可读存储介质。
通过以下结合附图对本发明的优选实施例的详细说明，本发明的上述以及其他优点将更加明显。
附图说明
为了进一步阐述本发明的以上和其它优点和特征，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。所述附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分。具有相同的功能和结构的元件用相同的参考标号表示。应当理解，这些附图仅描述本发明的典型示例，而不应看作是对本发明的范围的限定。在附图中：
图1是示出了根据本申请的一个实施例的用于混合多址接入(HMA)无线通信系统的装置的结构框图；
图2示出了HMA无线通信系统的一个频谱示意图；
图3是示出了根据本申请的实施例的HMA无线通信系统中基站与用户设备之间的信息流程的示例的图；
图4是示出了根据本申请的一个实施例的用于HMA无线通信系统的装置的结构框图；
图5示出了采用图1中的装置100的FBMC-IDMA通信系统的示意性结构图；
图6示出了不基于循环前缀的滤波器组多载波交织多址(NCPFBMC-IDMA(Non-Cyclic Prefix,Filter Bank MultipleCarrier-Interleave Division Multiple Access)通信系统的结构框图；
图7示出了基于循环前缀的滤波器组多载波交织多址(CPFBMC-IDMA通信系统的结构框图；
图8示出了OFDM-IDMA通信系统的结构框图；
图9示出了在NCP FBMC-IDMA通信系统中采用根据本申请的子载波分配方案和子载波随机分配方案时系统误比特率(BER,Bit ErrorRate)的比较的曲线图；
图10示出了在CP FBMC-IDMA通信系统中采用根据本申请的子载波分配方案和子载波随机分配方案时系统BER的比较的曲线图；
图11示出了OFDM-IDMA通信系统中采用根据本申请的子载波分配方案和子载波随机分配方案时系统BER的比较的曲线图；
图12示出了根据本申请的一个实施例的用于HMA无线通信系统的方法的流程图；
图13示出了根据本申请的一个实施例的用于HMA无线通信系统的方法的流程图；以及
图14是其中可以实现根据本发明的实施例的方法和/或装置和/或系统的通用个人计算机的示例性结构的框图。
具体实施方式
在下文中将结合附图对本发明的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。
在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的设备结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
<第一实施例>
在现有的单层多址接入系统比如OFDMA中，为了确保系统的正常使用，在同一时刻每一个子载波只能被一个用户设备所使用。另一方面，在HMA系统中，以多载波技术与多址接入技术相结合的双层结构为例，各个用户随机使用个别子载波或全部子载波。然而，使用全部子载波的方案(比如现有的OFDM-IDMA通信系统)消耗过多的频谱资源，而随机使用子载波的方案未考虑多载波技术和多址接入技术的融合的系统的特点，系统性能较差。
图1示出了根据本申请的一个实施例的用于HMA无线通信系统的装置100的结构框图，装置100包括：参数获取单元101，被配置为获取混合多址接入无线通信系统的相关参数；以及子载波分配单元102，被配置为使用所述相关参数以优化该混合多址接入无线通信系统的整体通信质量为目标为各个用户设备分配子载波。
如前所述，由于HMA无线通信系统中分层结构所带来的影响，HMA系统中的子载波分配问题较为复杂。在一个示例中，HMA无线接入通信系统为结合多载波技术和多址接入技术的分层系统。图2示出了HMA系统的一个频谱示意图，可以看出，由于多址层的加入，一个子载波可以同时分配给多个用户设备使用而不会引起传输数据间的混淆。示例性地，HMA无线接入通信系统可以为滤波器组多载波交织多址(FBMC-IDMA)通信系统。
根据本申请的装置100例如可以位于网络管理侧比如基站中，也可以作为单独的设备存在。基站可以被实现为任何类型的演进型节点B(eNB)。代替地，基站可以被实现为任何其他类型的基站，诸如NodeB和基站收发台(BTS)。基站可以包括：被配置为控制无线通信的主体(也称为基站设备)；以及设置在与主体不同的地方的一个或多个远程无线头端(RRH)。另外，各种类型的终端设备均可以通过暂时地或半持久性地执行基站功能而作为基站工作。然而，这仅是示例性的，装置100可以应用于任何进行混合多址通信的无线发送端。装置100通过进行合理的子载波分配，使得整个无线通信系统的整体通信质量得以优化。
在一个示例中，整体通信质量用以下中的至少一个来表示：用户设备的和信噪比(sum SNR，sum Signal-to-noise Ratio)，信道容量，可达速率。例如，在采用和信噪比的情况下，可以通过使得所有用户设备的和信噪比最大来进行上述优化。另一方面，在使用信道容量或可达速率的情况下，可以通过使得信道容量最高或可达速率最高来进行上述优化。
此外，子载波分配单元102在进行子载波分配时还可以基于如下条件：使得每个子载波承载的用户数均匀。这样可以使得各个子载波的负载较为均衡，提高频谱利用效率，改善系统性能。
参数获取单元101获取要在子载波的分配中使用的HMA系统的相关参数。例如，这些相关参数包括如下中的至少一部分：活跃的用户设备数K，总子载波数量M，要分配给每个用户设备的子载波数量D，对应于每一个用户设备k的信道向量第m个子载波系数向量fm，第k个用户设备在第m个子载波上的功率pk,m，第k个用户设备的噪声功率
其中，子载波分配单元102可以被配置为基于这些参数确定要分配给用户设备的子载波的数量以及具体分配哪些子载波。例如，子载波分配单元102可以被配置为根据信道向量用户设备的服务质量要求(QoS，Quality of Service)和活跃的用户设备数来确定要分配给所述用户设备的子载波的数量。例如，在信道条件越好，QoS越高，活跃的用户设备数越少的情况下，要分配给用户设备的子载波的数量越多。其中，信道向量例如通过信道估计获得。
此外，还可以设置为要分配给用户设备的子载波的数量是确定的，子载波分配单元102仅确定具体分配哪些子载波。
在一个具体示例中，子载波分配单元102被配置为以第k个用户设备是否使用第m个子载波为优化变量，以所有用户设备的和信噪比最大化为优化目标来优化子载波的分配。
此外，在进行上述优化时，还可以包括如下限制：每个用户设备使用D个子载波，每个子载波承载的用户设备数均匀。
在该示例中，和信噪比由所有用户设备的SNR构成，每个用户设备的SNR由各用户设备的信道状态信息(CSI，Channel State Information)以及所选的子载波决定，CSI例如为通过信道估计算法获得的信道向量，对应的和信噪比可以由下式给出：
其中，信道向量可以通过信道估计获得，xkm为优化变量，取值为{0,1}，当xkm＝1时，表示将第m个子载波分配给第k个用户设备，而当xkm＝0时，表示不将第m个子载波分配给第k个用户设备。
式(1’)代表了待求解的优化模型，使用该模型，以SNR最大化为优化目标，以每个用户设备使用D个子载波为第一组约束条件，以避免各子载波过载，保证各子载波承载用户数均匀为第二组约束条件，来求解该优化问题，得到表示第k个用户设备是否使用第m个子载波的参数xkm。这样，就获得了各个用户设备的子载波分配结果。
其中，第一组约束条件可以用下式(2’)表示：
第二组约束条件可以用下式(3’)表示：
其中，表示的整数部分。
应该理解，以上仅是优化模型的一个示例，本申请并不限于此，并且也不限于采用SNR作为信道质量的指示。
如图1中的虚线框所示，装置100还可以包括：收发单元103，被配置为向用户设备发送子载波分配结果。随后，用户设备可以使用分配给它的子载波来传输数据。
此外，收发单元103还可以被配置为响应于用户设备的数据传输请求向用户设备发送数据分组长度以及子载波参数设置的信息。子载波参数设置例如包括子载波的中心频率、带宽、子载波数目等参数。用户设备可以根据这些信息来进行数据分组和子载波波形设计，并随后发送服务质量要求和训练序列等数据。
相应地，收发单元103还可以被配置为从用户设备接收服务质量要求和训练序列。基站将利用训练序列来进行信道估计以获得信道向量此外，虽然图1中未示出，装置100还可以包括信道估计单元，被配置为基于训练序列进行信道估计。
为了便于理解，图3示出了HMA无线通信系统中基站(BS)与用户设备(UE)之间的信息流程的示例，在该示例中，以时分双工上行数据传输系统为例进行描述。
其中，UE首先向BS发送数据传输请求，BS接收到该数据传输请求后，探测周围环境是否适合通信，如果适合通信，则响应于该数据传输请求生成数据分组长度以及子载波参数设置(用于子载波设计)，并在数据传输响应中将这些设置发送给UE。UE根据所接收到的数据分组长度和子载波参数设置来进行数据分组和子载波设计，其中数据分组的方式和子载波设计的方式是UE和BS双方均认同的。
随后，UE向BS发送服务质量要求QoS和训练序列。BS基于接收到的训练序列进行信道估计，并且根据信道估计的结果、QoS和活跃用户数量来确定分配给每个用户设备的子载波数目。接下来，基站执行前述子载波分配方法，获得各个用户设备的子载波分配结果，并将该结果以及数据传输指令发送给UE。在接收到数据传输指令后，UE根据前述数据分组长度和子载波参数的设置使用所分配的子载波来发送上行链路数据。此外，BS使用相应的接收方法来接收这些数据，并且如果必要还可进行下行链路数据传输。
在上述信令交互过程中，大部分信令数据只涉及很少的数据量，可以通过控制信道来传输，只有训练序列和数据块的数据量较大，通过数据信道传输。
在本实施例中，装置100通过以HMA通信系统的整体通信质量为目标来优化子载波的分配，能够获得以下中的至少一个优点：提高系统性能，提高系统的频谱资源利用率，实现子载波间的负载均衡。
<第二实施例>
图4示出了根据本申请的一个实施例的用于HMA无线通信系统的装置200的结构框图，该装置200包括：接收单元201，被配置为从基站接收子载波分配的信息；以及子载波确定单元202，被配置为根据所接收的信息来确定要使用的子载波。
该装置200例如可以位于用户设备中。作为示例，装置200可以被实现为移动终端(诸如智能电话、平板个人计算机(PC)、笔记本式PC、便携式游戏终端、便携式/加密狗型移动路由器和数字摄像装置)或者车载终端(诸如汽车导航设备)。装置200还可以被实现为执行机器对机器(M2M)通信的终端(也称为机器类型通信(MTC)终端)。此外，装置200可以为安装在上述终端中的每个终端上的无线通信模块(诸如包括单个晶片的集成电路模块)。
在一个示例中，接收单元201还可以被配置为从基站接收数据分组长度以及子载波参数设置的信息，以用于数据分组及滤波器生成。
此外，如图4中的虚线框所示，装置200还可以包括：发送单元203，被配置为向基站发送QoS和训练序列，以供基站用于子载波分配。例如，如以上参照图3所述，基站使用训练序列来进行信道估计，并基于信道估计的结果和QoS等确定子载波的分配方案。
在本实施例中，装置200通过使用基站分配的子载波来进行数据通信，能够获得以下中的至少一个优点：提高系统性能，提高系统的频谱资源利用率，实现子载波间的负载均衡。
<第三实施例>
图5示出了采用根据第一实施例的装置100的HMA通信系统的示意性结构图，其中IDMA代表多址接入层，多载波系统代表多载波层。虚线框中的部分代表发送器，K个用户设备使用该发送器进行数据发送，数据经过IDMA层和多载波系统的处理，发送到多址接入信道(MAC，Multiple Access Channel)中，经过该信道传输后由相应的接收器接收并恢复出各个用户设备的数据。其中，在多载波系统的处理中，各个用户设备可以根据装置100确定的子载波分配方案来使用相应的子载波进行发送数据的生成。
其中，多载波层的处理例如可以为滤波器组多载波(FBMC)处理或者OFDM处理。而FBMC-IDMA通信系统可以分为不基于循环前缀的FBMC-IDMA通信系统(NCP FBMC-IDMA)和基于循环前缀的FBMC-IDMA通信系统(CP FBMC-IDMA)。
图6示出了NCP FBMC-IDMA通信系统的结构框图。在发送端，分别对K个用户进行交织多址处理和滤波器组多载波处理，以用户k为例描述对每一个用户的数据的处理。用户k的发送信息比特向量bk(经过编码的或未经编码的均可)被输入扩展器进行扩展，以得到扩展后的码片(chip)向量ck，扩展序列例如为{+1，-1}交替序列。然后，ck通过交织器πk进行交织，得到交织后的码片向量其中，K个用户中的每一个用户的交织器必须不同，以便系统区分用户。接下来，在对进行符号映射后，得到数据流xk(m),k＝1,2,...,K，这里的符号映射可以为BPSK、QPSK、QAM等等。针对每一个数据流，进行采样因子为P的上采样，然后，数据流进入预先选择的一个或更多个滤波器进行同步滤波，对一个或更多个滤波器的输出进行合并以得到每一个用户的输出数据。最终，K个用户的输出数据进入多址接入信道(MAC)传输以到达接收端。
在接收端，可以采用逐码片检测算法。在经过MAC信道的传输之后，接收信号r可以表示为：
其中，
r＝[r(1),r(2),...,r(N)]T (2)
ξ＝[ξ(1),ξ(2),...,ξ(N)]T (4)
其中，N是码片的长度，为一自然数。r(j)是接收到的每个符号数据，是{xk(m)}上采样后的数据，ξ(j)是加性高斯白噪声(AWGN，AdditiveWhite Gaussian Noise)，heq,k(l)是用户k选择的所有子载波和用户k的MAC合成的等效信道(Equivalent Channel)，Hk是由heq,k(l)作为第一列所构成的N×N的托普利兹矩阵(Toeplitz Matrix)，上标T代表矩阵转置。
公式(1)可以写为：
其中，ξk是对应于用户k的干扰(包含噪声，以下称为干扰噪声和)。根据中心极限定理，ξk可以近似为一个高斯变量，且该高斯变量的概率密度函数(PDF,Probability Density Function)由其均值和方差决定。
在接收端，软信息估计器基于码片的均值和方差计算干扰噪声和的均值和协方差矩阵从而获得码片的外附软信息。具体地，软信息估计器如下计算上述外附软信息：
其中，表示所获得的外附软信息，其中，
其中，Cov(r)表示接收数据的协方差矩阵，上标H表示共轭转置运算，Cov(ξk)为用户k的干扰噪声和的协方差矩阵，上标-1表示矩阵逆运算。为向量的均值，表示码片的均值构成的码片均值向量，为向量的协方差矩阵，表示由码片的方差作为对角线元素构成的码片协方差矩阵，可以分别用下式(11)和(12)计算。
其中，和分别为码片的均值和方差，可以通过对数据流xk(m)的均值和方差进行上采样获得，如下所示：
其中，↑P代表上采样因子为P的上采样。例如，数据流的均值和方差可以通过软信息到统计信息的转换根据如下公式来计算得到：
其中，
E(Re(xk(m)))＝tanh(eDEC(Re(xk(m)))/2)
E(Im(xk(m)))＝tanh(eDEC(Im(xk(m)))/2)
其中，
Var(Re(xk(m)))＝1-(E(Re(xk(m))))2
Var(Im(xk(m)))＝1-(E(Im(xk(m))))2
在上述公式中，xk(m)代表第k个用户的数据流，E()表示均值，Var()表示方差，Re表示实部，Im表示虚部，eDEC(Re(xk(m)))表示数据流的实部的先验软信息，eDEC(Im(xk(m)))表示数据流的虚部的先验软信息，在初次进行迭代时，这些先验软信息设置为0。即，根据数据流的先验软信息获得数据流的均值和方差。
随后对该外附软信息进行下采样以获得相应的数据流的第二外附软信息eESE(xk(m))，使用第二外附软信息进行相应于用户的解映射、解交织、解码以获得第三外附软信息，使用该第三外附软信息进行相应的交织、映射以获得更新的先验软信息eDEC(xk(m))。接着，使用上式(15)和(16)基于该更新的先验软信息来计算数据流的更新的先验统计信息，并使用式(13)和(14)进行上采样来获得码片的更新的先验统计信息。进一步，软信息估计器使用式(8)至(12)来计算更新的外附软信息，从而使得能够进行新一轮的迭代计算。
此外，虽然在上述示例中下采样是在计算出码片的外附软信息之后对该外附软信息进行的，但是也可以对干扰噪声和的均值E(ξk)和协方差矩阵Cov(ξk)进行下采样，从而根据式(8)直接计算出数据流的第二外附软信息eESE(xk(m))。应该理解，这两种方式所获得的计算结果是相同的，只是计算量略有不同。
在接收端，进行迭代控制以使得以上计算重复进行，直到满足预定条件为止，该预定条件例如可以为达到预定迭代次数。在满足预定条件时，对此时的解码器的输出进行硬判决，得到估计值
图7示出了CP FBMC-IDMA通信系统的结构框图。在发送端，除了图6中的各个处理之外，还在上采样之前在交织后的信息中插入循环前缀(CP)。例如，CP的插入有利于提高通信质量，从而可以应用于信道质量较差的情形。其他处理与NCP FBMC-IDMA的相应处理类似，在此不再重复描述。最终，K个用户的输出数据进入多址接入信道(MAC)传输以到达接收端。
类似地，在接收端，可以采用逐码片检测算法。在经过MAC信道的传输之后，接收信号r可以表示为：
其中，r＝[r(1),r(2),...,r(N)]T (18)
ξ＝[ξ(1),ξ(2),...,ξ(N)]T (20)
其中，类似地，r(j)是接收到的每个符号数据；是xk(m)经过上采样之后的数据，而xk(m)是发送端添加CP之前的数据；ξ(j)是加性高斯白噪声(AWGN)；heq,k(l)是用户k和用户的MAC合成的等效信道，Hk是由heq,k(l)作为第一列所构成的N×N的循环矩阵，可以看出，该Hk与在NCPFBMC-IDMA的情形中的Hk不同。
对公式(17)进行快速傅里叶变换(FFT)，获得如下式(22)。
其中R、Xk和Z分别表示r,和ξ经过FFT操作之后的频域信号，Λk＝diag{λk(1),λk(2),...,λk(N)}，Λk为以{λk(1),λk(2),...,λk(N)}为矩阵的对角线上的元素的对角矩阵，而{λk(1),λk(2),...,λk(N)}是heq,k(l)经过N点FFT之后对应的值。
对于公式(22)的每一行，有下式(23)。
其中，R(n)、λk(n)、Xk(n)和Z(n)分别是R,Λk,Xk,和Z的第n个元素。
公式(23)还可以写成：
R(n)＝λk(n)Xk(n)+ηk(n), (24)
其中，ηk(n)是对应于用户k的干扰噪声和。根据中心极限定理，ηk(n)可以近似为一个高斯变量，且该高斯变量的概率密度函数(PDF)由其均值和方差决定。
在对接收数据逐码片进行CP去除和FFT运算之后，将其提供给软信息估计器。软信息估计器如下计算外附软信息：基于码片的频域的均值计算干扰噪声和的均值从而获得码片的更新的频域的均值；由逆快速傅里叶变换模块对该更新的频域的均值进行逆傅里叶变换以获得码片的时域的均值；以及利用码片的时域的均值来计算外附软信息。
例如，软信息估计器可以根据如下公式来计算外附软信息：
其中，eESE(xk(m))为所获得的外附软信息，E(xk(m))为根据接受数据和码片的先验统计信息计算的数据流的更新的统计信息，并且其更新过程实质上是在频域进行的，如下。
E(xk(m))＝(ifft(E(Xk(n))))↓P (27)
↓P表示下采样因子为P的下采样。其中，
其中，R(n)代表变换后的接收数据，
E(Xk(n))为码片的频域的均值，其中，k'仅是为了与k进行区分。可以对数据流的时域的均值进行上采样并且进行FFT运算获得，对于第k个用户而言，如下式所示。
E(Xk(n))＝fft((E(xk(m)))↑P) (30)
例如，数据流的时域的均值可以根据如下公式来计算得到：
其中，E(Re(xk(m)))＝tanh(eDEC(Re(xk(m)))/2)
E(Im(xk(m)))＝tanh(eDEC(Im(xk(m)))/2)
在上式中，xk(m)代表第k个用户的数据流，E()表示均值，Re表示实部，Im表示虚部，eDEC(Re(xk(m)))表示数据流的实部的先验软信息，eDEC(Im(xk(m)))表示数据流的虚部的先验软信息。类似地，在首次迭代中，先验软信息的初始值设置为0。
以上在式(26)中直接计算了数据流的外附软信息，这是因为在式(27)中计算更新的统计信息时进行了下采样，但是，也可以严格如图12中的结构所示，在式(27)中不进行下采样，而是在转换为外附软信息后再进行下采样。此时，如下式(32)和(33)所示。
应该理解，这两种方式所获得的结果是相同的，区别仅在于计算量有所不同。
在如上获得数据流的第二外附软信息eESE(xk(m))(这里使用“第二”仅是为了与码片的外附软信息进行区别并与前一示例保持一致)后，使用该第二外附软信息进行相应于用户的解映射、解交织、解码以获得第三外附软信息，使用该第三外附软信息进行相应的交织、映射以获得更新的先验软信息eDEC(xk(m))。接着，使用式(31)来计算数据流的更新的先验统计信息，并使用式(30)来获得码片的频域的更新的先验统计信息。随后使用式(26)至(29)来计算数据流的时域的更新的外附软信息，从而使得能够进行新一轮的迭代计算。
同样，在接收端进行迭代控制以使得以上计算重复进行，直到满足预定条件为止，该预定条件例如可以为达到预定迭代次数。在满足预定条件时，可以对解码器的输出进行硬判决，得到估计值
图8示出了OFDM-IDMA通信系统的结构框图。在发送端(Tx)，用户k的发送信息比特向量bk(经过编码的或未经编码的均可)被输入扩展器进行扩展，以得到扩展后的码片向量ck，扩展序列例如为{+1，-1}交替序列。然后，ck通过交织器πk进行交织，得到交织后的码片向量这里，K个用户中的每一个用户的交织器也必须不同，以便系统区分用户。接下来，在对进行符号映射后，得到数据流xk(m),k＝1,2,...,K。随后，对该数据流进行串并(Serial/Parallel,S/P)转换以进行逆离散傅里叶变换(IDFT)，并对变换后的数据进行并串(Parallel/Serial,P/S)转换，然后加上循环前缀(CP)以得到发送数据。发送数据经过MAC传输后到达接收端。在接收端处，首先进行CP去除，然后进行S/P转换和DFT，最后利用基本信号估计器估计外附软信息，并基于该外附软信息进行解码。
下面将分别比较在上述NCP FBMC-IDMA通信系统、CPFBMC-IDMA和OFDM-IDMA通信系统中，采用子载波随机分配方案和采用第一实施例中所述的装置100实施的子载波分配方案的情况下的系统误比特率(BER)。其中，在针对这两种分配方案的计算中，除了选择子载波的方式不同，发送器和接收器采用的参数和算法是完全相同的。因此，所获得的结果可以反映这两种子载波的分配方案对于系统性能的影响。
图9示出了在NCP FBMC-IDMA通信系统中采用上述两种子载波分配方案时系统BER的比较的曲线图。作为示例，采用如下系统相关参数：发送端中的扩展器的扩展长度S＝4，活跃用户数K＝16，数据块长度N＝128，滤波器组所使用的滤波器设计是非完全重构的，滤波器组的上采样率为P＝8，滤波器组子载波数目为M＝8，滤波器组的滤波器长度为Nf＝64,各用户设备采用随机交织器，每个用户设备选择D＝3个子载波，各用户设备在各个子载波上的功率均匀，即pk,m为同一常数，星座图为QPSK调制，信道为16抽头Rayleigh衰落信道，CP长度为接收机迭代次数为12。
从图9中可以看出，采用本申请的子载波分配方案所得到的BER性能优于随机选择子载波的方案的BER系能。在高信噪比下，可以取得3dB左右的信噪比增益。同时，与使用所有子载波的NCP FBMC-IDMA通信系统相比，仅仅需要D/M＝3/8的带宽，频谱利用率提升8/3倍。
图10示出了在CP FBMC-IDMA通信系统中采用上述两种子载波分配方案时系统BER的比较的曲线图。除了使用循环前缀外，系统相关参数与NCP FBMC-IDMA通信系统中的完全相同。
从图10中可以看出，采用本申请的子载波分配方案所得到的BER性能优于随机选择子载波的方案的BER系能。在高信噪比下，也可以取得3dB左右的信噪比增益。同时，与使用所有子载波的CP FBMC-IDMA通信系统相比，仅仅需要D/M＝3/8的带宽，频谱利用率提升8/3倍。
图11示出了在OFDM-IDMA通信系统中采用上述两种子载波分配方案时系统BER的比较的曲线图。系统相关参数如下：扩展长度S＝32，活跃用户数K＝16，数据块长度N＝128,子载波数M＝8，各用户设备采用随机交织器，每个用户选择D＝3个子载波，各用户在各个子载波上的功率均匀，即pk,m为同一常数，星座图为QPSK调制，信道为16抽头Rayleigh衰落信道，接收机迭代次数为12。从图11中可以看出，采用本申请的子载波分配方案所得到的BER性能优于随机选择子载波的方案的BER系能。在高信噪比下，也可以取得5dB左右的信噪比增益。同时，与使用所有子载波的OFDM-IDMA通信系统相比，仅仅需要D/M＝3/8的带宽，频谱利用率提升至8/3倍。
<第四实施例>
在上文的实施方式中描述用于混合多址接入无线通信系统的装置的过程中，显然还公开了一些处理或方法。下文中，在不重复上文中已经讨论的一些细节的情况下给出这些方法的概要，但是应当注意，虽然这些方法在对装置的描述的过程中公开，但是这些方法不一定采用所描述的那些部件或不一定由那些部件执行。例如，上述装置的实施方式可以部分地或完全地使用硬件和/或固件来实现，而下面讨论的相应方法可以完全由计算机可执行的程序来实现，尽管这些方法也可以采用用于上述装置的硬件和/或固件。
图12示出了根据本申请的一个实施例的用于混合多址接入无线通信系统的方法的流程图，该方法包括：获取所述混合多址接入无线通信系统的相关参数(S11)；以及使用所述相关参数以优化混合多址接入无线通信系统的整体通信质量为目标为各个用户设备分配子载波(S12)。
其中，混合多址接入无线通信系统可以为结合多载波技术和多址接入技术的分层系统。例如，混合多址接入无线通信系统为滤波器组多载波交织多址通信系统。
其中，整体通信质量可以用以下中的至少一个表示：所有用户设备的和信噪比，信道容量，可达速率。
在一个示例中，在步骤S12中确定要分配给用户设备的子载波的数量以及具体分配哪些子载波。例如，在进行子载波分配时还基于如下条件：使得每个子载波承载的用户设备数均匀。这样可以使得各个子载波的负载均衡，从而进一步改善系统性能。
在步骤S11中获取的相关参数可以包括如下中的至少一部分：活跃的用户设备数K，总子载波数量M，要分配给每个用户设备的子载波数量D，对应于每一个用户设备k的信道向量第m个子载波系数向量fm，第k个用户设备在第m个子载波上的功率pk,m，第k个用户设备的噪声功率
例如，在步骤S12中以第k个用户设备是否使用第m个子载波为优化变量，以所有用户设备的和信噪比最大化为优化目标来优化子载波的分配。在进行该优化时还可以包括如下限制：每个用户设备使用D个子载波，每个子载波承载的用户设备数均匀。
此外，在步骤S12中还可以根据信道向量所有用户设备的服务质量要求和活跃的用户设备数来确定要分配给用户设备的子载波的数量。
如图中的虚线框所示，上述方法还可以包括步骤S13：向用户设备发送子载波分配结果。
此外，在执行步骤S11之前，还可以响应于用户设备的数据传输请求向用户设备发送数据分组长度以及子载波参数设置的信息。这样用户设备可以根据该信息进行数据分组和子载波设计。随后，在步骤S11之前，还可以从用户设备接收服务质量要求和训练序列，并基于该训练序列进行信道估计，以获得信道向量
图13示出了根据本申请的一个实施例的用于混合多址接入无线通信系统的方法的流程图，该方法包括：从基站接收子载波分配的信息(S23)；以及根据所接收的信息来确定要使用的子载波(S24)。
此外，如图中的虚线框所示，上述方法还可以包括：从基站接收数据分组长度以及子载波参数设置的信息(S21)，以用于数据分组及滤波器生成。在步骤S21之后还可以包括：向基站发送服务质量要求和训练序列，以供基站用于子载波分配。
注意，上述各个方法可以结合或单独使用，其细节在第一至第三实施例中已经进行了详细描述，在此不再重复。
以上结合具体实施例描述了本发明的基本原理，但是，需要指出的是，对本领域的技术人员而言，能够理解本发明的方法和装置的全部或者任何步骤或部件，可以在任何计算装置(包括处理器、存储介质等)或者计算装置的网络中，以硬件、固件、软件或者其组合的形式实现，这是本领域的技术人员在阅读了本发明的描述的情况下利用其基本电路设计知识或者基本编程技能就能实现的。
本领域的技术人员可以理解，上文所述的装置中的例如参数获取单元、子载波分配单元、信道估计单元、子载波确定单元等，可以由一个或更多个处理器来实现，而例如收发单元、发送单元、接收单元等，可以由天线、滤波器、调制解调器及编解码器等电路元器件实现。
因此，本发明还提出了一种电子设备(1)，包括：一种电路，被配置为：获取所述混合多址接入无线通信系统的相关参数；以及使用该相关参数以优化混合多址接入无线通信系统的整体通信质量为目标为各个用户设备分配子载波。
本发明还提出了一种电子设备(2)，包括：一种电路，被配置为：从基站接收子载波分配的信息；以及根据所接收的信息来确定要使用的子载波。
而且，本发明还提出了一种存储有机器可读取的指令代码的程序产品。所述指令代码由机器读取并执行时，可执行上述根据本发明实施例的方法。
相应地，用于承载上述存储有机器可读取的指令代码的程序产品的存储介质也包括在本发明的公开中。所述存储介质包括但不限于软盘、光盘、磁光盘、存储卡、存储棒等等。
在通过软件或固件实现本发明的情况下，从存储介质或网络向具有专用硬件结构的计算机(例如图14所示的通用计算机1400)安装构成该软件的程序，该计算机在安装有各种程序时，能够执行各种功能等。
在图14中，中央处理单元(CPU)1401根据只读存储器(ROM)1402中存储的程序或从存储部分1408加载到随机存取存储器(RAM)1403的程序执行各种处理。在RAM 1403中，也根据需要存储当CPU 1401执行各种处理等等时所需的数据。CPU 1401、ROM 1402和RAM 1403经由总线1404彼此连接。输入/输出接口1405也连接到总线1404。
下述部件连接到输入/输出接口1405：输入部分1406(包括键盘、鼠标等等)、输出部分1407(包括显示器，比如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等，和扬声器等)、存储部分1408(包括硬盘等)、通信部分1409(包括网络接口卡比如LAN卡、调制解调器等)。通信部分1409经由网络比如因特网执行通信处理。根据需要，驱动器1410也可连接到输入/输出接口1405。可移除介质1411比如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等根据需要被安装在驱动器1410上，使得从中读出的计算机程序根据需要被安装到存储部分1408中。
在通过软件实现上述系列处理的情况下，从网络比如因特网或存储介质比如可移除介质1411安装构成软件的程序。
本领域的技术人员应当理解，这种存储介质不局限于图14所示的其中存储有程序、与设备相分离地分发以向用户提供程序的可移除介质1411。可移除介质1411的例子包含磁盘(包含软盘(注册商标))、光盘(包含光盘只读存储器(CD-ROM)和数字通用盘(DVD))、磁光盘(包含迷你盘(MD)(注册商标))和半导体存储器。或者，存储介质可以是ROM 1402、存储部分1408中包含的硬盘等等，其中存有程序，并且与包含它们的设备一起被分发给用户。
还需要指出的是，在本发明的装置、方法和系统中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应该视为本发明的等效方案。并且，执行上述系列处理的步骤可以自然地按照说明的顺序按时间顺序执行，但是并不需要一定按时间顺序执行。某些步骤可以并行或彼此独立地执行。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外，在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上虽然结合附图详细描述了本发明的实施例，但是应当明白，上面所描述的实施方式只是用于说明本发明，而并不构成对本发明的限制。对于本领域的技术人员来说，可以对上述实施方式作出各种修改和变更而没有背离本发明的实质和范围。因此，本发明的范围仅由所附的权利要求及其等效含义来限定。

Claims (18)

1.一种用于混合多址接入无线通信系统的装置，包括：
参数获取单元，被配置为获取所述混合多址接入无线通信系统的相关参数；以及
子载波分配单元，被配置为使用所述相关参数以优化所述混合多址接入无线通信系统的整体通信质量为目标为各个用户设备分配子载波。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述整体通信质量用以下中的至少一个表示：所有用户设备的和信噪比，信道容量，可达速率。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述子载波分配单元在进行子载波分配时还基于如下条件：使得每个子载波承载的用户设备数均匀。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述子载波分配单元被配置为确定要分配给所述用户设备的子载波的数量以及具体分配哪些子载波。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述相关参数包括如下中的至少一部分：活跃的用户设备数K，总子载波数量M，要分配给每个用户设备的子载波数量D，对应于每一个用户设备k的信道向量第m个子载波系数向量fm，第k个用户设备在第m个子载波上的功率pk,m，第k个用户设备的噪声功率
6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述子载波分配单元被配置为以第k个用户设备是否使用第m个子载波为优化变量，以所有用户设备的和信噪比最大化为优化目标来优化所述子载波的分配。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述子载波分配单元在进行所述优化时还包括如下限制：每个用户设备使用D个子载波，每个子载波承载的用户设备数均匀。
8.根据权利要求5所述的装置，其中，所述子载波分配单元被配置为根据所述信道向量所述用户设备的服务质量要求和活跃的用户设备数来确定要分配给所述用户设备的子载波的数量。
9.根据权利要求1所述的装置，还包括：
收发单元，被配置为向所述用户设备发送子载波分配结果。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述收发单元还被配置为响应于所述用户设备的数据传输请求向所述用户设备发送数据分组长度以及子载波参数设置的信息。
11.根据权利要求9所述的装置，其中，所述收发单元还被配置为从所述用户设备接收服务质量要求和训练序列，所述装置还包括信道估计单元，被配置为基于所述训练序列进行信道估计。
12.根据权利要求1所述的装置，其中，所述混合多址接入无线通信系统为结合多载波技术和多址接入技术的分层系统。
13.根据权利要求12所述的装置，其中，所述混合多址接入无线通信系统为滤波器组多载波交织多址通信系统。
14.一种用于混合多址接入无线通信系统的装置，包括：
接收单元，被配置为从基站接收子载波分配的信息；以及
子载波确定单元，被配置为根据所接收的所述信息来确定要使用的子载波。
15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述接收单元还被配置为从所述基站接收数据分组长度以及子载波参数设置的信息，以用于数据分组及滤波器生成。
16.根据权利要求14所述的装置，还包括发送单元，被配置为向所述基站发送服务质量要求和训练序列，以供所述基站用于子载波分配。
17.一种用于混合多址接入无线通信系统的方法，包括：
获取所述混合多址接入无线通信系统的相关参数；以及
使用所述相关参数以优化所述混合多址接入无线通信系统的整体通信质量为目标为各个用户设备分配子载波。
18.一种用于混合多址接入无线通信系统的方法，包括：
从基站接收子载波分配的信息；以及
根据所接收的所述信息来确定要使用的子载波。
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