CN109417435B - 编码设备和方法以及相应的解码设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及通过使用具有多于两个编码实体的编码设备对信息位序列进行编码，以及通过具有多于两个解码实体的解码设备对输出码字进行解码。由编码设备生成的输出码字经由信道发送到解码设备，所经由的信道上有两个或更多个用户设备同时经由所述信道发送相应的输出码字，考虑到这一事实来执行编码和解码。

Description

编码设备和方法以及相应的解码设备和方法
技术领域
本发明涉及一种编码设备和方法以及相应的解码设备和方法。此外，本发明涉及一种相应设置的计算机程序产品。
背景技术
无线通信领域的数据流量正在迅速增加。数据业务量需求的这种增加需要新的技术来提高当前无线通信方案的频谱效率。因此，下一代蜂窝网络还需要向数量更多的设备提供无线通信服务，要求的数据速率从低到高皆有。
因此，仍然需要改进通信系统中繁重数据业务的处理的方法。特别地，希望有办法提高通信系统中的频谱效率并支持用于在通信系统中发送数据的不同数据速率。
发明内容
本发明的目的是提供改进通信系统中繁重数据业务的处理的方法和设备。
本发明提供了一种编码设备、一种解码设备及其相应的方法、设置或配置，以帮助和支持通信系统中繁重数据业务的处理。所述通信系统例如是无线通信系统。具体的，由编码设备生成的输出码字经由信道发送到解码设备，有两个或更多个用户设备经由所述信道同时发送相应的输出码字，考虑到这一事实来执行编码和解码。所述用户设备是能够经由诸如无线通信网络的通信网络发送和接收数据的通信设备。
本发明的目的通过所附独立权利要求中提供的技术方案实现。本发明的有利实施方式在各个从属权利要求、以下描述和附图中进一步限定。
根据本发明的第一方面，提供了一种编码设备，设置用于对信息位序列进行编码，其中所述编码设备包括：序列划分实体，被配置为将所述信息位序列划分为L个信息位子序列，其中L是大于或等于2的整数；编码实体集，包括L个编码实体；所述编码实体集的每个编码实体被配置为通过对所述L个信息位子序列的一个信息位子序列进行编码来生成相应的编码子序列；并且所述编码实体集的每个编码实体被配置为通过使用相应的编码率对相应的信息位子序列进行编码，其中所述编码率被确定用于经由信道进行传输，有多于两个的设备同时经由所述信道执行传输；所述编码设备还包括：位映射实体，被配置为通过将每个所述编码子序列的一个或多个编码位映射到码字符号来生成码字；以及码字处理实体，被配置为通过处理所述码字来生成输出码字，以用于非正交多址接入。
在根据第一方面的编码设备的第一实施方式中，所述码字处理实体被配置为根据非正交多址方案来处理所述码字。
在根据第一方面或根据第一实施形式的编码设备的第二实施形式中，所述编码设备被配置为经由所述信道将所述输出码字发送到另一设备，并且其中多于两个的设备同时经由所述信道发送相应的输出码字。
在根据第一方面或根据第一或第二实施形式的编码设备的第三实施形式中，所述编码实体集的每个编码实体被配置为对具有预定长度的信息位子序列进行编码。
在根据第一方面或根据第一、第二或第三实施形式的编码设备的第四实施形式中，所述序列划分实体被配置为划分所述信息位序列，使得每个信息位子序列具有相应的预定长度。
在根据第一方面或根据第一、第二、第三或第四实施方式的编码设备的第五实施方式中，所述编码实体集的两个或更多个编码实体使用不同的编码率。
在根据第一方面或根据第一，第二，第三，第四或第五实施形式的编码设备的第六实施形式中，所述编码设备还包括：编码率确定实体，被配置为针对所述编码实体集的每个编码实体，确定将要由所述相应编码实体使用的相应编码率。
在根据第六实施形式的编码设备的第七实施形式中，所述编码率确定实体被配置为：为每个编码实体确定将要由相应的编码实体用于编码的相应编码率；为每个编码实体计算由所述相应编码实体编码的编码子序列的错误率；以及通过使用所述错误率，为每个编码实体调整所述编码率。
在根据第七实施形式的编码设备的第八实施形式中，所述编码率确定实体被配置为通过使用蒙特卡罗模拟为每个编码实体计算错误率。
在根据第七或第八实施形式的编码设备的第九实施形式中，所述编码率确定实体被配置为通过如下方式使用所述错误率来为每个编码实体调整所述编码率：从通过所述相应编码实体进行编码的编码子序列的所述错误率来计算平均错误率；以及如果所述平均错误率大于最大错误率，则调整所述编码率。
在根据第九实施形式的编码设备的第十实施形式中，如果所述平均错误率大于最大错误率，则所述编码率确定单元被配置为通过降低所述编码率来调整所述编码率。
在根据第九或第十实施形式的编码设备的第十一实施形式中，如果所述平均错误率大于所述最大错误率，则所述编码率确定单元被配置为降低所述编码实体集中其它编码实体的编码率。
在根据第六至第十一实施形式中任一个的编码设备的第十二实施形式中，所述编码率确定实体被配置为离线操作。
在根据第一方面或根据第一至第十二实施形式中的任何一个的编码装置的第十三实施形式中，所述编码子序列具有相同的长度。
根据本发明的第二方面，提供了一种编码方法，设置用于对信息位序列进行编码，其中所述方法包括以下步骤：由序列划分实体，将所述信息位序列划分为L个信息位子序列，其中L是大于或等于2的整数；由编码实体集，对所述L个信息位子序列进行编码，其中：所述编码实体集包括L个编码实体；由所述编码实体集的每个编码实体，通过对所述L个子序列的一个信息位子序列进行编码来生成相应的编码子序列；并且所述编码实体集的每个编码实体被配置为通过使用相应的编码率对相应的信息位子序列进行编码，其中所述编码率被确定用于经由信道进行传输，有多于两个的设备同时经由所述信道执行传输；其中所述方法还包括：由位映射实体，通过将每个所述编码子序列的一个或多个编码位映射到码字符号来生成码字；以及由码字处理实体，通过处理所述码字来生成输出码字，以用于非正交多址接入。大体上，所述编码方法的步骤对应于如上介绍并且如下面更详细描述的由所述编码设备执行的步骤或活动。
本发明的第三方面涉及一种包括计算机可读程序代码的计算机程序产品，该计算机可读程序代码被配置为使计算设备执行上面介绍并在下面更详细地解释的编码方法的步骤。本发明还提供了一种计算机可读记录介质，被配置为在其中存储所述计算机程序产品。
根据本发明的第四方面，提供了一种解码设备，被设置用于对经由相同的信道从两个或更多个用户设备接收的输出码字进行解码，其中所述两个或更多个用户设备中的每个用户设备同时经由所述信道发送相应的输出码字，所述解码设备包括：多用户检测实体集，包括L个多用户检测实体，其中L为大于或等于2的整数；解码实体集，包括L个解码实体；以及编码实体集，其中：所述解码设备是包括L个等级的多级解码设备；所述解码设备的每个等级包括所述多用户检测实体集的一个多用户检测实体和所述解码实体集的一个解码实体；所述编码实体集的编码实体位于所述解码设备的两个等级之间；所述多用户检测实体集的每个多用户检测实体被配置为针对两个或更多个用户设备中的每个用户设备，经由所述信道同时发送所述相应的输出码字，用于：从经由所述信道从所述相应用户设备发送的输出码字来检测编码位序列；针对输出码字的每个符号的每个第i位确定对数似然比，并将相应的第i位的对数似然比添加到对数似然比集中，其中i对应于所述多用户检测实体所在的所述等级；以及将所述编码位序列和所述对数似然比集提供给所述解码实体集中与所述多用户检测实体处于同一等级的解码实体；所述解码实体集的每个解码实体通过对所述相应用户设备的所述编码位序列进行解码，为两个或更多个用户设备的每个用户设备生成解码信息位序列，其中所述对数似然比集在所述解码中使用；以及所述编码实体集的每个编码实体被配置为针对所述两个或更多个用户设备中的每个用户设备：从所述解码实体集的解码实体接收所述相应用户设备的所述解码信息位序列；从所述解码信息位序列生成编码信息位序列；以及将所述编码信息位序列提供给所述多用户检测实体集的多用户检测实体，其中所述多用户检测实体的等级是所述解码实体的等级的后续等级。
此外，根据本发明的第五方面，提供了一种解码方法，对经由相同的信道从两个或更多个用户设备接收的输出码字进行解码，其中所述两个或更多个用户设备中的每个用户设备同时经由所述信道发送相应的输出码字，所述解码方法包括操作解码设备，所述解码设备包括：多用户检测实体集，包括L个多用户检测实体，其中L为大于或等于2的整数；解码实体集，包括L个解码实体；以及编码实体集，其中：所述解码设备是包括L个等级的多级解码设备；所述解码设备的每个等级包括所述多用户检测实体集的一个多用户检测实体和所述解码实体集的一个解码实体；所述编码实体集的编码实体位于所述解码设备的两个等级之间；所述多用户检测实体集的每个多用户检测实体针对两个或更多个用户设备中经由所述信道同时发送所述相应的输出码字的每个用户设备执行以下操作：从经由所述信道从所述相应用户设备发送的输出码字来检测编码位序列；针对输出码字的每个符号的每个第i位确定对数似然比，并将相应的第i位的对数似然比添加到对数似然比集中，其中i对应于所述多用户检测实体所在的所述等级；以及将所述编码位序列和所述对数似然比集提供给所述解码实体集中与所述多用户检测实体处于同一等级的解码实体；所述解码实体集的每个解码实体通过对所述相应用户设备的所述编码位序列进行解码，为两个或更多个用户设备的每个用户设备生成解码信息位序列，其中所述对数似然比集在所述解码中使用；以及所述编码实体集的每个编码实体针对所述两个或更多个用户设备中的每个用户设备执行以下操作：从所述解码实体集的解码实体接收所述相应用户设备的所述解码信息位序列；从所述解码信息位序列生成编码信息位序列；以及将所述编码信息位序列提供给所述多用户检测实体集的多用户检测实体，其中所述多用户检测实体的等级是所述解码实体的等级的后续等级。大体上，所述方法的步骤对应于如上介绍并且如下面更详细描述的由所述设备执行的步骤或活动。
此外，本发明涉及一种包括计算机可读程序代码的计算机程序产品，该计算机可读程序代码被配置为使计算设备执行上面介绍并在下面更详细地说明的解码方法的步骤。本发明还提出了一种计算机可读记录介质，被配置为在其中存储所述计算机程序产品。
因此，本发明大体涉及通过使用具有多于两个编码实体的编码设备对信息位序列进行编码，以及通过具有多于两个解码实体的解码设备对输出码字进行解码。由编码设备生成的输出码字经由信道发送到解码设备，有两个或更多个用户设备同时经由所述信道发送相应的输出码字，考虑到这一事实来执行编码和解码。
通过使用如上所述并如下面更详细描述的本发明，能够实现对繁重数据业务的改进的处理。对数据进行编码，使得输出码字可以通过有多于两个的用户设备同时发送输出码字的信道发送。此外，本发明支持不同的数据率。附加地，本发明支持频谱效率。而且，尽管输出码字是通过由多于两个的用户设备同时使用的信道发送的，但是减少了发送数据中的错误的发生。
附图说明
本发明的上述各方面和实施方式将在下面的具体实施例的描述中结合附图进行解释，在附图中：
图1示出了根据本发明实施例的编码设备的示例性设置。
图2示出了根据本发明实施例的编码方法的流程图。
图3示出了根据本发明实施例的编码设备的另一示例性设置。
图4示出了根据本发明实施例的被执行用于确定编码实体的编码率的步骤的流程图。
图5示出了根据本发明实施例的由特定编码实体进行编码的编码子序列的错误率的计算的子步骤的流程图。
图6示出了根据本发明实施例的编码率调整的子步骤的流程图。
图7示出了根据本发明实施例的位映射的示例性执行。
图8示出了根据本发明实施例的解码设备的示例性设置。
图9示出了根据本发明实施例的多用户检测实体对第i级的对数似然比的计算。
具体实施方式
一般地，应注意本申请中描述的所有设置、设备、模块、组件、模型、元件、单元、实体和装置等均可通过软件或硬件元件或其任何种类的组合来实现。由本申请中描述的各种实体执行的所有步骤以及被描述为由各种实体执行的功能旨在表示相应实体适于或被配置为执行相应的步骤和功能。即使在以下对特定实施例的描述中，由一般实体执行的特定功能或步骤并未反映在执行特定步骤或功能的实体的特定详细元素的描述中，但本领域技术人员应清楚，可以在相应的硬件或软件元件或其任何种类的组合中实现这些方法和功能。此外，本发明的方法及其各个步骤体现在各种所述装置元件的功能中。此外，除非明确排除某种组合，否则本文描述的任何实施例的任何实施例和特征可彼此组合。
图1示出了根据本发明实施例的编码设备100的示例性设置。根据本实施例，编码设备100包括序列划分实体101、编码实体集102、位映射实体103和码字处理实体104。序列划分实体101被配置为将信息位序列划分为L个信息位子序列。信息位序列由编码设备100编码的信息位组成。编码实体集102包括L个编码实体102_0、102_1、...、102_L-1，L是大于或等于2的整数。每个编码实体102_0、102_1、...、102_L-1被配置为通过编码L个信息位子序列的一个信息位子序列来生成相应的编码子序列。因此，每个信息位子序列由序列划分实体101提供给一个相应的编码实体102_0、102_1、...、102_L-1。
根据另一实施例，信息位序列具有预定长度K，其中K是大于或等于1的整数。根据另一实施例，序列划分实体101被配置为将信息位序列划分成L个信息位子序列，使得每个子序列具有相应的预定长度。此外，根据又一实施例，编码实体102_0、102_1、...、102_L-1中的每一个被配置为对具有相应预定长度的信息位子序列进行编码。因此，每个编码实体102_0、102_1、...、102_L-1与相应的预定信息位子序列长度相关联。序列划分实体101根据信息位子序列的长度，将L个信息位子序列的每个信息位子序列提供给相应的编码实体102_0、102_1、...、102_L-1。每个信息位子序列由序列划分实体101生成，使得信息位子序列可以基于其长度被提供给编码实体102_0、102_1、...、102_L-1中的相应一个。
根据一个实施例，编码子序列具有相同的长度。因此，不管L个信息位子序列的长度如何，每个编码子序列都将具有相同的长度。所有编码实体102_0、102_1、...、102_L-1被配置为生成编码子序列，每个都具有预定的编码子序列长度。
根据图1的实施例，每个编码实体102_0、102_1、...、102_L-1被配置为通过使用相应的编码率对相应的信息位子序列进行编码。换言之，每个编码实体102_0、102_1、...、102_L-1与相应的编码率相关联。通常允许编码实体102_0、102_1、...、102_L-1使用不同的编码率。在一个示例中，两个或更多个编码实体102_0、102_1、...、102_L-1使用不同的编码率，即与不同的编码率相关联。
在图1的示例中，编码设备100被设置为多级编码器，其中编码实体集102中的L个编码实体102_0、102_1、...、102_L-1被设置为L个等级，即等级0到L-1。根据本实施例，等级0到L-1中的每一个包括一个相应的编码实体102_0、102_1、...、102_L-1。
此外，用于对信息位子序列进行编码的任何已知编码方法可以借助于编码实体102_0、102_1、...、102_L-1来实现。已知的编码方法包括，例如，用于生成极性码的方法、用于生成Turbo码的方法，用于生成低密度奇偶校验码的方法，其中还可以使用此处没有明确列出的其它方法。
位映射实体103被配置为通过将每个编码子序列的一个或多个编码位映射到码字符号，从而生成表示该信息位序列的码字。为此目的，位映射实体103从每个编码实体102_0、102_1、...、102_L-1接收相应的编码子序列，并将各个编码子序列的一个或多个编码位映射到符号。位映射203由位映射实体103执行，使得每个编码子序列的每个位被映射到符号。因此，由位映射201生成的码字表示符号序列。这样，序列划分实体101、编码实体集102和位映射实体103将信息位序列翻译为码字。
码字处理实体104被配置为通过处理来自位映射实体103的码字来生成输出码字，以用于非正交多址接入。因此，生成的输出码字被配置为用于经过由多个用户或用户设备，即由两个或更多个用户或用户设备，同时用于传输目的信道的传输。特别地，码字处理实体104可以被配置为根据非正交多址(non-orthogonal multiple access，NOMA)方案处理码字。码字处理实体104例如被配置为将该方案应用于正交频分复用(orthogonalfrequency-division multiplexing，OFDM)。
图2示出了根据本发明实施例的编码方法的流程图。图2中所示的步骤大体对应于由图1的实体101至104执行的活动。具体地，该编码方法的步骤对应于由编码装置100执行的步骤或活动。因此，编码方法包括步骤201，其中信息位序列被划分成L个信息位子序列。步骤201如关于序列划分实体101的描述那样执行。具体地，步骤201包括与由序列划分实体101执行的任何一个活动相对应的至少一个子步骤。在步骤202中，通过使用相应的编码率对该L个信息位子序列中的每个进行编码。编码202如关于编码实体102_0、102_1、...、102_L-1的描述那样执行。具体地，步骤202包括与由编码实体102_0、102_1、...、102_L-1执行的任何一个活动相对应的至少一个子步骤。在步骤203中，通过将每个编码子序列的一个或多个编码位映射到码字符号来生成码字。码字的生成203如关于位映射实体103的描述那样执行。具体地，步骤203包括与由位映射实体103执行的任何一个活动相对应的至少一个子步骤。在步骤204中，通过将码字处理为用于非正交多址接入来生成输出码字。输出码字的生成204如关于码字处理实体104的描述那样执行。具体地，步骤204包括与由码字处理实体104执行的任何一个活动相对应的至少一个子步骤。
图3示出了根据本发明实施例的编码设备100的另一示例性设置。特别地，图3的编码设备100以与图1所示相同的方式设置。不过，根据图3的实施例，编码设备100还包括编码率确定实体301。编码率确定实体301被配置为针对每个编码实体102_0、102_1、...、102_L-1确定相应的编码率，供相应的编码实体102_0、102_1、...、102_L-1用于对信息位子序列进行编码。编码率确定实体301将确定的编码率提供给编码实体102_0、102_1、...、102_L-1。编码实体102_0、102_1、...、102_L-1中的每个从编码率确定实体301接收由该编码率确定实体301针对相应的编码实体102_0、102_1、...、102_L-1计算或确定的相应编码率。
图4示出了根据本发明实施例的被执行用于确定编码实体的编码率的步骤的流程图。图4的步骤由编码装置100执行。具体地，所述步骤由编码率确定实体301执行。此外，根据另外的实施例，图4的一个或多个步骤补充了图1的方法。
在步骤401中，对于每个编码实体102_0、102_1、...、102_L-1，相应的编码实体102_0、102_1、...、102_L-1将使用相应的编码率进行编码。根据本实施例，为编码实体102_0、102_1、...、102_L-1确定编码率，使得编码率等于信道的容量，这将用于将输出码字发送到进一步的设备。该信道被设置为使得多于两个的用户或用户设备(例如，编码设备)同时分别发送相应的输出码字。
众所周知的是，信道容量是信息(在这里是编码输出码字)可以通过信道可靠地传输的速率的严格上限。依照有噪信道编码定理，给定信道的信道容量是可以以任意小的错误概率实现的限制性信息速率(例如，以每单位时间的信息为单位)。
编码率(也称为信息率)是码字中信息位的一部分，即有用的部分(非冗余)。也就是说，如果有k个信息位被编码，并且所生成的码字具有长度n，则编码率是k/n；对于每k位的有用信息，编码实体总共生成n位的数据，其中n-k是冗余的。
因此，对于每个编码实体102_0、102_1、...、102_L-1，相应的编码实体102_0、102_1、...、102_L-1编码所用的相应的编码率被定义为：
Figure BDA0001939293970000061
根据本实施例，由编码实体102_0、102_1、...、102_L-1编码的编码子序列具有相同的长度，即编码实体102_0、102_1、...、102_L-1生成长度相同的编码子序列。因此，对于每个编码实体102_0、102_1、...、102_L-1而言，编码率的确定401等同于确定由相应的编码实体102_0、102_1、...102_L-1编码的每个编码子序列的信息位数，即确定由相应的编码实体102_0、102_1、...、102_L-1编码的信息位子序列的长度。
编码实体集102的每个编码实体102_i的错误率或编码实体集102中的等级i的错误率分别等于在等级i或编码实体102_i经历的等效信道的容量Ci。因此，每个编码实体102_i或在等级i的错误率可以分别由以下方程表示：
Ci＝I(Y；Xi|X0,…,Xi-1),
其中I(Y；Xi|X0,…,Xi-1)表示观察Y与在等级i发送的符号之间的互信息(mutualinformation)，给定在0到i-1等级发送的符号。
在针对每个编码实体102_0、102_1、...、102_L-1确定401相应的编码率之后，在步骤402中，针对每个编码实体102_0、102_1、...、102_L-1，计算由各个编码实体102_0、102_1、...、102_L-1编码的编码子序列的相应错误率。
根据本实施例，关于不同的信道实现执行蒙特卡罗模拟，其中使用预定长度的编码子序列。因此，凡由编码实体102_0、102_1、...、102_L-1编码的所有编码子序列，在蒙特卡洛模拟中均具有相同的预定长度。通常，信道实现由每个符号的复数组成。两个通道实现在复数的实部和虚部中彼此不同。然而，该复数的系数是从具有零均值和单一方差的高斯分布中得出的。蒙特卡罗模拟的实现大体是公知的。因此，根据本实施例的实施方式基于该公知方法。图5示出了根据本发明实施例的实现蒙特卡罗模拟的实施步骤。
具体地，图5示出了根据本发明的实施例的由特定编码实体102_0、102_1、...、102_L-1编码的编码子序列的错误率的计算的子步骤的流程图。因此，图5的步骤示出了如何确定/计算集合102的L个编码实体102_0、102_1、...、102_L-1中的一个编码实体102_0、102_1、...、102_L-1的错误率。
此外，因为信道分别由多个用户或用户设备，即由两个或更多个用户或用户设备，同时使用，所以图5的步骤是针对虚构(fictive)用户或用户设备集的每个虚构用户或用户设备执行的。生成的虚构用户或用户设备集用于执行模拟，使得它们尽可能真实或接近地反映信道的假设或预期使用。假设特定数量的用户或用户设备将分别同时使用该信道。基于该假定的具体数量，虚构用户或用户设备被生成为相应虚构集中的真实用户或用户设备的占位符。
在步骤501中，分别对于每个用户或用户设备，生成信息位序列和要用于输出码字传输的信道的特性。术语“信道特性”大体是已知的。信道特征包括信道统计参数的值。例如，衰落过程表示为具有0均值并且协方差等于单位矩阵的高斯复随机变量。
在步骤502中，分别对于每个用户或用户设备，通过使用相应/特定编码实体102_0、102_1、...、102_L-1对信息位序列进行编码，并且由位映射实体103生成码字。
在步骤503中，分别对于每个用户或用户设备，对码字进行解码，并且在步骤504中，分别对于每个用户或用户设备，分别计算或确定编码子序列的错误率，也即相应/特定编码实体102_0、102_1、...、102_L-1的错误率。
因此，在执行步骤402之后，对每个编码实体102_0、102_1、...、102_L-1生成一组错误率，其中每个错误率均针对虚构用户或虚构用户设备集中的一个虚构用户或用户设备来确定。
在步骤403中，对于每个编码实体102_0、102_1、...、102_L-1，通过使用在步骤402中对于相应编码实体102_0、102_1、...、102_L-1确定的错误率，调整编码实体102_0、102_1、...、102_L-1的编码率。附加地，如果已经确定需要调整相应编码实体102_0、102_1、...、102_L-1的错误率，则也会调整其它编码实体102_0、102_1、...、102_L-1的编码率。错误率的调整403的示例性子步骤在图6中示出。
特别地，图6示出了根据本发明实施例的编码率调整403的子步骤的流程图。关于编码实体集102的每个编码实体102_0、102_1、...、102_L-1，执行图6的子步骤。
在步骤601中，对于编码实体102_0、102_1、...、102_L-1，计算平均错误率。平均错误率被计算为在步骤402中针对相应编码实体102_0、102_1、...、102_L-1生成的错误率集中所有错误率的平均值。
在步骤602中，将平均错误率与最大错误率进行比较。最大错误率表示阈值。根据一个实施例，最大错误率是预设的。根据进一步的实施例，最大错误率被设置为10-2。如果平均错误率小于或等于最大错误率，则不需要调整在步骤401中确定的编码率。因此，继续对编码实体集102的下一编码实体102_0、102_1、...、102_L-1进行错误率调整。在图6中，这由从步骤602引向步骤601的箭头指示。如果已经考虑了编码实体集102中的所有编码实体102_0、102_1、...、102_L-1，即，如果已经为编码实体集102中的所有编码实体102_0、102_1、...、102_L-1执行了图6中的子步骤(即，至少有子步骤601到602)，则终止步骤403的执行，从而图6的子步骤的执行也被终止。
如果平均错误率大于最大错误率，则需要调整在步骤401中确定的编码率。因此，则继续到步骤603。在步骤603中，减小在步骤401中为各个编码实体102_0、102_1、...、102_L-1确定的编码率。根据一个实施例，编码率一次减少一位，直到达到最大错误率。附加地，调整在步骤401中确定的另外的编码实体102_0、102_1、...、102_L-1的编码率。具体地，增加另外的编码实体102_0、102_1、...、102_L-1的编码率。根据一个实施例，只要所有等级都满足最大错误率约束，即小于最大错误率，则另外的编码实体102_0、102_1、...、102_L-1的各编码率中的每个编码率一次增加一位。
如果在执行步骤603之后已经考虑了编码实体集102中的所有编码实体102_0、102_1、...、102_L-1，则终止步骤403的执行，也即图6的子步骤的执行。否则继续对编码实体集102的下一编码实体102_0、102_1、...、102_L-1进行错误率调整。在图6中，这由从步骤603引向步骤601的箭头指示。
再回到编码率确定实体301，如图3和图4中示例性示出的，根据实施例，编码率确定实体301离线或提前，即在编码装置100开始编码处理之前，分别确定编码实体102_0、102_1、...、102_L的编码率。因此，也离线或预先分别执行图4、图5和图6的步骤。根据另一实施例，对于每个信道离线或预先完成对应编码率的确定，这可用于输出码字的传输。确定编码率之后，编码率被存入存储器中。当编码设备100开始编码处理时，可以从该存储器检索相应的编码率，例如取决于要使用的信道来检索。即检索已经关于相应信道确定的编码率。通过这种方式，执行了适于要使用的信道的高效编码处理。如果已经离线或提前完成编码率的确定，则编码实体102_0、102_1、...、102_L-1编码率的检索以及编码实体102_0、102_1、...、102_L-1编码率的提供可以由编码率确定实体301和/或编码设备100的另一处理实体来完成。
为了进一步解释编码过程，现在回到图1和图2，特别是返回到位映射实体103和步骤203。下面将描述位映射实体103的示例性操作和步骤203的示例性执行。
一旦所有编码实体102_0、102_1、...、102_L-1通过使用相应的编码率生成了编码子序列，则根据一实施例，编码子序列被并行地考虑。并行考虑之所以可行，是因为编码子序列具有相同的长度，例如预定的长度。
当通过并行考虑编码子序列来执行位映射203时，在所有编码子序列中，并行地考虑所有编码子序列的第i位，其中i是大于或等于零并且小于编码子序列的长度的整数。
所有编码子序列的所有第i位被映射203到符号。此映射针对每个第i位进行。
图7示出了根据本发明实施例的位映射的示例性执行。在图7的实施例中，在编码实体集102中示例性地提供了四个编码实体102_0至102_3，其中本发明不限于四个编码实体，并且可以使用大于二的任何数量的编码实体。编码实体102_0至102_3中的每个生成编码子序列，其中所有子序列具有相同的长度，并且将相应的编码子序列提供给位映射实体103。在位映射实体103中，执行编码子序列的位映射203。为此目的，并行考虑所有编码子序列的所有第i位。从第0位开始，并持续到编码子序列的最后一位处理完毕。这在图7中通过框701可视化，其示例性地指示出了在所有编码子序列中考虑相应的第0位的步骤。各个第0位都被映射到一个符号。根据一个实施例，第i位被映射到的符号是复数值。
当将编码设备100视为多级编码设备时，编码实体102_0至102_3中的每个构成一个编码等级。因此，编码实体102_0构成等级0，编码实体102_1构成等级1，编码实体102_2构成等级2，并且编码实体102_3构成等级3。
根据实施例，编码实体102_0到102_3的第i位被映射到属于大小为M的正交幅度调制(quadrature amplitude modulation，QAM)星座的复数值，其中M＝2L。
生成的203个符号的序列表示输出码字。
图8示出了根据本发明实施例的解码设备800的示例性设置。解码设备800被配置为对经由相同的信道从两个或更多个用户或用户设备发送的输出码字进行解码，其中该两个或更多个用户设备中的每个用户设备同时经由该信道发送相应的输出码字。如上面关于编码设备100和相应的编码方法所解释的，生成每个输出码字。因此，每个输出码字包括符号序列，其中每个符号表示多个位，如上面关于编码设备100和对应的编码方法所解释的。
根据本实施例，解码设备800包括：多用户检测实体集，包括L个多用户检测实体801_0、801_1、...、801_L-1；解码实体集，包括L个解码实体802_0、802_1、...、802_L-1；以及编码实体集。编码实体集包括L-1个编码实体803_0、803_1、...、803_L-2。
解码设备800是包括L个等级的多级解码设备，其中解码设备800的每个等级包括多用户检测实体集的一个多用户检测实体801_0、801_1、...、801_L-1和解码实体集的一个解码实体802_0、802_1、...、802_L-1。编码实体集的编码实体803_0、803_1、...、803_L-2位于解码设备800的两个等级之间。
每个多用户检测实体801_0、801_1、...、801_L-1被配置为针对两个或更多个用户设备中的每个用户设备，从经由信道从相应用户设备发送的输出码字中检测编码位序列。
另外，根据本实施例，等级"i"的每个多用户检测实体801_0、801_1、...、801_L-1被配置为针对相应用户设备的输出码字的各个符号的每个符号的每个第i位确定对数似然比，以及将该相应的第i位的对数似然比添加到对数似然比集。因为输出码字已由如上所述的L个编码实体102_0、102_1、...、102_L-1编码，每个输出码字包括表示L个位的符号。即，如上面关于编码实体100和相应的方法所描述的，每个符号表示L个位。因此，通过在每个等级"i"中计算符号中相应的第i位的对数似然比，则在最后一级中，即可为每个位确定对数似然比。
对数似然比集包括已经确定的对数似然比的条目，其中每个条目包括确定的对数似然比、对已经确定了有关的对数似然比的用户的指示、对已经确定了有关的对数似然比的输出符号的指示、以及对已经确定了有关的对数似然比的第i位的指示。
根据一个实施例，通过应用消息传递算法(message passing algorithm，MPA)，并通过考虑观察(observation)与一组与位值(0或1)相关联的星座符号之间的距离，计算特定符号的第i位的每个对数似然比。在初始阶段，例如，对于16QAM星座，有8个星座符号对应于位0，以及8个符号对应于位1。这适用于每个用户设备的每个符号。
此外，每个多用户检测实体801_0、801_1、...、801_L-1被配置为将编码位序列提供给解码实体集中与多用户检测实体同等级的解码实体802_0、802_1、...、802_L-1。附加地，根据一个实施例，每个多用户检测实体801_0、801_1、...、801_L-1被配置为还将该对数似然比集提供给前述解码实体集的解码实体802_0、802_1、...、802_L-1。
解码实体集的每个解码实体802_0、802_1、...、802_L-1被配置为通过解码相应用户设备的编码位序列，为每个用户设备生成解码信息位序列。根据本实施例，每个解码实体802_0、802_1、...、802_L-1被配置为通过该对数似然比集来执行解码。该解码包括对数似然比集的对数似然比的比较。这里，如果第i位的对数似然比大于或等于0，则将被判定的位i设置为1，否则第i位被设置为0。
此外，如果将编码设备100视为多级编码设备，其中每个编码实体102_0、102_1、...、102_L-1被设置成L个等级，每个等级包括编码实体102_0、102_1、...、102_L-1中的一个，等级"i"的每个解码实体802_0、802_1、...、802_L-1是等级"i"的编码实体102_0、102_1、...、102_L-1的逆。即等级"i"的每个解码实体802_0、802_1、...、802_L-1提供已由等级"i"的编码实体102_0、102_1、...、102_L-1编码的解码信息位。
编码实体集的每个编码实体803_0、803_1、...、803_L-2被配置为针对两个或更多个用户设备中的每个用户设备，从解码实体的解码实体802_0、802_1、...、802_L-1接收相应用户设备的解码信息位序列，并将该编码信息位序列提供给多用户检测实体集的多用户检测实体801_0、801_1、...、801_L-1。相应编码实体803_0、803_1、...、803_L-2向其提供编码信息位序列的多用户检测实体801_0、801_1、...、801_L-1的等级是相应的编码实体803_0、803_1、...、803_L-2从其接收解码信息位序列的解码实体802_0、802_1、...、802_L-1的等级的后续等级。
综上，在图8中，解码设备800的等级0包括多用户检测实体801_0和解码实体802_0，解码设备800的等级1包括多用户检测实体801_1和解码实体802_1，解码设备800的等级i包括多用户检测实体801_i(未示出)和解码实体802_i(未示出)，其中i大于或等于0且小于L，并且解码设备800的等级L-1包括多用户检测实体801_L-1和解码实体802_L-1。编码实体803_0、803_1、...、803_L-2位于解码设备800的每两个等级之间。每个编码实体803_0、803_1、...、803_L-2连接到一个等级的解码实体802_0、802_1、...、802_L-1，并且连接到另一等级的多用户检测实体801_0、801_1、...、801_L-1，所述另一等级是所述解码实体802_0、802_1、...、802_L-1的等级的后续等级。
在等级0中，多用户检测实体801_0接收同时经由相同信道发送相应的输出码字的两个或更多个用户设备u1、u2的输出码字。如上面关于编码设备100和相应的编码方法所解释的，每个输出码字包括符号序列。根据一个实施例，所述符号是复数值。因为如上所述，输出码字是由编码设备100的L个编码实体102_0、102_1、...、102_L-1生成的，所以输出码字的每个符号表示L个位。
此外，多用户检测实体801_0针对每个用户设备u1、u2检测来自用户设备u1、u2发送的输出码字的编码位序列C0(u1)、C0(u2)。
附加地，根据本实施例，多用户检测实体801_0针对用户u1、u2的输出码字的每个输出码字的每个符号的每个第0位确定对数似然比，并且如前所解释的，将第0位的相应的对数似然比添加到对数似然比集中。如上所述，通过应用消息传递算法(message passingalgorithm，MPA)，并通过考虑观察(observation)与一组与位值(0或1)相关联的星座符号之间的距离，计算每个所述对数似然比。
多用户检测实体801_0将确定的两个或更多个用户设备u1、u2的编码位序列C0(u1)、C0(u2)提供给与检测实体801_0同处等级0的解码实体802_0。附加地，多用户检测实体801_0将对数似然比集提供给解码实体802_0。
解码实体802_0对两个或更多个用户设备u1、u2的编码位序列C0(u1)、C0(u2)中的每一个进行解码，并且由此生成对应的解码信息位序列b0(u1)、b0(u2)。此外，解码实体802_0输出该两个或更多个用户设备u1、u2的对应的解码信息位序列b0(u1)、b0(u2)。根据本实施例，解码实体802_0通过使用对数似然比集来解码两个或更多个用户设备u1、u2的每个编码位序列C0(u1)、C0(u2)。
两个或更多个用户设备u1、u2的解码信息位序列b0(u1)、b0(u2)可以用于进一步处理，如没有指向编码实体803_0的箭头所示。
此外，两个或更多个用户设备u1、u2的解码信息位序列b0(u1)、b0(u2)被提供给位于解码设备800中等级0和等级1之间的编码实体803_0。编码实体803_0对两个或更多个用户设备u1、u2的每个解码信息位序列b0(u1)、b0(u2)进行编码，并将对应得到的编码信息位序列提供给解码设备800的后续等级，即等级1中的多用户检测实体801_1。
在等级1中，多用户检测实体801_1也接收两个或更多个用户设备u1、u2的输出码字。多用户检测实体801_1针对每个用户设备u1、u2检测来自用户设备u1、u2发送的输出码字的编码位序列C1(u1)、C1(u2)。
附加地，根据本实施例，多用户检测实体801_1针对用户u1、u2的输出码字的每个输出码字的每个符号的每个第1位确定对数似然比，并且如前所解释的，将第1位的相应的对数似然比添加到对数似然比集中。与多用户检测实体801_0相比，多用户检测实体801_1已经接收到由编码实体803_0生成的编码信息位序列，并且具有关于先前确定的对数似然比的知识。当针对每个符号的每个第1位计算相应的对数似然比时，多用户检测实体801_1会参考从编码实体803_0接收的编码信息位序列和具有先前确定的对数似然比的对数似然比集。如上所述，根据一个实施例，多用户检测实体801_1通过使用消息传递算法来计算对数似然比。具体的，在计算对数似然比时，会考虑观察之间的距离与缩小的符号集。
多用户检测实体801_1将确定的两个或更多个用户设备u1、u2的编码位序列C1(u1)、C1(u2)提供给与检测实体801_1同处等级1的解码实体802_1。附加地，多用户检测实体801_1将对数似然比集提供给解码实体802_1。
解码实体802_1对两个或更多个用户设备u1、u2的编码位序列C1(u1)、C1(u2)中的每一个进行解码，并且由此生成对应的解码信息位序列b1(u1)、b1(u2)。此外，解码实体802_1输出该两个或更多个用户设备u1、u2的对应的解码信息位序列b1(u1)、b1(u2)。根据本实施例，解码实体802_1通过使用对数似然比集来解码两个或更多个用户设备u1、u2的每个编码位序列C1(u1)、C1(u2)。
两个或更多个用户设备u1、u2的解码信息位序列b1(u1)、b1(u2)可以用于进一步处理，如没有指向编码实体803_1的箭头所示。
此外，两个或更多个用户设备u1、u2的解码信息位序列b1(u1)、b1(u2)被提供给位于解码设备800中等级1和等级2之间的编码实体803_1。编码实体803_1对两个或更多个用户设备u1、u2的每个解码信息位序列b1(u1)、b1(u2)进行编码，并将对应得到的编码信息位序列提供给解码设备800的后续等级，即等级2中的多用户检测实体801_2。
解码设备800的其它的多用户检测实体、其它的解码实体以及其它等级的其它编码实体的操作方式与多用户检测实体801_1、解码实体802_1和编码实体803_1相同。
在下文中，呈现了用于解码由三个用户设备经由相同信道同时发送的输出码字的示例，以更详细地解释对数似然比的计算。为此，提出并考虑了以下两个方程式：
方程(1)：
Figure BDA0001939293970000121
方程(2)：
Figure BDA0001939293970000122
方程(1)表示第3用户在时间t和等级l发送等于0的位的概率，假定用户3从等级0到l-1的所有位均已决定(可以是0或1)。对干扰用户发送的符号应用边缘化(marginalization)。
方程(2)表示用户3在等级1发送1的概率，假定cl-1已在先前的解码阶段确定。这个符号时间的LLR是方程(1)和方程(2)之间的比的对数。
(b(u1),b(u2))对应于干扰用户的所有可能的位组合。这些组合有(0,0)、(1,0)、(0,1)、(1,1)。
符号x则代表星座图中的符号集，在等级l的位在方程(1)中对应于假设0和在方程(2)中对应于假设1，假定用户u3从等级0到l-1的所有位均已解码。Y是观察。f()是符号x和对应于用户u1和u2的符号的函数。P(b(u1))是用户u1的位的先验概率。
综上，对数似然比的确定如图9所示。具体地，图9示出了根据本发明一个实施例的多用户检测实体801_i对第i级的对数似然比的计算。根据图9的实施例，多用户检测实体801_i针对两个或更多个用户设备u1、u2的每个用户设备u1、u2接收来自编码实体803_0、803_1、...、803_L-2的编码位序列并输出码字。多用户检测实体801_i通过使用方程(1)和(2)确定接收的输出码字的每个输出码字的每个符号的第i个位的对数似然比。将确定的对数似然比中的每一个添加到对数似然比集中。在确定所有对数似然比之后，提供对数似然比集，使得该集也包括第i级的对数似然比。
因此，本发明涉及通过使用具有多于两个编码实体的编码设备对信息位序列进行编码，以及通过具有多于两个解码实体的解码设备对输出码字进行解码。由编码设备生成的输出码字经由信道发送到解码设备，有两个或更多个用户设备同时经由所述信道发送相应的输出码字，考虑到这一事实来执行编码和解码。
已经结合本文的各种实施例描述了本发明。然而，本领域技术人员在实践所要求保护的本发明时，可以通过研究附图、公开内容和所附权利要求，从而理解和实现所附实施例的其它变型。在权利要求中，“包括”一词不排除其它要素或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。仅仅因为某些措施被记载为互不相同的从属权利要求，并不表示不能将这些措施组合使用以得到有益效果。

Claims (12)

1.一种编码设备，设置用于对信息位序列进行编码，其中所述编码设备包括：
-序列划分实体，被配置为将所述信息位序列划分为L个信息位子序列，其中L是大于或等于2的整数；
-编码实体集，其中：
所述编码实体集包括L个编码实体；
所述编码实体集的每个编码实体被配置为通过对所述L个信息位子序列的一个信息位子序列进行编码来生成相应的编码子序列；并且
所述编码实体集的每个编码实体被配置为通过使用相应的编码率对相应的信息位子序列进行编码，其中所述编码率被确定用于经由信道进行传输，有多于两个的设备同时经由所述信道执行传输；
-位映射实体，被配置为通过将每个所述编码子序列的一个或多个编码位映射到码字符号来生成码字；以及
-码字处理实体，被配置为通过处理所述码字来生成输出码字，以用于非正交多址接入；
-编码率确定实体，被配置为
为每个编码实体确定将要由相应的编码实体用于编码的相应编码率；
为每个编码实体计算由所述相应编码实体编码的编码信息位子序列的错误率；以及
通过如下方式使用所述错误率来为每个编码实体调整所述编码率；
从通过所述相应编码实体进行编码的编码信息位子序列的所述错误率来计算平均错误率；以及
如果所述平均错误率大于最大错误率，则降低所述编码率。
2.根据权利要求1所述的编码设备，其中所述码字处理实体被配置为根据非正交多址方案来处理所述码字。
3.根据权利要求1或2所述的编码设备，其中所述编码设备被配置为经由所述信道将所述输出码字发送到另一设备，并且其中多于两个的设备同时经由所述信道发送相应的输出码字。
4.根据权利要求1或2所述的编码设备，其中所述编码实体集的每个编码实体被配置为对具有预定长度的信息位子序列进行编码。
5.根据权利要求1或2所述的编码设备，其中所述序列划分实体被配置为划分所述信息位序列，使得每个信息位子序列具有相应的预定长度。
6.根据权利要求1或2所述的编码设备，其中所述编码实体集的两个或更多个编码实体使用不同的编码率。
7.根据权利要求1所述的编码设备，其中所述编码率确定实体被配置为通过使用蒙特卡罗模拟为每个编码实体计算错误率。
8.根据权利要求1或2所述的编码设备，其中所述编码子序列具有相同的长度。
9.一种编码方法，设置用于对信息位序列进行编码，其中所述方法包括以下步骤：
-由序列划分实体，将所述信息位序列划分为L个信息位子序列，其中L是大于或等于2的整数；
-由编码实体集对所述L个信息位子序列进行编码，其中：
所述编码实体集包括L个编码实体；
由所述编码实体集的每个编码实体，通过对所述L个子序列的一个信息位子序列进行编码来生成相应的编码子序列；并且
所述编码实体集的每个编码实体被配置为通过使用相应的编码率对相应的信息位子序列进行编码，其中所述编码率被确定用于经由信道进行传输，有多于两个的设备同时经由所述信道执行传输；
-由位映射实体，通过将每个所述编码子序列的一个或多个编码位映射到码字符号来生成码字；
-由码字处理实体，通过处理所述码字来生成输出码字，以用于非正交多址接入；
-由编码率确定实体为每个编码实体确定将要由相应的编码实体用于编码的相应编码率，
-为每个编码实体计算由所述相应编码实体编码的编码信息位子序列的错误率，以及
-通过如下方式使用所述错误率来为每个编码实体调整所述编码率；
从通过所述相应编码实体进行编码的编码信息位子序列的所述错误率来计算平均错误率；以及
如果所述平均错误率大于最大错误率，则降低所述编码率。
10.一种解码设备，被设置用于对经由相同的信道从两个或更多个用户设备接收的输出码字进行解码，其中所述两个或更多个用户设备中的每个用户设备同时经由所述信道发送相应的输出码字，其中所述解码设备包括：
-多用户检测实体集，其中所述多用户检测实体集包括L个多用户检测实体，其中L为大于或等于2的整数；
-解码实体集，其中所述解码实体集包括L个解码实体；以及
-编码实体集；
其中：
-所述解码设备是包括L个等级的多级解码设备；
-所述解码设备的每个等级包括所述多用户检测实体集的一个多用户检测实体和所述解码实体集的一个解码实体；
-所述编码实体集的编码实体位于所述解码设备的两个等级之间；
-所述多用户检测实体集的每个多用户检测实体被配置为针对两个或更多个用户设备中的每个用户设备，经由所述信道同时发送所述相应的输出码字，用于：
-从经由所述信道从所述相应用户设备发送的输出码字来检测编码位序列；
-针对输出码字的每个符号的每个第i位确定对数似然比，并将相应的第i位的对数似然比添加到对数似然比集中，其中i对应于所述多用户检测实体所在的所述等级；以及
-将所述编码位序列和所述对数似然比集提供给所述解码实体集中与所述多用户检测实体处于同一等级的解码实体；
-所述解码实体集的每个解码实体被配置为通过对所述相应用户设备的所述编码位序列进行解码，为两个或更多个用户设备的每个用户设备生成解码信息位序列，其中所述对数似然比集在所述解码中使用；以及
-所述编码实体集的每个编码实体被配置为针对所述两个或更多个用户设备中的每个用户设备：
-从所述解码实体集的解码实体接收所述相应用户设备的所述解码信息位序列；
-从所述解码信息位序列生成编码信息位序列；以及
-将所述编码信息位序列提供给所述多用户检测实体集的多用户检测实体，其中所述多用户检测实体的等级是所述解码实体的等级的后续等级。
11.一种解码方法，所述解码方法对经由相同的信道从两个或更多个用户设备接收的输出码字进行解码，其中所述两个或更多个用户设备中的每个用户设备同时经由所述信道发送相应的输出码字，所述解码方法包括操作解码设备，所述解码设备包括：
-多用户检测实体集，其中所述多用户检测实体集包括L个多用户检测实体，其中L为大于或等于2的整数；
-解码实体集，其中所述解码实体集包括L个解码实体；以及
-编码实体集；
其中：
-所述解码设备是包括L个等级的多级解码设备；
-所述解码设备的每个等级包括所述多用户检测实体集的一个多用户检测实体和所述解码实体集的一个解码实体；
-所述编码实体集的编码实体位于所述解码设备的两个等级之间；
-所述多用户检测实体集的每个多用户检测实体针对两个或更多个用户设备中经由所述信道同时发送所述相应的输出码字的每个用户设备执行以下操作：
-从经由所述信道从所述相应用户设备发送的输出码字来检测编码位序列；
-针对输出码字的每个符号的每个第i位确定对数似然比，并将相应的第i位的对数似然比添加到对数似然比集中，其中i对应于所述多用户检测实体所在的所述等级；以及
-将所述编码位序列和所述对数似然比集提供给所述解码实体集中与所述多用户检测实体处于同一等级的解码实体；
-所述解码实体集的每个解码实体通过对所述相应用户设备的所述编码位序列进行解码，为两个或更多个用户设备的每个用户设备生成解码信息位序列，其中所述对数似然比集在所述解码中使用；以及
-所述编码实体集的每个编码实体针对所述两个或更多个用户设备中的每个用户设备执行以下操作：
-从所述解码实体集的解码实体接收所述相应用户设备的所述解码信息位序列；
-从所述解码信息位序列生成编码信息位序列；以及
-将所述编码信息位序列提供给所述多用户检测实体集的多用户检测实体，其中所述多用户检测实体的等级是所述解码实体的等级的后续等级。
12.一种计算机可读记录介质，包括计算机可读程序代码，所述计算机可读程序代码被配置为当所述程序代码在计算设备上执行时，使得所述计算设备执行权利要求9的编码方法的步骤，或者被配置为使所述计算设备执行根据权利要求11所述的解码方法的步骤。
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