CN110661596A - 多用户下行蜂窝系统中的数据传输方法与装置 - Google Patents

Abstract

一种发送设备中的数据传输和信令发送方法，配置为在无线通信系统中向接收设备并发传输非正交独立下行数据流，向所有接收设备发送控制信息，所述控制信息包括：选为传输的接收设备的索引、所选接收设备的编码速率、标签位‑接收设备分配、扩展星座图索引和用于传输的资源元素数量。本发明还提供一种发送设备和接收设备。

Description

多用户下行蜂窝系统中的数据传输方法与装置

技术领域

本公开各方面一般涉及无线通信系统，尤其涉及在多用户系统中并发传输下行数据流。

背景技术

随着诸如手机、智能手机和平板设备等现代无线通信设备的普及，对大量用户设备(UE)或移动台的大型多媒体数据容量的需求也随之上升。这些多媒体数据可以包括接收设备上的流媒体广播、在线游戏、音乐和电视。为了支持这种对更高数据速率的日益增长的需求，基于各种传输技术，比如时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)、频分多址(FDMA)、正交频分多址(OFDMA)以及单载波FDMA(SC_FDMA)来部署多址网络。也在开发用于无线网络的新标准。这些较新标准的例子包括由第三代合作伙伴计划(3GPP)开发的长期演进(LTE)和演进版LTE(LTE-A)、由电气与电子工程师协会(IEEE)维护的无线宽带标准的802.11和802.16标准族、WiMAX、来自WiMAX论坛的IEEE 802.11标准的实现、以及其它标准。基于这些标准的网络通过对可用网络资源进行共享来支持多个用户同时接入。

诸如异构网络等无线通信网络包括用以支持与多个接收设备，本文中也称为用户设备(UE)，进行下行链路和上行链路通信的多个基站。从接收设备向基站发送的信息称为上行链路通信(UL)，从基站向接收设备发送的信息称为下行链路(DL)通信。

在蜂窝无线系统的下行链路中，单个发送设备在共享物理信道上向多个用户设备接收设备发送多个经编码调制的数据流—每个数据流包括一系列编码的信息字或码字。物理信道包括一组不同的时-频-空资源元素(RE)。资源元素是由一个符号周期内的一个子载波构成的无线电频谱的最小可用部分，并具有频率和时间维度。在每个RE中，对从某一可用符号集合(称为星座图)中得到的复数符号进行发送。

当发送设备同时服务多个接收设备时，通常将多个RE划分成块，称为资源块(RB)。不同资源块通常以这样的方式分配给不同接收设备，即，在每个RB中，只允许一个接收设备进行传输。在这种情况下，为了避免接收设备间的干扰，用于不同接收设备的信号被约束为相互正交。由此产生的正交多址(MA)方案广泛用于目前的标准中。然而，众所周知，如果所有复用接收设备经历足够不同的信噪比(SNR)，这些接收设备均可以实现(相比正交传输)增加的速率。在这种情况下，通过正交MA方案不能实现多用户信道容量的充分利用。

为了获得更高的数据速率，有必要在可用的RE上对多个接收设备进行并发传输。这可以通过采用诸如叠加编码(SC)等适当设计的非正交MA(NOMA)方案来实现。可替代地，可以使用不基于线性叠加编码的其它方案，比如，基于码字级多路复用的重载多址(OLMA)方案。这些方案的示例包括星座图扩展多址(CEMA)和速率自适应星座图扩展多址(RA-CEMA)。

已经提出将RA-CEMA作为非正交传输方案，其能够实现与SC相同的数据速率，同时以复杂性较低并且灵活性增加为特征。图18示出了在LTE无线通信系统中的具有RA-CEMA发送设备10和两个接收设备50的示例性RA-CEMA系统20的一个示例。“信道编码和速率匹配”块12从用户u接收信息比特为b_u＝(b_u(1)，...，b_u(K_u))的报文，并生成编码的比特为e_u＝(e_u(1)，...，e_u(E_u))的向量。速率自适应码字复用器13收集码字e₀，...，e_U-1，并生成符号标签向量l＝(l(1)，...，l(G))。码字复用器13生成G个由m位表示的标签l＝(l(1)，...，l(G))后，图18中的调制器14生成一系列从扩展星座图χ_EXP中得到的G个复数调制符号x(x(1)，...，x(G))。最后，发送单元15在通信系统20中利用G个RE发送该复数符号向量x。

在图18所示示例中，复用矩阵选自库16、54，其分别具有发送设备10和接收设备50可用的预先设计好的矩阵。每个矩阵对应，例如，近端用户速率和远端用户速率之间多个可能的权衡中的一个。发送设备选择将用于传输的矩阵作为速率、m阶扩展星座图以及如上所述调度器11所计算的RE数量G的函数。

图18所示RA-CEMA调度器11进行接收设备选择和传输参数计算。考虑单用户信道质量(CQ)和服务公平性标准，来进行接收设备选择。然而，与接收设备选择相关联的算法在所使用的码字复用方案之前并且独立于所使用的码字复用方案操作。这种接收设备选择和传输参数计算可导致数据速率较低，并最终导致吞吐量较低。

共同执行用户选择以及传输和复用参数计算以获得增加的吞吐量，这将是非常有利的。

此外，针对每个数量的接收设备、接收设备的SNR值和接收设备速率，RA-CEMA实现方式需要特定的复用矩阵。因此，对于接收设备数量、接收设备速率和SNR值集合的每个组合，必须专门设计特定的复用矩阵。显然，在具有实际意义的系统中，设计好的矩阵的数量非常大。因此，用于存储这种复用矩阵(也称为复用矩阵库)的数据结构尺寸可能变得非常大。如图18所示，由于所有设计好的矩阵必须在发送设备10和接收设备50中可用，大尺寸库导致发送设备10和接收设备50的内存占用均较大。需要相应的大信令开销来指示接收设备50，在每个传输时间间隔(TTI)内从库中选择了哪个矩阵用于传输。针对以任意SNR值和任意速率为特征的任意数量的接收设备，有利的是提供一般的复用矩阵设计，从而减少所需数据结构尺寸和信令开销。

RA-CEMA实现方式的另一个缺点在于，调制编码方案(MCS)参数计算和MCS优化按顺序执行。在不考虑任何调度度量的情况下，针对每个所选接收设备，独立计算MCS参数。这种方法不允许利用非正交传输的全部潜能。有利的是提供这样一种方案，即，通过在该计算中也考虑调度策略，共同执行MCS参数计算和MCS优化。

因此，需要在无线通信网络中并发传输下行数据流的改进方法与装置。

发明内容

本发明的目的在于提供在无线通信网络中并发传输下行数据流的方法与装置。本发明的另一目的在于为无线通信系统提供增加的下行链路吞吐量。

根据本发明的第一方面，上述以及进一步目的和优点由一种用于在无线通信或蜂窝网络中发送无线通信信号的发送设备获得。所述发送设备包括：处理器，配置为确定所述发送设备与多个接收设备之间下行信道的下行信道质量；计算所述多个接收设备中每个的调度权重；基于所述调度权重并基于所述下行信道质量为调制集合的每个调制确定所有标签位的加权位级容量；基于所述加权位级容量确定每个调制的最高加权和速率；根据所述最高加权和速率中的最大加权和速率从所述调制集合中选择调制，根据所选择的调制从所述多个接收设备中选择接收设备集合，并且根据所选择的调制为所选择的接收设备集合中的接收设备选择标签位分配。采用所选择的标签位-UE分配和用于发送下行信号S的资源元素的数量获得复用矩阵。采用所选择的标签位-UE分配和为所选择的集合中每个接收设备确定的位级容量计算编码速率。所述发送设备配置为，基于所获得的复用矩阵和所计算的编码速率，利用所述资源元素向所选择的集合中的接收设备发送所述下行信号S。在一实施例中，用于发送下行信号S的发送设备可以包括RA-CEMA发送设备。可替代地，所述发送设备可以包括任何配置为将复用矩阵接受作为其配置参数一部分的发送设备。这使得用户设备选择可以与传输和复用参数计算共同执行。

根据第一方面，在发送设备的第一种可能的实现方式中，将所有具有相同位级容量的标签位分配给所选择的接收设备集合中的同一接收设备。这种实现方式具有通过减少所需复用矩阵数量来简化传输方案，同时又不导致性能降低的优点。

根据上述第一方面或者第一方面的第一种可能的实现方式，在发送设备的第二种可能的实现方式中，所述处理器配置为：通过采用存储在存储器中的CQI-位级容量表，基于所述确定的所述发送设备与所述多个接收设备之间的所述下行信道的信道质量为每个调制确定所有标签位的加权位级容量。这种实现方式具有使得调度器能够计算加权和速率，从而执行最佳UE选择、标签位分配和调制选择的优点。

根据上述第一方面或者第一方面的前述第一种或第二种可能的实现方式中的任一种，在发送设备的第三种可能的实现方式中，所述处理器配置为：接收所述多个接收设备的所述下行信道的所述下行信道质量；或者通过测量所述多个接收设备对应的上行信道估计所述下行信道质量。这种实现方式具有使发送设备知道下行信道质量的优点，这是正确计算传输参数所需的。

根据上述第一方面或者第一方面的前述第一种到第三种可能的实现方式中的任一种，在发送设备的第四种可能的实现方式中，所述下行信道质量基于一个或多个信噪比或信号与干扰加噪声比。这种实现方式具有使信道质量计算变得更容易的优点。

根据第一方面的第四种可能的实现方式，在发送设备的第五种可能的实现方式中，所述处理器配置为：为所选择的接收设备集合中的每个接收设备信息字进行编码以获得码字；根据所选择的标签位-UE分配，采用所获得的复用矩阵将所述码字复用成具有G个元素的标签向量l＝(l(1)，...，l(G))；采用所述标签向量l＝(l(1)，...，l(G))的每个标签从所选择的调制中选择调制符号，为复用的码字获得符号向量x＝(x(1)，...，x(G))；其中，所述下行信号S包括所述符号向量x＝(x(1)，...，x(G))。这种实现方式具有能够并发传输多个数据流而增加总吞吐量的优点。

根据上述第一方面或者第一方面的前述第一种到第五种可能的实现方式中的任一种，在发送设备的第六种可能的实现方式中，所述处理器配置为：以信令方式将预先计算好的复用矩阵库中存储的复用矩阵的索引通知给所选择的接收设备集合中的接收设备。由于以信令方式通知索引需要更少的比特，所以采用复用矩阵的索引降低了开销。这种实现方式也具有不需要在每个TTI内计算复用矩阵的优点。

根据上述第一方面或者第一方面的前述第一种到第六种可能的实现方式中的任一种，在发送设备的第七种可能的实现方式中，所述复用矩阵与所选择的接收设备集合中的至少两个接收设备相关联。

根据上述第一方面或者第一方面的前述第一种到第七种可能的实现方式中的任一种，在发送设备的第八种可能的实现方式中，所述处理器(502)配置为采用至少G个时频资源元素RE发送所述下行信号S。这种实现方式具有使发送设备采用任何OFDMA传输系统的RE的优点。

根据上述第一方面或者第一方面的前述第一种到第八种可能的实现方式中的任一种，在发送设备的第九种可能的实现方式中，所述处理器配置为向所选择的接收设备集合中的接收设备发送下行控制信息，所述下行控制信息包括以下至少一种：指示所选择的集合中所有接收设备共用的时频资源分配的字段；指示接收设备专用编码速率的字段；指示所选择的集合中所有接收设备共用的选定复用矩阵的字段；以及指示所选择的集合中当前接收设备所对应的所述选定复用矩阵中的值的字段。这种实现方式具有使接收设备生成复用矩阵的优点。

根据上述第一方面或者第一方面的前述第一种到第八种可能的实现方式中的任一种，在发送设备的第十种可能的实现方式中，所述处理器配置为向所选择的集合中的接收设备发送下行控制信息，所述下行控制信息包括以下至少一种：指示所选择的集合中所有接收设备共用的时频资源分配的字段；指示接收设备专用编码速率的字段；指示所选择的集合中所有接收设备共用的选定调制的字段；以及指示接收设备专用标签位分配的字段。这些参数使接收设备生成复用矩阵。这种实现方式具有为启用并发传输而减少信令开销的优点。

根据本发明的第二方面，上述以及进一步目的和优点由一种用于在无线通信系统中向接收设备并发传输非正交独立下行数据流的方法获得。在一实施例中，所述方法包括：向所述接收设备发送控制信息，所述控制信息包括以下一种或多种：选为传输的接收设备的标识；所选接收设备的编码速率；标签位-接收设备分配；扩展星座图索引；以及下行链路传输所用的资源元素的数量。这种实现方式具有使用户设备选择与传输和复用参数计算共同执行的优点。

在第二方面的第一种可能的实现方式中，所述控制信息包括以下字段的一个或多个：指示所有所选接收设备共用的时频资源分配的字段；指示接收设备专用编码速率的字段；指示所有所选接收设备共用的选定复用矩阵的字段；以及指示所选接收设备中当前接收设备所对应的所述选定复用矩阵中值的字段。这种实现方式具有在不需要以信令方式通知调制和标签位-接收设备分配的情况下实现向多个用户设备配置并发下行传输的优点。

根据第二方面或第二个方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述控制信息包括以下字段的一个或多个：指示所有接收设备共用的时频资源分配的字段；指示接收设备专用编码速率的字段；指示所有所选接收设备共用的调制的字段；以及指示接收设备专用标签位分配的字段。这种实现方式具有在不需要以信令方式通知发送设备侧所使用的复用矩阵的指示的情况下实现向多个用户设备配置并发下行传输的优点。

根据本发明的第三方面，上述以及进一步目的和优点由一种接收设备获得。所述接收设备包括处理器，配置为：接收下行控制信息，所述下行控制信息指示下行信号S的传输中使用的参数；根据接收到的下行控制信息配置所述接收设备；根据在所述下行控制信息中接收到的所述参数，接收所述下行信号S，去复用所述下行信号并解码所述下行信号。这种实现方式具有在使用接收设备的无线系统中提供增加的下行链路吞吐量的优点。

根据本发明的第四方面，上述以及进一步目的和优点由一种包括非临时性计算机程序指令的计算机程序获得，所述非临时性计算机程序指令在由处理器执行时使得所述处理器执行根据上述第二方面或第二方面的第一种和第二个种可能的实现方式所述的方法。

结合说明书附图进行考虑，示范性实施例的这些和其它方面、实现方式以及优点通过本文中描述的实施例变得显而易见。然而，应理解，说明书和附图仅仅是出于说明性目的进行设计，而不应作为对所公开发明的限制的定义。在以下描述中对本发明的其它方面和优点进行阐述，并且部分方面和优点通过描述变得显而易见，或者可以通过对本发明进行实践而获得。此外，本发明的各方面和优点可以通过本文特别指出的手段和组合实现并获得。

附图说明

在本发明的以下详细部分中，将结合附图中所示的示例性实施例对本发明进行更详细的解释，其中：

图1示出了根据本发明实施例的发送设备；

图2为示出了本发明实施例的流程图；

图3示出了根据本发明实施例的接收设备；

图4为示出了本发明实施例的流程图；

图5示出了根据本发明实施例的增强型RA-CEMA发送设备；

图6示出了根据本发明实施例的增强型RA-CEMA调度器；

图7示出了根据本发明实施例的增强型RA-CEMA调度器；

图8示出了比特交织编码调制传输的示例性方案；

图9示出了具有格雷标记(Gray labeling)的16-QAM的位级容量-SNR曲线；

图10示出了不同MCS方案的块误码率(BLER)-SNR曲线；

图11示出了具有两个采用16QAM的UE的系统的BICM速率区域；

图12示出了用于具有两个采用16QAM的UE的系统中传输的最佳速率对和比例公平(PF)调度线；

图13示出了根据结合所公开实施例各方面的第一算法的WSR计算；

图14示出了根据结合所公开实施例各方面的第二算法的WSR计算；

图15示出了具有格雷标记的64QAM的位级容量；

图16示出了可以用于实践本发明各方面的移动通信设备的一实施例；

图17示出了采用本发明的通信系统的小区频谱效率；

图18示出了RA-CEMA系统。

具体实施方式

本文中所公开的本发明实施例涉及用于并发传输多个独立数据流的装置，其中，所述多个独立数据流用于具有经历了不同信道质量的接收设备。所述装置可以包括发送设备和接收设备。本发明实施例应用于例如以频分双工(FDD)模式、时分双工(TDD)模式或其它合适的无线通信协议运行的无线通信系统的下行链路。

图1示出了结合本发明各方面的发送设备100的一个实施例。发送设备100包括用于从不同接收设备或用户，也称为用户设备(UE)，接收信道质量值或信息的输入单元110。存储器120配置为存储一般信息，例如，复用矩阵库和程序指令。输出单元130配置为在无线通信系统中发送下行信号。

在一实施例中，发送设备100包括：至少一个处理器140，配置为从接收设备接收下行信道质量信息(CQI)；为每个接收设备，并为调制集合的每个调制确定所述调制的所有标签位的位级容量；计算加权和速率(WSR)调度权重；为每个调制确定最大WSR及其相应的标签位-UE分配；选择所述最大WSR对应的调制，并计算所述相应的标签位-UE分配，并在同一时间或时间间隔内，选择报文将被同时发送的接收设备集合。该接收设备集合包括至少有一个比特被分配在星座图标签中的所有接收设备。

处理器140还配置为采用所选择的标签位-UE分配来生成相应的复用矩阵，并计算接收设备的码字大小。

处理器140配置为采用所选择的标签位-UE分配和相应的位级容量计算接收设备编码速率；并以信令方式将所使用的RE数量、所选调制的阶数、标签位-UE分配和编码速率通知给接收设备。

采用所计算的码字大小和编码速率，处理器140配置为：为每个接收设备独立编码信息报文，以获得码字。采用所生成的复用矩阵，处理器140配置为将所有接收设备码字复用成具有G个标签的向量；将标签向量映射成从所选星座图中得到的符号向量以得到具有G个复数星座图符号的向量；以及在G个时-频-空RE中发送所述符号向量。

在一实施例中，发送设备配置为基于所获得的复用矩阵和所计算的编码速率，利用资源元素向所选集合中的接收设备发送下行信号S。发送设备可以包括RA-CEMA发送设备。可替代地，发送设备可以包括任何配置为将复用矩阵接受作为其配置参数一部分的发送设备。

图2示出了可以由图1所示发送设备100执行的发送方法的一个实施例。在一实施例中，所述方法包括：

在步骤202中，从接收设备中接收下行CQI；

在步骤204中，为从其中接收到下行CQI的接收设备并为调制集合的每个调制，确定所述调制的所有标签位的位级容量；

在步骤206中，计算加权和速率(WSR)调度权重；

在步骤208中，为每个调制确定最大WSR及其相应的标签位-UE分配；

在步骤210中，选择所述最大WSR对应的调制，并确定其相应的标签位-UE分配，包括从用于传输的接收设备中选择接收设备集合，所选择的集合包括在星座图标签中获得至少一个比特的所有接收设备；

在步骤212中，采用所确定的标签位-UE分配生成相应的复用矩阵；

在步骤214中，采用所确定的标签位-UE分配计算接收设备的码字大小；

在步骤216中，采用所选择的标签位-UE分配和相应的位级容量计算接收设备的编码速率；

在步骤218中，以信令方式将所使用的RE数量、所选调制的阶数、所确定的标签位-UE分配和编码速率通知给接收设备；

在步骤220中，采用所计算的码字大小和编码速率，为选为传输的接收设备集合中的每个接收设备独立编码信息报文，以获得所述集合中每个接收设备的码字；

在步骤222中，采用所生成的复用矩阵，将所有接收设备码字复用成具有G个标签的向量；

在步骤224中，将标签向量映射成从所选星座图中得到的符号的向量，从而获得具有G个复数星座图符号的向量；以及

在步骤226中，在G个时-频-空RE中向选为传输的接收设备发送所述符号向量。

图3示出了结合本发明各方面的接收设备300的一个实施例。在一实施例中，接收设备300包括配置为接收下行信号的输入单元310、存储器320以及输出单元330。在一实施例中，接收设备300包括至少一个处理器340。处理器340配置为利用复用矩阵检测并去复用所述下行信号。在一实施例中，处理器340配置为接收对发送下行信号S时使用的参数进行指示的下行控制信息；根据在下行控制信息中接收到的参数，接收下行信号S，去复用下行信号S并解码下行信号；以及将信息字的估值传递给用户。

图4示出了可以由接收设备300执行的接收方法。在一实施例中，所述方法包括：在步骤400中，接收包括符号向量的下行信号，包括接收对发送下行信号S时使用的参数进行指示的下行控制信息。在步骤410中，利用复用矩阵检测并去复用下行信号。在步骤420中，根据在下行控制信息中接收到的参数解码下行信号S，并将信息字的估值传递给用户。

图5示出了结合本发明各方面的增强型RA-CEMA发送设备500的一个实施例。增强型RA-CEMA发送设备500配置为实现并执行本文中所描述的过程。在本实施例中，选择两个接收设备用于传输，例如，分别如图3和图18所示的接收设备300、50。增强型RA-CEMA调度器502，本文中称为调度器502，通过反向链路(例如，上行链路)接收用于两个接收设备的下行信道的DL CQI，并选择具有不同信道质量的接收设备用于并发DL传输。信道质量可以是，例如，SINR、SNR或任何其它合适的信道测量或基于这种信道测量的其它参数，比如CQI。如下文所述，调度器502还执行调制选择、MCS参数计算以及复用矩阵运算。

根据本发明各方面，参见图5，将待发送给所选接收设备的信息字b₀和b₁独立进行编码，并发送到多用户交织器或速率自适应码字复用器510。由图5所示多用户交织器510执行的功能通常与由图18所示RA-CEMA系统20的速率自适应码字复用器13执行的功能相同。图18所示RA-CEMA系统20的示例在2014年3月28日提交的申请号为PCT/EP2014/056365的共同未决申请中进行描述，其全部内容通过引用结合在本申请中。

多用户交织器510根据RA-CEMA复用矩阵执行码字复用，并生成复用码字l，该复用码字由调制器512进行调制，并由发送设备514发送给----例如----用户。

如上所述，接收设备选择、调制选择、MCS参数计算和复用矩阵运算/选择由调度器502共同执行。图6和图7示出了可以用在本发明中的调度器502的不同实施例。

在图6所示实施例中，调度器602配置为将CQI索引映射到SNR。利用位级容量-SNR曲线来计算位级容量。

在图7所示实施例中，调度器702配置为将CQI索引直接映射到位级容量。

为了执行上述任务，同时最佳地使诸如比例公平(PF)等任何加权和速率(WSR)调度度量最大化，本发明各方面利用用于接收设备CQI的下行信道以及可用调制的位级容量的知识。本发明各方面可以用于具有宽带调度和/或宽带CQI报告的系统中，以及具有子带调度和/或子带CQI报告的系统中。在这种情况下，本发明各方面配置为在独立于其它子带的每个子带中操作。

在RA-CEMA系统中，发送信号x是一系列将在G个RE中进行发送的G个调制符号。调制符号从选定的星座图

中得到，该选定的星座图属于可用星座图集合χ＝{χ₁，...，χ_L}。每个星座图χ_l，l＝1，...，L，以尺寸为M_l＝|χ_l|且阶数为m_l＝log₂M_l为特征。标签

与χ_l的每个星座图符号相关联，明显的m_l比特二进制向量。为便于表示，除非另有所需，以下将不使用星座图索引。

参见图8，其示出了比特交织编码调制传输的示例性方案中的调制器802和检测器804，星座图χ的二进制标签中的每个比特以位级容量为特征，位级容量通常定义为星座图的二进制标签中每个比特的交互信息，当星座图符号在某一信道(例如，AWGN信道)上发送时进行测量。特别是，在常规比特交织编码调制(BICM)方案中，在发送端，将编码比特的每个m元组(e₁，...，e_m)映射到星座图符号s∈χ，然后对其进行发送。在接收端，检测器804将发送比特的对数似然比(LLR)计算为：

k＝1，...，m。这里P(ε)表示事件ε发生的概率，y为接收信号，

表示与星座图符号s相关联的标签的第k位。将位级容量定义为：

β_k＝I(e_k；λ_k) (2)

其中，I(a；b)表示随机变量a和b的交互信息。例如，如果信道为AWGN，则可以将位级容量估计为：

其中，m为星座图阶数，

表示期望算子。

对于大多数具有实际意义的信道，包括AWGN信道，位级容量是信道上所经历的SNR_ρ的单调非减函数β_k，k＝1，...，m。图9示出了具有格雷标记的16-QAM的位级容量-SNR曲线的示例。当SNR非常低时，这些容量均接近于零，而在高SNR处，这些容量均接近其最大值。此外，在图9中，每个曲线表示两个标签位的位级容量。多个标签位具有相同容量，这一特征为所有QAM调制所共用，并因这些星座图的对称属性而产生。

用户z的第k个标签位的位级容量在图9中表示为β_k(ρ_z)。本文中简化符号β_k，z用于表示相同数量。在图9中，也表示出了SNRs为12dB和3dB的两个用户的位级容量。

在诸如LTE和UMTS等系统中，接收设备信道质量通常由接收设备以CQI索引形式报告给发送设备。通常，CQI索引运算假定向单个接收设备正交传输。CQI索引对应于指定以下参数的MCS方案，例如，应由发送设备所使用的调制阶数、信道编码类型和编码速率，以便满足某些链路质量要求。在UMTS和LTE中，为了计算出CQI(对于LTE和UMTS，BLER＝0.1)，根据接收设备参考的BLER阈值指定链路质量要求。每个MCS方案以MCS速率R＝mR^(C)(这里，m为调制阶数，R^(C)为编码速率)和BLER-SNR曲线为特征。

图10示出了七个不同MCS方案的BLER-SNR曲线的示例。BLER＝10^-1所对应的SNR值表示为SNR₁到SNR₇。对于每个MCS方案，示出了阈值BLER＝0.1所对应的SNR。将BLER阈值所对应的SNR值称为阈值SNR。考虑AWGN信道模型，已获得图10所示曲线。然而，同样的方法也可以用于其它类型的信道，比如，频率和/或时间选择性衰落信道。

接收设备估计接收到的SNR。基于这种估计并基于对阈值SNR的认识，接收设备判断哪个MCS满足链路质量要求。为了实现高频谱效率，接收设备通常从满足链路质量要求的MCS中选择最高MCS速率所对应的MCS，并报告相应的CQI索引。

例如，如果所估计的SNR为4.7dB，参见图10，则满足链路质量要求BLER≤0.1的MCS为MCS1、MCS2、MCS3和MCS4。在这些MCS中，接收设备将选择最高MCS速率所对应的MCS，即，MCS4，并报告相应的CQI。

因此，每个CQI索引可以通过其相应的MCS方案映射到阈值SNR的值。可以将这种映射方便地存储在小表中，如下面的表1。图6所示的增强型RA-CEMA调度器602利用这一表格将接收设备CQI索引映射到阈值SNR的值，然后利用位级容量-SNR曲线为每个可用调制计算对应于这些SNR的位级容量。

表1指定CQI索引到SNR值的映射的表格示例

在本发明一实施例中，可以预先计算对应于每个阈值SNR—因此对应每个CQI索引—的位级容量，将其存储在如下表2所示的表格中，并使其对图5所示的发送设备500可用。在本实施例中，不需要执行CQI至SNR的映射，因为可以利用CQI索引直接得到位级容量。图7所示的调度器702利用存储在如下表2所示的表格中的信息，直接将接收设备的CQI索引映射到位级容量。

表2指定CQI索引到位级容量的直接映射的表格示例

利用所获得的位级容量值，我们对关联的高斯(Gaussian)广播信道的BICM速率区

进行定义，如图11所示针对两个接收设备和16QAM的情况。以下对位级容量和接收设备的可达速率之间的关系进行解释：

当16QAM的所有四个标签位被分配给UE₁时，则UE₁可以以任何速率r₁≤2β_1，1+2β_2，1发送，其中β_1，1(相应地，β_2，1)是16QAM的高容量(相应地，低容量)比特在UE₁SNR的位级容量(请注意，16QAM具有两个强比特和两个弱比特)。

当所有四个标签位被分配给UE₂时，则UE₂可以以任何速率r₁≤2β_1，2+2β_2，2发送，其中β_1，2(相应地，β_2，2)是16QAM的高容量(相应地，低容量)比特在UE₂ SNR的位级容量。

当两个高容量比特被分配给UE₂且其它比特被分配给UE₁，则UE₁和UE₂可以以速率r₁≤2β_2，1和r₂≤2β_1，2同时发送信息。

通常，UE_z可以进行发送的速率r_z不能超过分配给该UE的标签位的位级容量之和：

其中，如果已将第k个标签位分配给UE_z，则a_k，z＝1，否则，a_k，z＝0。

对于每个标签位k，仅允许一个UE进行发送，因此a_k，z只针对一个值

取值为1。这表明允许UE_z使用标签位k进行发送并且其它UE不可以使用该位。函数

称为标签位-UE(接收设备)分配。利用

可以将(4)中的总和改写为：

总之，UE_z的传输速率r_z不能超过分配给UE_z的标签位的位级容量之和。

对于特定的调制χ、二进制标记和接收设备SNRsρ₁，...，ρ_Z，在m×Z矩阵β＝(β_k，z)中收集接收设备的位级容量，其中：

等式(6)中的通用元素β_k，z表示用于向UE_z进行发送时第k个标签位的位级容量。假设SNRρ_z—或衰落信道情况下的平均SNR—在G个符号的RE集合上恒定。调度器502可以利用合适的近似法来计算位级容量，比如，近似于实际位级容量函数β_k(ρ)的简单函数，或者也可以采用如上述表2所示的查找表来获得位级容量。

图5所示调度器502的目的是选择用于传输的接收设备集合、选择扩展星座图和使加权和速率最大化的标签位-UE分配，其中，r＝(r₁，...，r_Z)是属于速率区

的速率向量。通过这样做，调度器502计算出最大加权和速率(WSR)：

并查找使

最大化的速度向量r^*。此处，w_z是用户专用权重系数。

由于整数线性规划优化，众所周知，对于用户权重给定集合w＝(w₁,...,w_Z)，使等式(7)中的WSR优化的速率向量r^*对应于图11所示BICM速率区

的顶点。例如，图12中的曲线示出了两个16QAM接收设备情况下的速率区

假设当前TTI内计算出的WSR权重为w₁，w₂。此时，在(r₁，r₂)面上，WSR的不同(常数)值由满足等式

的斜率为-w₁/w₂的直线表示，其中，

是常数。

图12所示的虚线为对应于速率区

上最大WSR的恒定WSR直线，并以上实现的WSR值

为特征。很容易证明，对于给定权重w₁，w₂，此值是最佳的。特别是，任何

的值将对应于穿过不可行速率向量

的直线同时任何其它速率向量

属于WSR值

所对应的直线。因此，WSR最大化速率向量为

通常，对于图12所示w₁/w₂的任何值，WSR最大化速率向量r^*总是对应于速率区

的顶点，除了当恒定WSR直线平行于速率区的侧边之一时。在这种情况下，速率区

侧边上任何平行于恒定WSR直线的速率向量达到最大WSR。此外，该侧边的两个端点—也即速率区

的顶点—为最大WSR速率向量。因此，该组WSR最大化速率向量总是包括速率区

的至少一个顶点。

最大化WSR等式(7)可以采用等式(5)改写为：

其中，在所有可能的标签位-UE分配

上执行最大化。我们将加权位级容量

和相应的加权位级容量矩阵定义为：

根据等式(8)的WSR的计算示例在图13中表示，其中，采用阶数m＝4的星座图示出了用于具有Z＝6个接收设备的系统的加权位级容量矩阵

仅在

元素(图13中突出显示的元素)上执行列向求和。已在图13中将一种可能的标签位-UE分配

表示为

对

所有可能的值重复图13所示运算(许多次数：Z^m)。

此时，为了简化运算，我们交换等式(8)中的求和次序：代替求和，对于每个UE_z相应的标签位集合我们为每个标签位k考虑相应的

然后，将等式(8)简化为：

其中，为使WSR最大化的标签位-UE分配。

等式(10)中的公式特别方便，因为它表明了WSR的最大化可以通过独立地使每个标签位k的加权位级容量最大化来执行。这在图14中示出。对矩阵各行中的最大加权位级容量

突出显示。

因此，可以通过几个简单步骤完成查找WSR最大化标签位-UE分配

和相应最大

的任务：

1.计算加权位级容量的矩阵

其中，

2.对于每个k＝1，...，m，查找加权位级容量

的最大值并获得相应的UE索引

3.采用等式(10)计算最大

上述第一个步骤需要mZ次乘法来计算

中的加权位级容量；第二个步骤需要m(Z-1)次比较，第三个步骤需要m-1次求和。

对于某些调制，多个标签位呈现相同的位级容量。在这种情况下，可以减少运算次数。例如，在M-QAM中，我们有m＝log₂M个标签位和m/2个不同容量水平。在这种情况下，上述第一个步骤需要mZ/2次乘法来计算

中的加权位级容量；第二个步骤需要m(Z-1)/2次比较来查找最大值，第三个步骤需要m-1次求和。

很明显，如果L>1个调制可用，必须对每个这样的调制重复上述三个步骤，获得L个不同的WSR值(其中，星座图χ_l属于可用星座图集合χ＝{χ₁，...，χ_L}和相应标签位-UE分配)。获得计算出的最大WSR值

中的最高值并选择相应星座图用于传输。用m^*表示的阶数。此外，选择相应的标签位-UE分配

选择接收设备和信道编码参数。仍参见图2所示步骤210，分配给UE_z的标签位数量为

计算标签位-UE分配的同时，也选择用于传输的接收设备集合。所选择用于传输的接收设备为允许使用至少一个标签位进行传输的那些接收设备，即

由于G为可用RE的数量，参见图2所示步骤214，将接收设备码字的大小确定为：

我们观察到，标签位-UE分配的知识足够用来计算所选接收设备集合以及码字大小E_z。显然，只有选择的接收设备具有码字大小E_z＞0。

参见图2所示步骤216，可以将用于编码发送到UE_z的信息字的最大编码速率

计算为：

其中，等式(12)中的求和表示对UE_z可用的聚合位级容量。可以获得相应的最大信息字大小为

为了计算造成足够低的误码率的编码速率，有必要考虑码字大小E_z来对

进行校正。校正后的编码速率为

其中f(E_z)在0和1之间，校正后的信息字大小为

在传输系统中，如果可用编码速率的数量有限，为了使光谱效率最大化，应从不超过

或

的编码速率中选择最高编码速率。

复用矩阵生成。采用所确定的标签位-UE分配，仍参见图2所示步骤212，将复用矩阵生成为：

其中，

是通过为分配给标签位k的接收设备信息字进行编码所生成的码字的第i位。我们按照惯例假设，复用矩阵的上行对应具有较高位级容量的标签位。图5所示增强型RA-CEMA发送设备500中的多用户交织器510采用这种矩阵来执行码字复用，并且在接收设备端用来执行去复用。

在等式(13)中，我们假设已将m个标签位分配给m个不同的接收设备(即，

)。在这种情况下，所有码字具有G个编码比特的相同长度。通常，可以将多个标签位分配给同一接收设备(即，对于某些z＝1，..，Z，

)，在这种情况下，码字可以具有不同的长度。以下示例示出了将第二和第三标签位(即k＝2，3)分配给同一接收设备的情况：

在这种情况下，

的码字大小为2G个编码比特。

示例1。考虑具有Z＝4个接收设备的系统，其信噪比为ρ₁＝15dB，ρ₂＝10.5dB，ρ₃＝7.5dB，ρ₄＝3dB。我们假设具有格雷标记的64QAM星座图χ₁为可用的。该调制和标记的位级容量示于图15中。

从图15所示曲线图中，我们获得相应的位级容量并将位级容量矩阵填充为：

假设，在某一发送时间间隔(TTI)一开始，WSR调度权重为w₁＝0.35，w₂＝0.65，w₃＝1.25，w₄＝1.9。此时，加权位级容量矩阵为：

在矩阵(16)中，已采用黑体数字对使WSR最大化的标签位-UE分配突出显示。相应的最大WSR为粗体元素的总和，其值为

因此，我们得到表3中所示的最佳标签位-UE分配。

表3标签位-UE分配

如果第二星座图χ₂为可用的，对该星座图也必须重复获取β、计算

及相应的

和

的过程。选择具有最高

的星座图并采用相应的标签位-UE分配。如果，例如第二星座图为具有格雷标记的16QAM星座，其位级容量示于图9中，则相应的位级容量矩阵为：

如前所述，我们假设WSR调度权重为w₁＝0.35，w₂＝0.65，w₃＝1.25，w₄＝1.9。此时，加权位级容量矩阵为：

在矩阵(18)中，已采用黑体数字对使WSR最大化的标签位-UE分配突出显示。相应的最大WSR为粗体元素的总和，其值为

因此，我们得到表4中所示的最佳标签位-UE分配。

表4标签位-UE分配

由于选择第一星座图(即，χ₁：具有格雷标记的64QAM)并采用相应的标签位-UE分配

来将尺寸为G×m^*(此处，m^*＝6)的相应复用矩阵生成为：

这里，所选择的接收设备为UE₄，UE₃和UE₁。它们的码字长度为E₁＝E₃＝E₄＝2G。

示例2。以下示例考虑采用格雷标记的64QAM星座图向两个接收设备UE₁、UE₂的传输，其中，SNRsρ₁＝3dB，ρ₂＝-3dB。调度权重为w₁＝0.5，w₂＝3。通过读取与图15所示接收设备SNR对应的位级容量值可以填充位级容量矩阵，并且采用给定的WSR权重可以计算加权位级容量矩阵。其值为：

在(20)中，已采用黑体数字对使WSR最大化的标签位-UE分配突出显示。相应的最大WSR为粗体元素的总和，其值为

这样得到了表5所示的最佳标签位-UE分配。

表5标签位-UE分配

表5所示的最佳标签位-UE分配用来将尺寸为G×m^*(此处，m^*＝6)的相应复用矩阵生成为：

两个所选接收设备的码字大小为E₁＝2G和E₂＝4G。

信令。关于信令，图5所示发送设备500必须向所选接收设备发送参数集合，该参数集合对复用矩阵进行指定，因而允许接收设备生成这种矩阵。通过以下参数对复用矩阵进行指定：

1)资源元素的数量G，对应于复用矩阵的列数；

2)所选调制

的阶数(或索引)，对应于复用矩阵的行数；

3)标签位-UE分配小整数的向量。

该信息足够接收设备，比如图3和图18分别所示的接收设备300、50来生成相应的复用矩阵。此外，由于

的知识足够用来计算接收设备的码字大小E_z，所以没有必要明确以信令方式通知E_z。

可替代地，我们可以假设图1和图5分别所示的发送设备100、500以及图3和图18分别所示的接收设备300、50可以访问存储在存储器中的复用矩阵库。可以通过发送矩阵索引来执行信令，该矩阵索引允许接收设备从库中检索相应的复用矩阵并用其来去复用接收设备信号。

必须将编码速率

或相应的信息字大小以信令方式通知给接收设备。

所需用来向多个用户配置并发下行传输的控制信息可以作为下行控制信息(DCI)格式的一部分与UE专用控制信号一起发送。

在一优选实施例中，UE专用DCI格式包括以下至少一种：时频资源分配、指示UE_Z的编码速率

的K₁位字段、指示所选复用矩阵的K₂位字段和指示与当前接收设备对应的所选复用矩阵中的值的K₃位字段。一旦接收并正确解码该控制信息，使接收设备从时频资源分配中隐性地知道用于与其它接收设备进行并发下行传输的资源元素的数量G。将所选择的阶数为

的复用矩阵以及接收设备的标签位-UE分配以信令方式明确地通知接收设备。因此，这种方法具有在无需以信令方式通知调制和标签位-接收设备分配的前提下能够向多个接收设备配置并发下行传输的优点。将这种格式的DCI发送给在指示的相同时频资源分配上复用的接收设备。

在另一优选实施例中，UE专用DCI格式至少携带：时频资源分配、指示UE_Z的编码速率

的K₁位字段、指示所选调制的K₄位字段和指示分配给该UE的标签位的K₅位字段。此处，

K₅＝max_{l＝1，...，L}(m_l)(或者当采用QAM调制时，K₅＝max_{l＝1，...，L}(m_l/2))并且L为可用调制的数量。一旦接收并正确解码该控制信息，使接收设备从时频资源分配中隐性地知道用于与其它用户进行并发下行传输的资源元素的数量G，并将所选择的阶数为

的调制以及接收设备的标签位-UE分配以信令方式明确地通知接收设备。因此，这种方法具有在无需以信令方式对在发送设备侧所使用的复用矩阵的指示进行通知的前提下能够向多个用户设备配置并发下行传输的优点。将这种格式的DCI发送给在指示的相同时频资源分配上复用的所有UE。

装置：图16示出了结合本发明各方面的示例性装置60的框图。装置60适于实现上述非正交多址接入过程。本发明实施例所述装置60包括与存储器62耦合的处理器61、射频(RF)单元63、用户接口(UI)64以及显示器65。装置60适于用作移动设备，其可以是诸如蜂窝电话、智能电话或平板设备等任何不同类型的无线通信用户设备。在一实施例中，装置60可包括基站设备。

处理器61可以是单个处理设备或者可以包括多个包含特殊用途设备的处理设备。例如，处理器61可以包括数字信号处理(DSP)设备、微处理器或其它专门的处理设备以及一个或多个通用计算机处理器。处理器61用于执行本文中所描述的非正交多址接入过程。

处理器61与存储器62耦合，所述存储器可以是各种类型的易失性和/或非易失性计算机存储器的组合，例如，只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁盘或光盘或其它类型的计算机存储器。存储器62存储可以由处理器61访问并执行的计算机程序指令，以使处理器61执行各种所需的计算机实现过程或方法，包括本文中所描述的过程。可以将存储在存储器62中的程序指令组织为程序指令组或集合，本领域技术人员将其称之为诸如程序、软件组件、软件模块、单元等术语，其中，每个程序可以具有公认的类型，比如操作系统、应用程序、设备驱动器或其它常规公认类型的软件组件。存储器62中还包括由计算机程序指令存储并处理的程序数据和数据文件。

RF单元63与处理器61耦合并且配置为基于与处理器61交换的数字数据66发送并接收RF信号。RF单元63配置为发送并接收可以与目前使用的一种或多种无线通信标准相符合的无线信号，例如，LTE、LTE-A、Wi-fi以及其它无线通信标准。RF单元63可以从一个或多个天线接收无线信号，下变频所接收的RF信号，执行适当的滤波和其它信号调节操作，然后通过用模拟-数字转换器采样将所得的基带信号转换成数字信号。然后向处理器61发送数字化的基带信号，在本文中也称为数字通信信号。

UI 64可以包括一个或多个用户接口元件，诸如触摸屏、小键盘、按钮、语音命令处理器以及适于与用户交换信息的其它元件。UI 64还可以包括配置为对各种适合于装置60的信息进行显示的显示器65，并且可以采用任何适当的显示类型实现，比如：有机发光二极管(OLED)、液晶显示器(LCD)以及诸如LED或指示灯等较不复杂的元件。在某些实施例中，显示器65包括用于从移动设备60的用户中接收信息的触摸屏。设备60适于实现本文中公开的装置与方法的实施例。处理器61尤其可以配置为执行前述和以下描述的方法。

本文所公开的本发明使得使用了本发明的无线系统中的下行链路吞吐量增加。图17示出了采用所公开发明(实线)的系统与执行具有PF调度的正交MA的系统(虚线)的小区频谱效率对比图。也示出了多个用户的TTI与TTI总数的比率(点划线)。

如图17所示，当采用非正交传输时，下行链路频谱效率显著增加。对于大于500用户/km²的用户密度，增益在15％和25％之间。图17还在右侧纵坐标轴上示出了多个用户的TTI与TTI总数的比率。我们观察到，该比率保持低于30％。假设仅在容纳了多个接收设备的码字的TTI中发送有关非正交传输的附加信令，多用户调度率低导致信令开销低。相对于导致多用户调度率较大从而导致信令开销较大的其它非正交MA技术，这明显是个优势。

所公开实施例的各方面提供多用户下行蜂窝系统中的用户选择、码字复用和星座图选择技术，其与达到调制受限高斯广播信道的最大BICM WSR容量的加权和速率调度算法相关联。所公开实施例的各方面适用于所有向多个用户发送信息并采用BICM的编码调制传输系统，可能与OFDM和MIMO传输相结合。

因此，虽然本发明示例性实施例已经对本发明的基本新颖特征进行了示出、描述并指出，应理解，本领域技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可以对所示出的设备和方法的形式和细节以及其操作做出各种省略、替换和改变。进一步地，对于那些基本上以同一方式执行实质相同功能用以达到相同结果的元件的所有组合，均应包含在本发明范围之内。此外，应该认识到，所示出和/或描述的与任何公开形式或本发明实施例相关的结构和/或元件可以作为设计选择的一般事项与任何其它公开或描述或建议的形式或实施例进行结合。

Claims (13)

1.一种发送设备(500)，其特征在于，包括：

处理器(502)，配置为：

确定所述发送设备(500)与多个接收设备(50、300)之间下行信道的下行信道质量；

基于所述下行信道质量，从所述多个接收设备(50、300)中选择接收设备集合、确定调制方式，并根据所述调制方式为所选择的接收设备集合中的接收设备确定标签位-UE分配，其中所有具有相同位级容量的标签位被分配给所述接收设备集合中的同一接收设备；

确定用于发送下行信号S的资源元素的数量；

基于所述调整方式和所述标签位-UE分配，利用所述资源元素发送所述下行信号S。

2.根据权利要求1所述的发送设备(500)，其特征在于，所述基于所述调整方式和所述标签位-UE分配，利用所述资源元素发送所述下行信号S为：基于复用矩阵发送所述下行信号S，其中所述复用矩阵根据所述标签位分配和所述资源元素的数量获取。

3.根据权利要求1或2所述的发送设备(500)，其特征在于，所述处理器(502)配置为：根据CQI-位级容量表，基于所述确定的所述发送设备(500)与所述多个接收设备(50)之间的所述下行信道的信道质量为每个调制确定所有标签位的位级容量。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的发送设备(500)，其特征在于，所述处理器(502)配置为：

接收所述多个接收设备(50)的所述下行信道质量；或者

通过测量所述多个接收设备(50)对应的上行信道估计所述下行信道质量。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的发送设备(500)，其特征在于，所述下行信道质量基于一个或多个信噪比或信号与干扰加噪声比获得。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的发送设备(500)，其特征在于，所述处理器(502)配置为向所述接收设备集合中的接收设备发送下行控制信息，所述下行控制信息包括以下至少一种：

指示所述接收设备集合中所有接收设备共用的时频资源分配的字段；

指示所述接收设备集合中的接收设备专用编码速率的字段；

指示所述接收设备集合中所有接收设备共用的选定调制方式的字段；以及

指示所述接收设备集合中的接收设备专用标签位分配的字段。

7.一种信号发送方法，其特征在于，所述信号发送方法由发送设备(500)执行，包括：

确定所述发送设备(500)与多个接收设备(50、300)之间下行信道的下行信道质量；

基于所述下行信道质量，所述发送设备(500)从所述多个接收设备(50、300)中选择接收设备集合、确定调制方式，并根据所述调制方式为所选择的接收设备集合中的接收设备确定标签位-UE分配，其中所有具有相同位级容量的标签位被分配给所述接收设备集合中的同一接收设备；

确定用于发送下行信号S的资源元素的数量；

基于所述调整方式和所述标签位-UE分配，利用所述资源元素发送所述下行信号S。

8.根据权利要求7所述的信号发送方法，其特征在于，所述基于所述调整方式和所述标签位-UE分配，利用所述资源元素发送所述下行信号S为：基于复用矩阵发送所述下行信号S，其中所述复用矩阵根据所述标签位分配和所述资源元素的数量获取。

9.根据权利要求7或8所述的信号发送方法，其特征在于，所述信号发送方法还包括：根据CQI-位级容量表，基于所述确定的与所述多个接收设备(50)之间的所述下行信道的信道质量为每个调制确定所有标签位的位级容量。

10.根据权利要求7-9中任意一项所述的信号发送方法，其特征在于，所述信号发送方法还包括：

接收所述多个接收设备(50)的所述下行信道质量；或者

通过测量所述多个接收设备(50)对应的上行信道估计所述下行信道质量。

11.根据权利要求7-10中任意一项所述的信号发送方法，其特征在于，所述下行信道质量基于一个或多个信噪比或信号与干扰加噪声比获得。

12.根据权利要求7-11中任意一项所述的信号发送方法，其特征在于，所述信号发送方法还包括：向所述接收设备集合中的接收设备发送下行控制信息，所述下行控制信息包括以下至少一种：

指示所述接收设备集合中所有接收设备共用的时频资源分配的字段；

指示所述接收设备集合中的接收设备专用编码速率的字段；

指示所述接收设备集合中所有接收设备共用的所述调制方式的字段；以及

指示所述接收设备集合中的接收设备专用标签位分配的字段。

13.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质用于存储程序，当所述程序由至少一个处理器运行时，所述至少一个处理器执行如权利要求7-12中任意一项所述的方法。

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