CN112567660B

CN112567660B - 用于非相干通信的发送器和接收器通信装置

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Publication number: CN112567660B
Application number: CN201880096620.6A
Authority: CN
Inventors: 南宫·哈克·黄; 阿里克西斯·德库宁哥; 马克西姆·圭洛德; 杨盛
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2018-10-30
Filing date: 2018-10-30
Publication date: 2022-05-24
Anticipated expiration: 2038-10-30
Also published as: EP3864782A1; US11258649B2; WO2020088743A1; US20210258202A1; CN112567660A

Abstract

本发明涉及非相干通信系统(100)的发送器通信装置(101a)和接收器通信装置(103)。发送器通信装置(101a)被配置成经由通信信道与接收器通信装置(103)进行通信。发送器通信装置(101a)包括处理电路系统，该处理电路系统被配置成进行以下操作：将数据比特的序列映射成由调制星座限定的多个调制符号中的调制符号，其中，调制星座通过流形特别地格拉斯曼流形到多个单元的平铺以及多个辅助星座的笛卡尔积来限定，其中多个辅助星座的笛卡尔积被映射到多个单元中的每个单元上，并且其中每个辅助星座限定多个辅助符号；以及经由通信信道将基于调制符号的调制信号发送至接收器通信装置(103)。

Description

用于非相干通信的发送器和接收器通信装置

技术领域

一般地，本发明涉及电信领域。更具体地，本发明涉及用于非相干通信的实现具有低复杂度解映射的结构化调制方案的发送器通信装置和接收器通信装置。

背景技术

相干通信方案利用有关发送器与接收器之间的通信信道的信息，该信息一般地是通过发送器与接收器之间交换的导频序列获得的。这些导频序列消耗发送器和接收器的频谱资源。常规的非相干通信方案——即旨在例如使用非结构化星座根据导频序列在没有关于通信信道增益的信息的情况下通过信道将比特序列从发送器发送至接收器的通信方案——表现出高的解码复杂性。此外，例如基于差分相移键控(Differential Phase ShiftKeying，DPSK)的常规非相干通信方案表现出低的频谱效率(即，每个信道接入对太少的信息比特进行编码)。

因此，需要一种实现非相干通信方案的改进的发送器通信装置和改进的接收器通信装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种实现非相干通信方案的改进的发送器通信装置和改进的接收器通信装置。

前述和其他目的通过独立权利要求的主题来实现。另外的实现形式根据从属权利要求、说明书和附图是显而易见的。

根据第一方面，本发明涉及一种用于经由通信信道与接收器通信装置进行通信的发送器通信装置。该发送器通信装置包括处理电路系统，该处理电路系统被配置成进行以下操作：将数据比特的序列映射成由调制星座限定的多个调制符号中的调制符号，其中，调制星座通过流形特别地格拉斯曼流形(Grassmannian manifold)到多个单元即T个单元的平铺以及多个辅助星座的笛卡尔积来限定，其中多个辅助星座的笛卡尔积被映射到多个单元中的每个单元上，并且其中每个辅助星座限定多个辅助符号；以及经由通信信道将基于调制符号的调制信号发送至接收器通信装置。

在本发明的第一方面的另外的可能的实现形式中，多个辅助星座包括多个复辅助星座或实辅助星座，特别地多个实脉冲幅度调制PAM(pulse amplitude modulation)星座，例如2(T-1)PAM星座。

在本发明的第一方面的另外的可能的实现形式中，该处理电路系统被配置成通过将调制符号与数据比特的序列相关联来将数据比特的序列映射成调制符号，其中，大小

比特的数据比特的序列的第一部分即单元比特标识流形特别地格拉斯曼流形的平铺中的多个单元中的相应单元，以及大小

的数据比特的序列的第二部分即坐标比特标识调制符号在流形特别地格拉斯曼流形的相应单元内的位置，其中

和

是分别与复坐标i的实部和虚部的二进制表示相对应的比特的数目。

在本发明的第一方面的另外的可能的实现形式中，数据比特的序列的第二部分即坐标比特基于流形特别地格拉斯曼流形的平铺中的相应单元的相应多个辅助符号的相应格雷码标签来标识调制符号在相应单元内的位置。

在本发明的第一方面的另外的可能的实现形式中，处理电路系统还被配置成将数据比特的序列的第一部分即单元比特转换成在范围[1，T]内的整数单元索引i₀，并将调制星座的调制符号生成为与维度T的复向量z相对应的归一化复向量x，其中处理电路系统被配置成基于下式确定复向量z：

其中T表示流形特别地格拉斯曼流形的平铺中的单元总数，其中c_i，d_i表示相应辅助星座的相应辅助符号，该相应辅助符号由与数据比特的序列的第二部分即坐标比特相关联的范围[0,1]中的相应实数给出，其中函数g(c，d)被配置成以基本上均匀的方式在流形特别地格拉斯曼流形上分配调制符号。

在本发明的第一方面的另外的可能的实现形式中，函数g(c，d)由下式定义：

其中w＝N^-1(c)+iN^-1(d)，以及N()表示标准高斯分布的累积分布函数。

在本发明的第一方面的另外的可能的实现形式中，处理电路系统还被配置成通过将另外的数据比特序列映射成由调制星座限定的多个调制符号中的另外的调制符号来对附加信息进行编码，其中附加信息被编码为调制符号的第一分量与另外的调制符号的第二分量之间的相位差。

在本发明的第一方面的另外的可能的实现形式中，处理电路系统被配置成将另外的数据比特序列映射成由调制星座限定的多个调制符号中的另外的调制符号，使得以下关系成立：

其中x_T表示调制符号x＝(x₁，...，x_T)的第T分量，x′₁表示另外的调制符号x′＝(x′₁，…，x′_T)的第一分量，以及s表示复标量

其限定调制符号x与另外的调制符号x′之间的相位关系。

在本发明的第一方面的另外的可能的实现形式中，处理电路系统被配置成从相移键控(phase-shift keying，PSK)星座中选择复标量s。

在本发明的第一方面的另外的可能的实现形式中，处理电路系统被配置成从复数符号

的集合中选择复标量s，其中相位

由区间[0，2π]中的均匀网格的J个星座点限定。

在本发明的第一方面的另外的可能的实现形式中，处理电路系统还被配置成将另外的数据比特序列映射成由调制星座限定的多个调制符号中的另外的调制符号，并基于如下定义的(2T-1)维向量生成调制信号：

(x₁，...，x_T，αx′₂，...，αx′_T)，

其中x₁，...，x_T表示调制符号x＝(x₁，...，x_T)的T个分量，x′₂，...，x′_T表示调制符号x′＝(x′₁，...，x′_T)的(T-1)个分量，以及α表示缩放参数，其被定义为

在本发明的第一方面的另外的可能的实现形式中，发送器通信装置是与接收器通信装置进行通信的发送器通信装置组的一部分，其中发送器通信装置的处理电路系统还被配置成对调制符号进行预编码和归一化，并基于预编码的调制符号生成调制信号，使得预编码的调制符号能够唯一地归因于发送器通信装置。

在本发明的第一方面的另外的可能的实现形式中，处理电路系统被配置成使用大小T×(T-K+1)的预编码矩阵U_k来将调制符号预编码和归一化为：

其中x表示调制符号，k表示该发送器通信装置组的第k发送器通信装置，以及K表示该发送器通信装置组的大小。

在本发明的第一方面的另外的可能的实现形式中，预编码矩阵U_k由下式定义：

U_k＝(e_k，e_K+1，...，e_T)，

其中e_k表示大小T的向量，其中在位置k处为1，而在其他位置为0。

其中e_k表示大小T的向量，其中在位置k处为1，而在其他位置为0，其中

和

U_k＝(e₁，...，e_(k-1)(K-1)，e_k(K-1)+1，...，e_T)，

在本发明的第一方面的另外的可能的实现形式中，预编码矩阵U′_k由下式定义：

U_k＝RU′_k，

其中，U′_k表示前述实现形式中的任一实现形式的预编码矩阵，以及R表示独立于k的旋转矩阵。

根据第二方面，本发明涉及一种用于与根据第一方面的发送器通信装置进行通信的对应的接收器通信装置。接收器通信装置包括处理电路系统，该处理电路系统被配置成进行以下操作：经由通信信道接收来自发送器通信装置的调制信号，其中调制信号基于数据比特的序列到由调制星座限定的多个调制符号中的调制符号的映射，其中调制星座通过流形特别地格拉斯曼流形到多个单元即T个单元的平铺以及多个辅助星座的笛卡尔积来限定，其中多个辅助星座的笛卡尔积被映射到多个单元中的每个单元上，并且其中每个辅助星座限定多个辅助符号；以及基于调制信号生成数据比特的序列。

在本发明的第二方面的另外的可能的实现形式中，接收的调制信号由矩阵Y表示，其中处理电路系统包括硬解码器，该硬解码器被配置成通过以下操作生成数据比特的序列：确定由矩阵Y限定的向量u，其中||u||²＝1，使||Y^Hu||²最大化；确定流形特别地格拉斯曼流形的多个单元中的单元的索引i，使得对于任意j，|u_i|≥|u_j|，其中u_i表示向量u的第i分量；应用由下式定义的映射：

其中，N()表示标准高斯分布的累积分布函数；对于每个

确定辅助星座内最接近的符号；确定与辅助星座内的相应最接近符号相对应的相应坐标比特；以及确定与索引i的二进制表示相对应的单元比特。

在本发明的第二方面的另外的可能的实现形式中，处理电路系统还包括软解码器，软解码器被配置成基于多个对数似然比LLR来生成数据比特的序列，其中处理电路系统被配置成基于下式确定多个LLR：

其中，snr表示等于

的信噪比，其中

和

分别表示h和W的分量的平均方差，T表示相应调制符号的长度，x^*表示由硬解码器确定的矩阵Y的符号，R_i，0(x)和R_i，1(x)表示调制星座的多个调制符号的相应集合，所述相应集合在数据比特的序列的第二部分中的位置i处的相应比特分别等于0和1。

在本发明的第二方面的另外的可能的实现形式中，R_i，0(x)和R_i，1(x)表示调制星座的多个调制符号的相应集合，所述相应集合位于调制符号x附近特别地最接近调制符号x，并且所述相应集合在数据比特的序列的第二部分中的位置i处的相应比特分别等于0和1。

本发明可以用硬件和/或软件来实现。

附图说明

将关于以下附图描述本发明的其他实施方式，在附图中：

图1示出了示出根据实施方式的包括发送器通信装置和接收器通信装置的非相干通信系统的示意图；

图2示出了用于示出用于非相干通信的格拉斯曼流形的基本思想的图；

图3示出了示出根据实施方式的在发送器通信装置中实现的调制星座的不同方面的示意图；

图4示出了示出根据实施方式的用于在发送器通信装置中实现的调制星座的比特映射的不同方面的示意图；

图5示出了示出根据实施方式的在发送器通信装置中实现的增强调制方案的示意图；

图6示出了示出根据实施方式的由发送器通信装置发送的交叠符号的示意图；

图7示出了示出根据实施方式的包括接收器通信装置和多个发送器通信装置的非相干通信系统的示意图；以及

图8示出了示出根据实施方式的在发送器通信装置中实现的另外的增强调制方案的示意图。

在各个附图中，相同的附图标记将用于相同或至少在功能上等同的特征。

具体实施方式

在以下描述中，参照附图，所述附图形成本公开内容的一部分，并且在所述附图中通过图示的方式示出了本发明可以处于的具体方面。应理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以利用其他方面并且可以进行结构或逻辑上的改变。因此，由于本发明的范围由所附权利要求限定，因此以下详细描述不应视为限制性意义的。

例如，应理解，与所描述的方法有关的公开内容对于被配置成执行该方法的相应设备或系统也可以成立，反之亦然。例如，如果描述了特定的方法步骤，则相应的设备可以包括执行所描述的方法步骤的单元，即使这样的单元未在图中明确描述或图示。此外，应理解，本文中描述的各个示例性方面的特征可以彼此组合，除非另外特别指出。

图1示出了非相干通信系统100，其包括根据实施方式的发送器通信装置(也称为编码器)101a和根据实施方式的接收器通信装置(也称为解码器)103。如图1中所示，发送器通信装置101a被配置成经由通信信道与接收器通信装置103进行通信，该通信信道可以是无线或有线通信信道。在图1中示出的实施方式中，发送器通信装置101a可以具有单个天线，并且接收器通信装置103可以具有M个天线。

发送器通信装置101a包括处理电路系统，该处理电路系统被配置成将要发送至接收器通信装置103的数据比特的序列映射成由调制星座所限定的多个调制符号中的调制符号x，如图1中所示。此外，发送器通信装置101a的处理电路系统被配置成使用例如其天线经由通信信道将基于调制符号x的调制信号发送至接收器通信装置103。

如将理解的，一般地“星座”或“调制星座”是可能的调制符号的集合。哪个调制符号(在星座中的那些调制符号之中)实际上最终被发送由发送器通信装置101a想要发送的数据比特来确定。接收器通信装置103试图“识别”调制符号以便恢复对应的数据比特，即对对应的数据比特进行解码。

在图1中示出的示例性实施方式中，非相干符号可以由发送器通信装置101a在T信道使用上进行编码(例如，映射在OFDM调制的时间-频率网格中或者映射在宽带调制的时间中)，在此期间假设信道保持恒定。在那种情况下，如图1中所示，针对由发送器通信装置101a发送的每个符号x，接收器通信装置103接收：

其中，x＝(x₁，...，x_T)是表示发送的符号的大小T的向量，

是由发送器通信装置101a发送的符号的功率增益，h是表示发送器通信装置101a的天线与接收器装置103的M个天线之间的信道的大小M的向量，W是表示热噪声的大小T×M的矩阵，以及Y是表示在接收器103处接收到的符号的大小T×M的矩阵。如将理解的，在根据实施方式的情况下，接收器通信装置103仅具有单个天线，即M＝1，矩阵Y变为向量(通常表示为y)。

如以上已经提到的，非相干通信或非相干调制方案的原理是编码器和解码器二者都不知道信道实现方式h。因此，对于任何复增益g，解码器将不能在符号x与gx之间进行区分。解决该模糊性的一种常规可行性方案是将符号x分成导频部分和数据部分。如以上已经提到的，这是在相干通信系统中使用的基于经典导频的方法，其中接收器利用(已知的)导频部分来估计信道状态。本发明的实施方式所采用的另一种可行性方案是通过设计调制星座(即，T维调制符号的集合)使得所述模糊性不会引起信息的任何损失来考虑这种模糊性。这可以通过在格拉斯曼空间或流形中设计符号来实现(其中x和gx被视为不同)。

可以将复杂的格拉斯曼空间视为维度T的复杂单位球。为了可视化，图2示出了较简单的场景，该场景由维度2的真实单位球组成，其归结为圆。如将理解的，好的星座是如下星座，其中点即形成星座的符号(在图2中表示为x₁、...、x₆)被选择以使其最小成对距离最大化，其中距离是在格拉斯曼空间上即在圆上测量的。在格拉斯曼流形的一般情况下，这对应于弦距离。该最小成对距离的最大化标准引起在格拉斯曼空间中均匀分布且不易受到噪声的影响的星座。

如以下将更详细进一步描述的，调制星座——其由发送器通信装置101a使用用于基于要发送至接收器通信装置103的数据比特的序列来生成调制符号x——通过流形特别地格拉斯曼流形到多个单元的平铺以及多个辅助星座的笛卡尔积来限定，其中将多个辅助星座的笛卡尔积映射到多个单元中的每个单元上，并且其中每个辅助星座限定多个辅助符号。

因此，在本发明的实施方式中，发送器通信装置使用基于格拉斯曼空间或流形的调制星座来将要发送至接收器通信装置103的数据比特的序列映射成调制符号x。对于基于格拉斯曼流形的调制星座，其调制符号可以由接收器通信装置103进行解调或解码，即，在无需信道估计的情况下再次转变成数据比特。如将理解的，格拉斯曼流形中的所有可能的调制符号的“形状”以及星座即相对分布的“形状”确定调制的性能，即单个调制符号可以表示多少个数据比特以及接收器通信装置103如何能够可靠地恢复这些数据比特。

如图3中通过示例的方式所示出的，根据实施方式的生成由发送器通信装置101a和相应的接收器通信装置103采用的调制星座的主要方面可以描述为：(i)将流形特别地格拉斯曼流形分成多个单元/铺片(tile)；(ii)将辅助星座(其可以具有相对简单的结构)的笛卡尔积映射到每个单元/铺片上；以及(iii)选择映射以确保形成调制星座的调制符号均匀地分布在格拉斯曼空间上。方面(i)和(ii)降低了根据实施方式的发送器通信装置101a和相应的接收器通信装置103的复杂性，而方面(iii)改善了关于噪声敏感性的性能。

在以下实施方式中，将更详细地描述发送器通信装置(即，编码器)101a，该发送器通信装置101a被配置成将数据比特的序列转变为大小T的调制符号x。如以上已经描述的，本发明的实施方式基于以下概念：将格拉斯曼流形初始平铺/分割为T个单元；以及将通过获取2(T-1)个辅助星座——特别地标量脉冲幅度调制(PAM)星座(在2(T-1)维空间中形成网格)的笛卡尔积而形成的星座映射到该平铺的每个单元上。根据本发明的实施方式，选择映射使得网格的规则分布的符号保持近似均匀地分布在每个单元上。

在实施方式中，可以为调制星座的每个符号分配二进制标签，该二进制标签是B个比特的向量，以便将输入比特的序列映射成要经由信道发送的星座中的符号的序列。输入比特序列可以从要发送的消息的二进制表示中获取，或者如果使用信道纠错码则由信道编码器生成。

如图4中更详细示出的，映射将

输入比特的每个序列映射成调制符号，其中，如以上已经提到的，参数T表示调制符号的长度或维度(其也对应于格拉斯曼流形的平铺中的单元数)，并且

和

是分别与调制符号的复坐标i的实部和虚部相对应的比特数目。在实施方式中，图4中示出的映射g(.，.)可以定义为

其中w＝N^-1(c)+iN^-1(d)，并且N(·)是标准高斯的累积分布函数。

为了说明该映射，即根据本发明的实施方式的针对比特的发送器通信装置101a所采用的调制符号x的生成，下面将以示例性输入比特序列‘10110001’和T＝4，

来描述另外的说明性示例。如以上已经描述的且如图4中所示，输入比特序列被划分为两个部分，即包括输入比特序列的前两个比特即‘10’的单元比特以及包括输入比特序列的其余6个比特即‘110001’的坐标比特。

在其中B₀＝1的第一阶段(图4中示出为(1))中，在区间[0，1]中限定大小

的脉冲幅度调制(PAM)星座形式的辅助星座，例如PAM星座{0.25；0.75}。将该PAM星座应用于输入比特序列的坐标比特‘1’、‘1’、‘0’、‘0’、‘0’和‘1’，以下实数c₁＝0.75、d₁＝0.75、c₂＝0.25、d₂＝0.25、c₃＝0.25和d₃＝0.75可以分别与坐标比特相关联(即分别映射到坐标比特)。

如以下将更详细进一步描述的，在第二阶段(图4中示出为(2))中，基于c₁、d₁、c₂、d₂、c₃和d₃将3维复向量q生成为：

在第三阶段(图4中示出为(3))中，输入比特序列的单元比特‘10’被转换成表示单元索引的整数i₀＝3。

在第四阶段(图4中示出为(4))中，基于单元索引i₀和向量q将维度4的复向量z生成为：

在最后的第五阶段(图4中示出为(5))中，对复向量z进行归一化，以生成要由发送器通信装置发送的调制符号x：

在下文中，将描述关于接收器通信装置103的更多细节和接收器通信装置103的另外的实施方式。如果已经使用信道编码来生成比特序列，则对于消息传递信道解码器，比特的软信息是必要的。否则，必须做出硬性决定——发送的比特是0还是1。因此，可以区分两种类型的解码器，即硬解码器和软解码器。硬解码器的目的是从接收到的矩阵Y中恢复原始比特序列。软解码器的目的是从接收到的矩阵Y中为每个比特位置计算对数似然比(LLR)，并将所有计算出的LLR作为信道解码器的输入给出。根据本发明的实施方式，接收器通信装置103可以包括硬解码器和/或软解码器，如将在下面更详细地描述的。

根据实施方式，接收器通信装置103可以包括被实现为最大似然解码器的硬解码器，该硬解码器被配置成在星座中找到调制符号x，以使表示为如下的似然最大化：

||Y^Hx||²。

为此，根据实施方式，接收器通信装置103可以被配置成在整个调制星座上执行穷举搜索。

根据在计算上比先前实施方式的穷举搜索较不复杂的另外的实施方式，接收器通信装置103包括硬解码器，该硬解码器被实现为执行以下步骤：

(i)计算Y的最大奇异向量u＝(u₁，...，u_T)即向量u，使得||u||²＝1，使||Y^Hu||²最大化；

(ii)决定单元索引i，使得对于任意j，|u_i|≥|u_j|；

(iii)使用相对于发送器通信装置101a的反向映射来根据比率u_j/u_i独立地确定所有坐标。

更具体地，可以通过下式来定义反向映射：

其中N()表示标准高斯分布的累积分布函数；

(iv)对于每个

确定辅助星座内最接近的符号；

(v)确定与辅助星座内的相应最接近符号相对应的相应坐标比特；以及

(vi)确定与索引i的二进制表示相对应的单元比特。

根据另外的实施方式，接收器通信装置103实现软解码器，该软解码器被配置成针对每个比特位置计算对数似然比(LLR)：

其中，snr表示等于

的信噪比，其中

和

分别表示h和W的分量的平均方差；C_i，0和C_i，1表示星座的符号的集合，该集合在位置i处的比特按照二进制标签分别等于0和1。

在在计算上比先前的软解码器实施方式较不复杂的另外的实施方式中，接收器通信装置103被配置成使用以以下形式对相应LLR的近似：

其中，x^*表示由硬解码器确定的矩阵Y的符号，R_i，0(x)和R_i，1(x)表示调制星座的多个调制符号的相应集合，所述相应集合在数据比特的序列的第二部分中的位置i处的相应比特分别等于0和1。在实施方式中，R_i，0(x)和R_i，1(x)表示调制星座的多个调制符号的相应集合，所述相应集合位于调制符号x附近特别地最接近调制符号x，并且所述相应集合在数据比特的序列的第二部分中的位置i处的相应比特分别等于0和1。

根据实施方式，在接收器通信装置103中实现的低复杂度LLR计算功能可以如下起作用：(i)在通信之前，接收器103针对星座中的所有符号x计算并存储R_i，0(x)和R_i，1(x)；以及(ii)在接收到Y之后，接收器103基于上述近似来计算LLR。

到目前为止讨论的通信方案的实施方式特别适用于相干间隔T的块衰落信道，由此可以假设信道增益h从一个符号独立地衰落到下一个符号。然而，现实信道中遇到的衰落可能足够慢，以确保信道增益h在两个依次(successive)的符号之间不会显著改变。在那种情况下，为了提高频谱效率，本发明的另外的实施方式扩展了上面提出的调制星座，并且因此扩展了发送器通信装置101a和接收器通信装置103二者。基于格拉斯曼星座中的调制符号对于使用标量进行缩放是不变的的事实，另外的实施方式基于以下思想：对更多信息进行编码和/或缩短传输时间，如将在下面更详细地描述的。

根据实施方式，接收器通信装置101a被配置成对复标量

内的附加信息进行编码，该复标量描述两个依次的T维符号向量x＝(x₁，...，x_T)与x′＝(x′₁，...，x′_T)之间的相位关系，如图5中所示。更具体地，接收器通信装置101a可以被配置成映射到依次的调制符号x和x′，使得以下关系成立：

复标量s可以从相移键控PSK星座、特别地复数符号

的集合中得出，其中相位

由区间[0，2π]中的均匀网格的J个星座点限定。系统标签或格雷标签可以用于复标量s。

关于接收器通信装置103，可以基于依次接收的信号矩阵的相位关系来完成复标量s中的附加信息的解码。令

和

为与两个连续发送的符号x和x′相对应的接收信号。向量y_i＝(y_i，1，...，y_i，T)和y′_i＝(y′_i，1，...，y′_i，T)，i＝1，...，M是在T时间间隙期间在接收器通信装置103的天线i处的接收信号。为了对s进行解码，接收器103首先可以计算M个猜测

然后，接收器103可以通过获取

的平均或者获取它们之中具有最高似然的元素来估计s。注意，信道编码也可以用于s中携带的比特序列。

根据以上实施方式的变型，发送器通信装置101a可以被配置成映射到依次的调制符号x和x′，使得以下关系成立：

其中

以及

在接收器通信装置103的相应变型中，可以将猜测计算为：

其中

以及

根据实施方式，接收器通信装置101a被配置成通过缩放和交叠顺序(sequential)发送的符号x和x′来缩短传输时间，如图6中所示。在实施方式中，发送器通信装置101a被配置成将后一个符号x′乘以系数α，使得αx′₁＝x_T，即

此外，发送器通信装置101a被配置成将(2T-1)维向量(x₁，...，x_T，αx′₂，...，αx′_T)发送至接收器通信装置103而不是依次发送x和x′。对于下一个发送的符号，可以重复该过程，依此类推。以这种方式，压缩符号序列，使得N个连续的符号在NT-(N-1)个时间间隙而不是以前的NT个时间间隙中被发送，因此节省了N-1个时间间隙。N＝3的情况如图6中所示。

对于接收器通信装置103，可以考虑在n，n＞T个连续的时间间隙中的M维接收信号向量y₁，...，y_n的序列。

每个向量包含一个时间间隙中M个天线上的接收信号。接收器103可以首先通过复制针对i＝0，1，2，...，的向量y_T+i(T-1)来扩展该序列，然后如在块衰落信道的情况下一样顺序地对每组T向量(其是M×T矩阵)进行解码。

上述通信系统100的实施方式主要涉及作为单个发送器的发送器通信装置101a。然而，另外的实施方式涉及如下情况，其中发送器通信装置101a是一组相似的发送器通信装置101a至101c的一部分，如图7中所示。如将理解的，在这些实施方式中，接收器通信装置103接收发送器贡献之和，如图7中所示。接收信号可以描述为K个发送器101a至101c的贡献之和

其中，Y是接收器的M个天线的接收信号的T×M矩阵，W是表示热噪声的大小T×M的矩阵，

是发送器k的功率增益，x_k是表示由发送器k发送的符号的大小T的向量，以及h_k是表示发送器k的天线与接收器103的M个天线之间的信道的大小M的向量。

由发送器k发送的符号还可以描述为

其中，

是在单个发送器情况下描述的调制星座C_k之中选择的大小T-K+1的向量，其中，向量大小被T-K+1代替，以及f_k是特定于发送器k的预编码器映射。根据本发明的实施方式，对于

相应星座C_k，...，C_K可以相同或不同。在预编码器映射之后，每个用户k具有关于x_k的单独星座。

根据实施方式，预编码器映射f_k可以是随后归一化的线性预编码，即

其中U_k是大小T×(T-K+1)的矩阵。

在下文中，将描述根据本发明的实施方式的预编码矩阵U_k的一些可能的选择，其中，e_k表示大小T的向量，其中在位置k处为1，以及在其他位置为0。

·I型预编码器：U₁＝(e₁，e_K+1，...，e_T)，...，U_k＝(e_k，e_K+1，...，e_T)，...，U_K＝(e_K，e_K+1，...，e_T)。

·具有功率分配的I型预编码器：

其中

和

·II型预编码器：对于任意k＝1，...，K，U_k＝(e₁，...，e_(k-1)(K-1)，e_k(K-1)+1，...，e_T)。

对于上述预编码矩阵中的任意预编码矩阵，发送器通信装置101a至101c可以使用预编码矩阵U_k或其旋转版本，即

U_k＝RU′_k，

其中U′_k表示以上提到的预编码器矩阵中的任一个，以及R是T×T旋转矩阵(独立于k)，即使得R^HR＝I_T的矩阵。

在图7中示出的多发送器情况下，接收器通信装置103可以被配置成执行以下两个步骤：

(i)第一步骤：发送器分离，其根据观测到的矩阵Y并使用关于对发送器101a至101c和接收器103二者共享的预编码器的信息，在维度T-K+1的线的格拉斯曼中提供

的估计

(ii)第二步骤：发送器解码(以硬方式或软方式)，其使用与使用

作为输入(而不是Y)的单个发送器情况下相同的步骤进行。

在下文中，将更详细地描述关于第一步骤的不同实施方式(第二步骤类似于单个发送器情况)。

根据实施方式(称为分离类型I)，接收器通信装置103可以被配置成通过找到M×(M-K+1)矩阵A_k使得

和

来直接分离发送器101a至101c，其中V_k是映射到与U_k的列所跨越(span)的子空间正交的子空间上的T×(K-1)投射，即使得

矩阵A_k跨越

的零空间并且可以根据与

的奇异向量正交的向量来构造，所述奇异向量对应的奇异值是非零。注意，A_k用作与

正交的子空间的基础的估计。然后，

可以对于上述单个发送器情况被认为是根据实施方式之一的接收器通信装置103的输入。

根据另外的实施方式(称为分离类型II)，接收器通信装置103可以被配置成求解下式：

已知该优化的解是

即与K个最强奇异值相关联的Y的K个奇异向量的集合。然后，接收器通信装置103可以找到唯一的

使得

因为每个

都在预编码矩阵U_k所跨越的子空间中。为了这样做，接收器通信装置103可以被配置成将针对先前实施方式描述的分离步骤(分离类型I)应用于

也就是说，接收器通信装置103首先找到M×(M-K+1)矩阵A_k，使得

和

然后，

根据另外的实施方式(称为分离类型III)，接收器通信装置103可以被配置成如在分离类型II实施方式中那样计算

并计算

使得矩阵

在格拉斯曼空间中最接近

即，

其中

这可以通过对所有星座Ck的乘积空间进行详尽搜索来完成。然后，对于上述单个发送器情况，

可以被认为是根据实施方式之一的接收器通信装置103的输入(注意，硬解码器输出因此将简单地为

)。

与在单个发送器情况下一样，根据本发明的实施方式，可以扩展多发送器星座，以便使用两种方法——即对更多信息进行编码和/或缩短传输时间—一来改善针对实际信道的星座的性能。根据实施方式，可以针对每个发送器101a至101c在两个T维符号之间对附加信息进行编码。如可以从图8获得的，原理与上述单个发送器实施方式的原理相同，即，在发送器k的x_k的最后非零元素与新符号x′_k的第一个非零元素之间的相位差中嵌入附加的复标量(由于预编码器可以具有零值，因此必须考虑到这一点)。

本发明的实施方式尤其提供以下优点：根据本发明的实施方式的结构化调制星座允许低复杂度的编码器和解码器处理；调制星座保留了良好的最小距离特性；调制星座可用于大维度；调制星座非常适用于3GPP信道；调制星座可以处理多个发送器的情况。

尽管可能已经仅针对若干实现方式或实施方式之一公开了本公开内容的特定特征或方面，但是对于任何给定的或特定的应用可以期望和有利的是，这样的特征或方面可以与其他实现方式或实施方式的一个或更多个其他特征或方面进行组合。此外，就在具体实施方式或权利要求书中使用术语“包含”、“具有”、“带有”或其其他变型来说，这样的术语旨在以类似于术语“包括”的方式包括在内。此外，术语“示例性”、“例如”和“如”仅意为示例，而不是最佳或最优。可能已经使用了术语“耦合”和“连接”以及派生词。应当理解，这些术语可能已经被用来指示两个元件相互协作或相互作用，而不管它们是直接物理接触还是电接触，或者它们不是彼此直接接触。

尽管本文中已经图示和描述了特定方面，但是本领域普通技术人员将理解，在不脱离本公开内容的范围的情况下，各种替选方案和/或等效实现方式可以代替所示出和描述的特定方面。本申请旨在覆盖本文中讨论的特定方面的任何改编或变型。

尽管所附权利要求中的元素以带有相应标记的特定顺序来叙述，但除非权利要求叙述另外暗含了用于实现这些元素中的一些或全部的特定顺序，否则这些元素并不一定旨在限于以该特定顺序实现。

根据上述教导，许多替选方案、修改和变型对于本领域技术人员将是显而易见的。当然，本领域技术人员容易认识到，存在超出本文中描述的应用的本发明的许多应用。尽管已经参考一个或更多个特定实施方式描述了本发明，但是本领域技术人员认识到可以在不脱离本发明的范围的情况下对其进行许多改变。因此，应理解，在所附权利要求及其等同物的范围内，可以与本文中具体描述的方式相比以其他方式来实践本发明。

Claims

1.一种用于经由通信信道与接收器通信装置(103)进行通信的发送器通信装置(101a至101c)，其中，所述发送器通信装置(101a至101c)包括处理电路系统，所述处理电路系统被配置成进行以下操作：

将数据比特序列映射成由调制星座限定的多个调制符号中的调制符号，其中，所述调制星座通过流形特别地格拉斯曼流形到多个单元的平铺以及多个辅助星座的笛卡尔积来限定，其中，所述多个辅助星座的笛卡尔积被映射到所述多个单元中的每个单元上，并且其中，每个辅助星座限定多个辅助符号；以及

经由所述通信信道将基于所述调制符号的调制信号发送至所述接收器通信装置(103)。

2.根据权利要求1所述的发送器通信装置(101a至101c)，其中，所述多个辅助星座包括多个复辅助星座或实辅助星座，特别地多个实脉冲幅度调制PAM星座。

3.根据权利要求1所述的发送器通信装置(101a至101c)，其中，所述处理电路系统被配置成通过将所述调制符号与所述数据比特序列相关联来将所述数据比特序列映射成所述调制符号，其中，所述数据比特序列的第一部分标识所述流形特别地格拉斯曼流形的平铺中的所述多个单元中的相应单元，以及所述数据比特序列的第二部分标识所述调制符号在所述流形特别地格拉斯曼流形的所述相应单元内的位置。

4.根据权利要求3所述的发送器通信装置(101a至101c)，其中，所述数据比特序列的所述第二部分基于所述流形特别地格拉斯曼流形的平铺中的相应单元的相应多个辅助符号的相应格雷码标签来标识所述调制符号在所述相应单元内的位置。

5.根据权利要求4所述的发送器通信装置(101a至101c)，其中，所述处理电路系统还被配置成将所述数据比特序列的所述第一部分转换成在范围[1，T]内的整数单元索引i₀，并将所述调制星座的调制符号生成为与复向量z对应的归一化复向量x，其中，所述处理电路系统被配置成基于下式确定所述复向量z：

其中，T表示所述流形特别地格拉斯曼流形的平铺中的单元总数，其中，c_i，d_i表示相应辅助星座的相应辅助符号，所述相应辅助符号由与所述数据比特序列的所述第二部分相关联的范围[0，1]中的相应实数给出，其中，函数g(c，d)被配置成以均匀的方式在所述流形特别地格拉斯曼流形上分配所述调制符号。

6.根据权利要求5所述的发送器通信装置(101a至101c)，其中，所述函数g(c，d)由下式定义：

其中，w＝N^-1(c)+iN^-1(d)，以及N()表示标准高斯分布的累积分布函数。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的发送器通信装置(101a至101c)，其中，所述处理电路系统还被配置成通过将另外的数据比特序列映射成由所述调制星座限定的所述多个调制符号中的另外的调制符号来对附加信息进行编码，其中，所述附加信息被编码为所述调制符号的第一分量与所述另外的调制符号的第二分量之间的相位差。

8.根据权利要求7所述的发送器通信装置(101a至101c)，其中，所述处理电路系统被配置成将所述另外的数据比特序列映射成由所述调制星座限定的所述多个调制符号中的所述另外的调制符号，使得以下关系成立：

其中，x_T表示所述调制符号x＝(x₁，...，x_T)的第T分量，x′₁表示所述另外的调制符号x′＝(x′₁，...，x′_T)的第一分量，以及s表示复标量

其限定所述调制符号x与所述另外的调制符号x′之间的相位关系。

9.根据权利要求8所述的发送器通信装置(101a至101c)，其中，所述处理电路系统被配置成从相移键控PSK星座中选择所述复标量s。

10.根据权利要求8或9所述的发送器通信装置(101a至101c)，其中，所述处理电路系统被配置成从复数符号

的集合中选择所述复标量s，其中，相位

由区间[0，2π]中的均匀网格的J个星座点限定。

11.根据权利要求1至6中任一项所述的发送器通信装置(101a至101c)，其中，所述处理电路系统还被配置成将另外的数据比特序列映射成由所述调制星座限定的所述多个调制符号中的另外的调制符号，并基于如下定义的(2T-1)维向量生成所述调制信号：

(x₁，...，x_T，αx′₂，...，αx′_T)，

其中，x₁，...，x_T表示所述调制符号x＝(x₁，...，x_T)的T个分量，x′₂，...，x′_T表示所述调制符号x′＝(x₁，...，x′_T)的(T-1)个分量，以及α表示缩放参数，其被定义为

12.根据权利要求1至6、8至9中任一项所述的发送器通信装置(101a)，其中，所述发送器通信装置(101a)是与所述接收器通信装置(103)进行通信的发送器通信装置(101a至101c)组的一部分，并且其中，所述发送器通信装置(101a)的所述处理电路系统还被配置成对所述调制符号进行预编码和归一化，并基于经预编码的调制符号生成所述调制信号，使得所述经预编码的调制符号能够唯一地归因于所述发送器通信装置(101a)。

13.根据权利要求12所述的发送器通信装置(101a)，其中，所述处理电路系统被配置成使用大小T×(T-K+1)的预编码矩阵U_k来将所述调制符号预编码和归一化为：

其中，x表示所述调制符号，k表示所述发送器通信装置(101a至101c)组的第k发送器通信装置(101a)，以及K表示所述发送器通信装置(101a至101c)组的大小。

14.根据权利要求13所述的发送器通信装置(101a)，其中，所述预编码矩阵U_k由下式定义：

U_k＝(e_k，e_K+1，...，e_T)，

其中，e_k表示大小T的向量，其中在位置k处为1，而在其他位置为0。

15.根据权利要求13所述的发送器通信装置(101a)，其中，所述预编码矩阵U_k由下式定义：

其中，e_k表示大小T的向量，其中在位置k处为1，而在其他位置为0，

其中，

和

16.根据权利要求13所述的发送器通信装置(101a)，其中，所述预编码矩阵U_k由下式定义：

U_k＝(e₁，...，e_(k-1)(K-1)，e_k(K-1)+1，...，e_T)，

17.根据权利要求13所述的发送器通信装置(101a)，其中，所述预编码矩阵U_k由下式定义：

U_k＝RU′_k，

其中，R表示独立于k的旋转矩阵，以及U′_k由下式之一定义：

U′_k＝(e_k，e_K+1，...，e_T)，

或者

U′_k＝(e₁，...，e_(k-1)(K-1)，e_k(K-1)+1，...，e_T)，

其中，e_k表示大小T的向量，其中在位置k处为1，而在其他位置为0，并且其中，

和

18.一种用于经由通信信道与发送器通信装置(101a至101c)进行通信的接收器通信装置(103)，其中，所述接收器通信装置(103)包括处理电路系统，所述处理电路系统被配置成进行以下操作：

经由所述通信信道接收来自所述发送器通信装置(101a至101c)的调制信号，其中，所述调制信号基于数据比特序列到由调制星座限定的多个调制符号中的调制符号的映射，其中，所述调制星座通过流形特别地格拉斯曼流形到多个单元的平铺以及多个辅助星座的笛卡尔积来限定，其中，所述多个辅助星座的笛卡尔积被映射到所述多个单元中的每个单元上，并且其中，每个辅助星座限定多个辅助符号；以及

基于所述调制信号生成所述数据比特序列。

19.根据权利要求1 8所述的接收器通信装置(103)，其中，接收的调制信号由矩阵Y表示，并且其中，所述处理电路系统包括硬解码器，所述硬解码器被配置成通过以下操作生成所述数据比特序列：确定由所述矩阵Y限定的向量u，其中||u||²＝1，使||Y^Hu||²最大化；确定所述流形特别地格拉斯曼流形的所述多个单元中的单元的索引i，使得对于任意j，|u_i|≥|u_j|，其中，u_i表示所述向量u的第i分量；应用由下式定义的映射：

其中，N()表示标准高斯分布的累积分布函数；对于每个

确定所述辅助星座内最接近的符号；确定与所述辅助星座内的相应最接近符号对应的相应坐标比特；以及确定与索引i的二进制表示对应的单元比特。

20.根据权利要求19所述的接收器通信装置(103)，其中，所述处理电路系统还包括软解码器，所述软解码器被配置成基于多个对数似然比LLR来生成所述数据比特序列，其中，所述处理电路系统被配置成基于下式确定所述多个LLR：

其中，snr表示等于

的信噪比，其中，

和

分别表示h和W的分量的平均方差，T表示相应调制符号的长度，x^*表示由所述硬解码器基于所述矩阵Y确定的调制符号，R_i，0(x)和R_i，1(x)表示所述调制星座的所述多个调制符号的相应集合，所述相应集合在所述数据比特序列的第二部分中的位置i处的相应比特分别等于0和1。

21.根据权利要求20所述的接收器通信装置(103)，其中，R_i，0(x)和R_i，1(x)表示所述调制星座的所述多个调制符号的相应集合，所述相应集合位于所述调制符号x附近特别地最接近所述调制符号x，并且所述相应集合在所述数据比特序列的所述第二部分中的位置i处的相应比特分别等于0和1。