CN115066845A - 用于随机接入通信的发送设备、接收设备和方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于随机接入通信的发送设备包括获取具有比特序列的输入消息的编码器。所述编码器用于从所述比特序列形成多个块，并确定所述多个块的多个矢量。所述发送设备还包括映射器电路，所述映射器电路用于基于所述多个矢量构造符号矢量。所述发送设备还包括天线，所述天线用于通过射频(RF)信号向接收设备发送所述构造的符号矢量，其中，所述构造的符号矢量表示在所述射频信号中调制的符号。
Description
技术领域
本公开大体上涉及无线通信领域；更具体地，涉及用于随机接入通信的发送设备、接收设备和方法。
背景技术
随着网络中通信设备数量的迅速增加，对通信可靠性的关注日益突出。传统上，传统的通信设备使用固定接入方法在网络中进行数据通信。在固定接入方法中，给定的通信设备被分配固定时隙或固定频率，以通过通信信道发送数据。传统的固定接入方法在信道利用率方面效率较低，因为有时给定的通信设备可能没有任何数据要在固定时隙或固定频率上传输。
在某些场景中，使用传统的随机接入方法代替传统的固定接入方法，以相对更好地利用通信信道。在随机接入方法中，只要传统的通信设备(例如发送器)有一些数据要传输就允许其在通信信道上发送数据。数据传输不需要预先分配的时隙或固定频率。传统的随机接入方法通常分为相干方法和非相干方法。在相干方法中，信道状态对于通信设备(即发送器和接收器)是已知的。在传统的相干方法中，传输的数据通常由两部分组成，即导频部分和数据部分。导频部分在传统接收器处用于信道估计和与数据部分的处理有关的其它操作，而数据部分用于携带信息。在非相干方法中，认为信道状态对于传统发送器和传统接收器都是未知的。传统的非相干方法使用稀疏性从传输的数据中提取信息。因此，传统的随机接入方法需要额外的参数(例如，相干方法需要导频部分，非相干方法在传输的数据中使用稀疏性)，这增加了发送器侧和接收器侧的复杂性。此外，解码错误的概率增加，导致在传统接收器处对数据进行错误(或不可靠)恢复。因此，在传统的随机接入方法中，存在波形设计低效和通信可靠性不足的技术问题。
因此，根据上述讨论，需要克服上述与用于随机接入通信的传统通信设备和方法相关联的缺点。
发明内容
本公开寻求提供一种用于随机接入通信的发送设备、接收设备和方法。本公开寻求提供一种针对传统的随机接入通信方法中波形设计低效和通信可靠性不足的现有问题的解决方案。本公开的目的是提供一种解决方案，该解决方案至少部分克服现有技术中遇到的问题，并提供一种改进的发送设备、接收设备和方法，即使在大规模随机接入通信场景中也提供高效的波形设计和足够的通信可靠性。
本公开的目的是通过所附独立权利要求中提供的解决方案实现的。本公开的有利实现方式在从属权利要求中进一步定义。
在第一方面中，本公开提供了一种用于随机接入通信的发送设备。所述发送设备包括编码器，所述编码器用于获取具有比特序列的输入消息。所述编码器还用于从所述比特序列形成多个块。所述编码器还用于确定所述多个块的多个矢量。所述发送设备还包括映射器电路，所述映射器电路用于基于所述多个矢量构造符号矢量。所述发送设备还包括天线，所述天线用于通过射频(radio frequency，RF)信号向接收设备发送所述构造的符号矢量，其中，所述构造的符号矢量表示在所述射频信号中调制的符号。
所述发送设备实现了用于随机接入通信的改进波形设计。该波形设计对应于至少携带构造的符号矢量的射频信号。编码器是一个低复杂性二进制编码器，它可以高效地编码输入消息。在支持的用户数量和解码错误的概率方面，使用符号矢量使发送设备优于传统的随机接入方法。此外，发送设备支持免授权通信(即，发送设备不需要接收设备的任何事先请求进行数据传输)。此外，发送设备不需要预先分配的时隙或预先分配的频率进行数据传输，并且即使在信道状态信息对于发送设备和接收设备都是未知的时，也会进行随机接入通信。
在第一方面的第一种实现方式中，所述符号矢量是基于所述多个矢量的至少一个克罗内克积(Kronecker product)构造的。
与传统的随机接入通信相比，使用克罗内克积构造符号矢量改善了各种性能指标。例如，可支持用户的数量和通信可靠性显著提高。由于符号矢量的明确结构，降低了接收设备处解码错误的概率，从而提高了通信可靠性。使用克罗内克积构造符号矢量，可实现高效的波形设计，从而增加信道容量，以充分处理大规模随机接入场景，并简化编码和解码过程。
在第一方面的第二种实现方式中，所述编码器还用于使用对所述比特序列增加冗余的信道码对所述比特序列进行编码，以获得编码比特序列。当所述比特序列通过所述信道码编码时，所述多个块从所述编码比特序列形成。
对输入消息的比特序列使用信道码(例如极化码、turbo码、低密度奇偶校验(lowdensity parity check，LDPC)码、汉明码或循环冗余校验(cyclic redundancy check，CRC)码)，以合并冗余并降低接收设备处解码错误的概率。解码错误的概率是根据接收设备处误码的检测和校正来计算的。
在第一方面的第三种实现方式中，所述多个矢量对应于多个子星座，所述符号矢量对应于一个星座。所述星座为所述多个子星座的笛卡尔积。所述多个矢量中的每个矢量的矢量大小的乘积等于信道使用数量。
所述多个子星座具有不同的维度。多个子星座的笛卡尔积将与多个子星座相关联的不同维度收敛为星座的明确结构(即符号矢量)。由于符号矢量的明确结构，简化了用于随机接入通信的波形设计，并降低了接收设备处解码错误的概率，从而提高了通信可靠性。
在第一方面的第四种实现方式中，所述多个子星座中的每个子星座具有选自下列至少一项的结构：格拉斯曼(Grassmannian)星座、立方分割(cube-split)星座、规范基、单元素码本或其中所述多个矢量中的每个矢量被划分为导频部分和数据部分的星座。
多个子星座中的每一个子星座都具有定义的结构，并且每个结构都具有自己的特征，例如，结构化的格拉斯曼星座(例如立方分割星座)提供密集的星座结构。基于结构化格拉斯曼星座的(例如符号矢量的)密集星座结构产生输入数据的紧凑形式，并促进接收设备处的低复杂性解码过程。规范基星座结构简化了在接收设备处同时分离一个或多个发送设备的过程。恒定星座结构(例如单元素码本)提高了接收设备处的信号质量。信号质量是根据接收设备处信号的信噪比计算的。
在第一方面的第五种实现方式中，所述符号矢量具有秩1张量结构、秩n张量结构或秩K张量结构中的至少一种张量结构，其中，所述映射器电路还用于确定具有两种或更多种模式的所述符号矢量的所述张量结构的每个元素与对应的信号频率之间的一一对应关系，以便调制所述射频信号中的所述符号矢量。
将张量结构强加于符号矢量上，使得在接收设备处实现可靠的用户分离。符号矢量的张量结构的每个元素与对应信号频率之间的一一对应关系进一步简化了射频信号的波形设计。
在第二方面中，本公开提供了一种用于随机接入通信的接收设备。所述接收设备包括至少一个天线，用于同时从多个发送设备接收多个射频信号。所述接收设备还包括均衡器电路，用于在数字域中从所述接收到的多个射频信号估计多个符号矢量，并隔离所述多个符号矢量。所述接收设备还包括多个解码器，其中，每个解码器用于对所述估计的多个符号矢量中的一个隔离符号矢量进行解码，以获得多个解码消息。每个解码消息具有的比特序列对应于与所述多个发送设备中的对应发送设备相关联的数据。
接收设备能够同时从多个发送设备接收多个射频信号，即使接收设备处的天线数量小于发送设备的数量(即能够处理大规模随机接入场景)。接收设备能够估计每次活动的发送设备。接收设备不需要事先知道正在空中(over-the-air，OTA)传输的发送设备的数量和身份。此外，接收设备不需要导频部分来估计信道信息，从而提供了低复杂性解码过程。接收设备能够高效准确地从接收的符号(即多个符号矢量)中恢复所有发送设备的原始比特序列(即解码消息)的列表，即使发送用户的身份(即发送设备的身份)存在不确定性。
在第二方面的第一种实现方式中，所述均衡器电路是非相干均衡器，其中，当估计所述多个符号矢量时，信道状态信息是未知的。
接收设备的均衡器电路不需要符号矢量的导频部分来估计信道状态信息。以此方式，降低了接收设备的计算复杂性。
在第二方面的第二种实现方式中，所述均衡器电路用于执行第一类型的解码，其中，所述均衡器电路用于利用表示所述多个解码消息的最大可能数量的第一参数来估计活动发送设备的数量。所述均衡器电路还用于基于最大似然解码或规范多态分解执行所述第一类型的解码。
第一类型的解码是低复杂性解码，能够准确估计活动发送设备的数量，即使预先不知道正在空中传输的发送设备的数量和身份。通过使用最大似然解码或规范多态分解，接收设备能够高效准确地恢复所有发送设备的原始比特序列(即解码消息)的列表，即使发送用户的身份(即发送设备的身份)存在不确定性。此外，规范多态分解的唯一性提供了用户分离能力(即，将接收信号分离为其单用户分量)。
在第二方面的第三种实现方式中，所述均衡器电路还用于利用表示功率阈值的第二参数。所述功率阈值用于丢弃估计的多个符号矢量的子集。
功率阈值能够丢弃估计的多个符号矢量的子集，这提高了与活动发送设备数量的估计相关的精度。
在第二方面的第四种实现方式中，所述多个解码器中的至少一个解码器还用于对与第一隔离符号矢量相关联的所述多个矢量中的每个矢量执行解映射，以获得多个部分消息。
每个解码器(例如单用户解码器)分别对多个矢量中的每个矢量进行解映射不仅提高了解码速度，而且有助于降低解码错误的概率以恢复解码消息。
在第二方面的第五种实现方式中，所述多个解码器中的所述至少一个解码器还用于拼接所述多个部分消息，以重建具有比特序列的消息。
重建的消息对应于由多个发送设备中的每个发送设备发送的原始消息。使用克罗内克积构造信号构造(即波形设计)中使用的符号矢量不仅降低了发送器侧的计算复杂性，而且降低了接收器侧的计算复杂性。例如，降低了接收设备处解码错误的概率，从而准确地重建消息，进而提高了通信可靠性。
在第二方面的第六种实现方式中，所述多个解码器中的所述至少一个解码器还用于拼接所述多个部分消息，以获得编码比特序列。所述至少一个解码器还用于使用从所述编码比特序列中去除冗余的逆信道码对所述编码比特序列进行解码，以重建具有比特序列的消息，其中，当检测到对所述编码比特序列的信道编码时，应用所述逆信道码。
多个解码器中的每个解码器能够检测是否应用信道编码，并相应地应用合适的逆信道码以准确地重建消息。
在第二方面的第七种实现方式中，所述均衡器电路用于执行第二类型的解码，其中，所述均衡器电路用于基于所述估计的多个符号矢量的总数的先验信息，计算所述多个符号矢量中的每个符号矢量的后验分布。
接收设备在第一类型的解码(例如硬解码)或第二类型的解码(例如软解码)之间灵活选择。基于后验概率分布，多个解码器中的每个解码器能够以低复杂性方式计算估计的比特(例如，每个解码消息的估计的比特)的每个比特位置的多个比特概率。
在第三方面中，本公开提供了一种用于随机接入通信的方法。所述方法包括：发送设备的编码器获取具有比特序列的输入消息。所述方法还包括：所述发送设备的所述编码器从所述比特序列形成多个块。所述方法还包括：所述发送设备的所述编码器确定所述多个块的多个矢量。所述方法还包括：所述发送设备基于所述多个矢量构造符号矢量。所述方法还包括：所述发送设备通过射频(RF)信号向接收设备发送所述构造的符号矢量，其中，所述构造的符号矢量表示在所述射频信号中调制的符号。
在第三方面所述的方法的其它实现方式中，所述方法执行第一方面所述的发送设备的实现方式的特征。因此，所述方法的实现方式包括第一方面所述的发送设备的对应实现方式的一个或多个特征。
第三方面的方法实现了第一方面的发送设备的所有优点和效果。
在第四方面中，本公开提供了一种用于随机接入通信的方法。所述方法包括：接收设备同时从多个发送设备接收多个射频信号。所述方法还包括：所述接收设备在数字域中从所述接收到的多个射频信号估计多个符号矢量，并隔离所述多个符号矢量。所述方法还包括：所述接收设备对所述估计的多个符号矢量中的每个隔离符号矢量进行解码，以获得多个解码消息，其中，每个解码消息具有的比特序列对应于与所述多个发送设备中的对应发送设备相关联的数据。
在第四方面所述的方法的其它实现方式中，所述方法执行第二方面所述的接收设备的实现方式的特征。因此，所述方法的实现方式包括第二方面所述的接收设备的对应实现方式的一个或多个特征。
第四方面的方法实现了第二方面的接收设备的所有优点和效果。
在第五方面中，本公开提供了一种计算机程序产品，包括非瞬时性计算机可读存储介质，所述非瞬时性计算机可读存储介质上存储有计算机程序代码，所述计算机程序代码由处理器执行以执行第三或第四方面的方法。
第五方面的计算机程序产品实现了第一方面的发送设备或第二方面的接收设备的所有优点和效果。
需要说明的是，本申请中描述的所有设备、元件、电路、单元和模块可以在软件或硬件元件或其任何类型的组合中实现。本申请中描述的各种实体执行的所有步骤以及所描述的将由各种实体执行的功能旨在表明相应的实体适于或用于执行相应的步骤和功能。虽然在以下具体实施例的描述中，由外部实体执行的特定功能或步骤没有在执行该特定步骤或功能的该实体的具体详述元件的描述中反映，但是技术人员应该清楚，这些方法和功能可以在相应的硬件或软件元件或其任何组合中实现。可以理解的是，本公开的特征易于以各种组合进行组合，而不脱离由所附权利要求书所定义的本公开的范围。
本公开的附加方面、优点、特征和目的从附图和结合以下所附权利要求书解释的说明性实现方式的详细描述中变得显而易见。
附图说明
当结合附图阅读时，可以更好地理解以上发明内容以及说明性实施例的以下详细描述。为了说明本公开，本公开的示例性结构在附图中示出。但是，本公开不限于本文公开的具体方法和工具。此外，本领域技术人员应理解，附图不是按比例绘制的。在可能的情况下，相同的元件用相同的数字表示。
现在参考下图仅通过示例来描述本公开的实施例，其中：
图1A是本公开的实施例提供的具有一个发送设备和一个接收设备的系统的网络环境图；
图1B是本公开的实施例提供的具有多个发送设备和一个接收设备的系统的网络环境图；
图2A是本公开的实施例提供的示出发送设备的各种示例性组件的框图；
图2B是本公开的实施例提供的示出发送设备处输入消息的处理流水线的框图；
图2C是本公开的实施例提供的给定矢量大小的矢量化和张量化操作的图示；
图3A是本公开的实施例提供的示例性场景的图示，该示例性场景描述了在发送设备处没有信道编码的情况下处理示例性输入消息；
图3B是本公开的另一实施例提供的示例性场景的图示，该示例性场景描述了在发送设备处有信道编码的情况下处理示例性输入消息；
图4A是本公开的实施例提供的示出接收设备的各种示例性组件的框图；
图4B是本公开的实施例提供的接收设备处的预处理操作的图示；
图4C是本公开的实施例提供的接收设备处使用第一类型的解码的处理流水线的图示；
图4D是本公开的实施例提供的接收设备处的示例性第一类型的解码操作的图示；
图4E是本公开的实施例提供的接收设备处使用第二类型的解码的处理流水线的图示；
图5是本公开的实施例提供的示例性场景的图示，该示例性场景描述了从用于随机接入通信的发送设备处的输入消息构造符号矢量；
图6A和图6B共同是本公开的实施例提供的示例性场景的图示，该示例性场景描述了在接收设备处恢复用于随机接入通信的传输消息的示例性处理；
图7是本公开的实施例提供的在发送设备处用于随机接入通信的方法的流程图；
图8是本公开的实施例提供的在接收设备处用于随机接入通信的方法的流程图；
图9是本公开的实施例提供的示出不同波形设计方法的比较结果的图形表示。
在附图中，带下划线的数字用于表示带下划线的数字所在的项目或与带下划线的数字相邻的项目。不带下划线的数字与由将不带下划线的数字与项目关联的线标识的项目有关。当一个数字不带下划线并附有关联的箭头时，不带下划线的数字用于标识箭头指向的一般项目。
具体实施方式
以下详细描述说明了本公开的实施例以及可以实现这些实施例的方式。虽然已经公开了实施本公开的一些模式，但本领域技术人员应认识到，其它用于实施或实践本公开的实施例也是可能的。
图1A是本公开的实施例提供的具有一个发送设备和一个接收设备的系统100A的网络环境图。参考图1A，示出了包括发送设备102和接收设备104的系统100A的网络环境。还示出了通信网络106。
发送设备102包括用于通过通信网络106(例如传播信道)与接收设备104通信的合适逻辑、电路、接口和/或代码。发送设备102的示例包括但不限于物联网(Internet-of-Things，IoT)设备、智能手机、机器类型通信(machine type communication，MTC)设备、计算设备、演进型通用移动通信系统(universal mobile telecommunications system，UMTS)陆地无线接入(evolved UMTS terrestrial radio access，E-UTRAN)NR双连接(E-UTRAN-NR dual connectivity，EN-DC)设备、服务器、IoT控制器、无人机、无线通信定制硬件、发送器、或任何其它便携式或非便携式电子设备。
接收设备104包括用于通过通信网络106(例如通过传播信道)从发送设备102接收一个或多个射频信号的合适的逻辑、电路、接口和/或代码。在一种实现方式中，接收设备104用于同时从多个发送设备(例如发送设备102)接收多个射频信号。接收设备104的示例包括但不限于物联网(IoT)控制器、基站、服务器、智能手机、无线通信定制硬件、接收器，或任何其它便携式或非便携式电子设备。
通信网络106包括介质(例如通信信道)，一个或多个发送设备(例如发送设备102)通过该介质可以与接收设备104通信。通信网络106的示例包括但不限于蜂窝网络(例如2G、3G、长期演进(long-term evolution，LTE)4G、5G或5G NR网络，例如低于6GHz(sub 6GHz)、厘米波(cmWave)或毫米波(mmWave)通信网络)、无线传感器网络(wireless sensornetwork，WSN)、云网络、局域网(local area network，LAN)、车辆与网络通信(vehicle-to-network，V2N)网络、城域网(metropolitan area network，MAN)和/或互联网。网络环境中的发送设备102用于根据各种无线通信协议连接到接收设备104。这种无线通信协议、通信标准和技术的示例可以包括但不限于IEEE 802.11、802.11p、802.15、802.16、1609、全球互联微波接入(Worldwide Interoperability for Microwave Access，Wi-MAX)、传输控制协议和互联网协议(Transmission Control Protocol and Internet Protocol，TCP/IP)、用户数据报协议(User Datagram Protocol，UDP)、超文本传输协议(Hypertext TransferProtocol，HTTP)、长期演进(LTE)、文件传输协议(File Transfer Protocol，FTP)、增强型数据GSM环境(Enhanced Data GSM Environment，EDGE)、互联网语音协议(Voice overInternet Protocol，VoIP)、电子邮件、即时消息和/或短消息服务(Short MessageService，SMS)的协议，和/或其它蜂窝或IoT通信协议。
在操作中，发送设备102用于获取具有比特序列的输入消息。输入消息是指要发送到接收设备104的用户数据。在一个示例中，发送设备102可以是IoT设备。在这种情况下，输入消息可以是IoT设备感测到的传感器数据。在另一个示例中，发送设备102可以是智能手机，其中，输入消息可以是要发送到接收设备104的用户数据。
发送设备102还用于从比特序列形成多个块。多个块从输入消息的比特序列形成。通常，形成“d”个块，其中，“d”是任意数。在一个示例中，输入消息m具有7个比特的序列(例如，m＝1000110)。在这种情况下，“d”等于3，(即形成三个块)，这三个块从输入消息的比特序列形成。例如，在图3A中详细描述了从比特序列形成的多个块的示例。在一种实现方式中，多个块是基于对输入消息的比特序列进行划分而形成的。例如，输入消息m的B个比特的序列可以划分为多个块，例如1、……、d个块。多个块中的每个块对应于输入消息m的mi、……、md块(其中，i＝1、……、d)。多个块中的每个块mi、……、md都具有对应于Bi、……、Bd子序列的输入消息的比特子序列。子序列Bi、……、Bd的比特之和等于输入消息m的B个比特，即
在另一种实现方式中，多个块是通过复制输入消息的比特序列形成的，例如，以提高通信的可靠性。
发送设备102还用于确定多个块的多个矢量。维度为n(即矢量大小为n)的矢量是n个元素的有序排列。从多个块(即m1、……、md)形成的多个矢量对应于xk,1、……、xk,d矢量。在一个示例中，xk,1对应于与第k个发送设备和多个块中的第一个块(即m1)相关的矢量x。第k个发送设备对应于发送设备102。因此，多个矢量(即xk,1、……、xk,d)包括对应于m1、……、md块的信息。矢量xk,1的矢量大小为T1(矢量大小也称为维度)。类似地，多个矢量xk,1、……、xk,d的矢量大小分别为T1、……、Td。多个矢量中的每个矢量的矢量大小的乘积等于信道使用数量。
发送设备102还用于基于多个矢量构造符号矢量。符号矢量是多维数据结构。符号矢量携带输入消息的信息。多个矢量xk,1、……、xk,d一起用于构造符号矢量sk。符号矢量sk是维度为T的矢量。例如，在图2B、图3A和图5中详细描述了符号矢量的构造。
根据实施例，符号矢量是基于多个矢量的至少一个克罗内克积构造的。符号矢量携带与输入消息m的比特序列相同的信息。克罗内克积是矩阵乘法的一种形式，用数学符号
表示。克罗内克积也称为张量乘积(或直积)。使用克罗内克积是有益的，因为基于克罗内克积在一起相乘的多个矩阵的维度彼此不需要有任何关系。符号矢量sk是由多个矢量xk,1、……、xk,d基于克罗内克积构造的，由以下数学表达式(方程1)表示。
根据一个实施例，多个矢量对应于多个子星座，符号矢量对应于一个星座，其中，星座是多个子星座的笛卡尔积。星座具有明确和固定的多维数据结构，降低了用于数据传输的波形设计的计算复杂性。多个子星座属于同一星座，具有两个或更多个维度。多个子星座对应于多个矢量xk,1、……、xk,d，并表示为Ci、……、Cd。例如，Ci对应于矢量大小为Ti的矢量xk,i。子星座Ci的元素表示为
星座C的元素通过
表示。星座C中的元素数量等于2B个元素，其中，
多个子星座C1、……、Cd的矢量大小分别为T1、……、Td。星座C的矢量大小T等于多个矢量中的每个矢量的矢量大小的乘积，即
因此，星座C的矢量大小T等于信道使用数量。
根据实施例，多个子星座中的每个子星座具有选自下列至少一项的结构：格拉斯曼星座、立方分割星座、规范基、单元素码本或其中所述多个矢量中的每个矢量被划分为导频部分和数据部分的星座。在一个示例中，多个子星座的结构是基于结构化格拉斯曼星座(例如立方分割星座)。在另一个示例中，多个子星座的结构是基于规范基星座。规范基星座具有表示为C＝{(1,0,…,0)T,(0,1,0,…,0)T,…,(0,…,0,1)T}的结构。在这种情况下，多个块中的每个块满足条件，即Bi＝log2(Ti)。此外，在多个子星座的结构是基于单元素码本的情况下，多个块中的每个块满足条件，即Bi＝0。
根据实施例，符号矢量具有秩1张量结构、秩n张量结构或秩K张量结构中的至少一种张量结构。发送设备102还用于确定具有两种或更多种模式的符号矢量的张量结构的每个元素与对应的信号频率之间的一一对应关系，以便调制射频信号中的符号矢量。使用克罗内克积是有利的，因为它产生符号矢量的明确和固定的张量结构(即明确的多维数据结构)。考虑具有“d”个模式的张量结构(可以解释为实数或复数的d维数组)。实数或复数的d维数组具有相应的维度T1……Td(可以表示为“阶数“d”和大小“T1×……×Td”的张量”)。张量结构中包含的
个数字也可以顺序(以预定义的顺序)存储在大小为
的矢量中。例如，在图2C中进一步描述了矢量化到张量化操作，及张量化到矢量化操作。可以潜在表示为
(其中，“x1……xd”是指具有相应维度T1……Td的矢量)的任何张量结构通常称为秩1张量结构。在张量结构可以表示为至少n个秩1张量之和的情况下，它可以被视为秩n张量。或者，可选地，“n”变量表示第一任意数，“K”变量表示可以不同于第一任意数的第二任意数。符号矢量的张量结构的每个元素与对应信号频率之间的一一对应关系简化了射频信号的波形设计。此外，在多个发送设备发送这种射频信号的情况下，简化了执行两个或更多个相同大小的张量结构的和运算，以便在接收设备104处恢复原始输入数据。
发送设备102还用于通过射频信号向接收设备发送构造的符号矢量。构造的符号矢量表示在射频信号中调制的符号。射频信号是指用于以符号矢量的形式空中发送编码输入消息的电磁波。符号矢量的张量结构的每个元素线性映射到对应的信号频率，以便调制发送到接收设备104的射频信号(例如载波)中的符号矢量。
在一种实现方式中，可选地，发送设备102用于使用对比特序列增加冗余的信道码对比特序列进行编码，以获得编码比特序列，而不是直接从输入消息的比特序列形成多个块。在这种情况下，当比特序列通过信道码编码时，多个块从编码比特序列(而不是未编码比特序列)形成。信道码也称为纠错码或检错码。信道码的示例包括但不限于极化码、turbo码、低密度奇偶校验(low-density parity check，LDPC)码、汉明码、里德-所罗门码(Reed-Solomon code)、或循环冗余校验(cyclic redundancy check，CRC)码。信道码应用于输入消息的比特序列，以获得编码比特序列。在一个示例中，信道码应用于输入消息(即mk)，以获得编码输入消息，即m′k。信道码的使用取决于应用(即用例)。在使用信道码的情况下，编码比特序列与输入消息的比特序列不同。例如，在图3B和图5中进一步描述了使用信道码对比特序列进行编码。
接收设备104用于通过通信网络106从发送设备102接收射频信号。首先，接收设备104还用于执行预处理操作，以在数字域中从接收到的射频信号生成输出信号(即接收信号y)。例如，预处理操作包括对接收到的射频信号进行解调，将接收到的射频信号从模拟域转换到数字域，然后进行符号同步和切片。在预处理操作中，执行接收设备104与传输符号的时间和频率同步，以能够对T信道使用(例如在时频网格中)进行切片，以便输出输出信号(即接收信号y)的所有元素。输出信号是矩阵数据结构的矢量化形式，表示来自接收到的射频信号的集体信息。例如，在图4B中进一步详细描述了预处理操作的示例。然后，处理输出信号(即接收信号y)以恢复原始输入消息。例如，在图1B、图4C、图4D、图6A和图6B中进一步详细描述了在预处理操作后恢复原始输入消息(即解码传输消息)的处理流水线的示例。
图1B是本公开的实施例提供的具有多个发送设备和一个接收设备的系统100B的网络环境图。结合图1A的元件描述图1B。参考图1B，示出了包括多个发送设备108和(图1A的)接收设备104的系统100B的网络环境。还示出了通信网络106。
多个发送设备108中的每个发送设备包括用于通过通信网络106与接收设备104通信的合适逻辑、电路、接口和/或代码。多个发送设备108包括第一发送设备108A、第二发送设备108B直至第K个发送设备108K。多个发送设备108中的每个发送设备与发送设备102的发送设备类似。
在操作中，多个发送设备108中的第一发送设备108A用于获取具有比特序列(即b1,1、……、bB,1)的第一输入消息(即m1)，其中，b1,1表示第一比特，bB,1表示第一发送设备108A的比特序列中的第B个比特。第一发送设备108A还用于从比特序列形成多个块。第一发送设备108A还用于确定多个块的多个矢量。第一发送设备108A还用于基于多个矢量构造符号矢量(即s1)。符号矢量是基于多个矢量中的至少一个克罗内克积从多个矢量构造的。类似地，多个发送设备108中的第二发送设备108B用于对具有比特序列(即b1,2、……、bB,2)的第二输入消息(即m2)进行编码，并构造符号矢量(即s2)。类似地，多个发送设备108中的第K个发送设备108K用于对具有比特序列(即b1,K、……、bB,K)的第K个输入消息(即mK)进行编码，并构造符号矢量(即sK)。多个发送设备108中的每个发送设备用于通过对应的射频信号经由通信网络106向接收设备104发送其构造的符号矢量。
接收设备104用于同时从多个发送设备108接收多个射频信号。多个射频信号通过通信网络106接收。在一种实现方式中，多个射频信号由接收设备104的至少一个天线同时从多个发送设备108接收。有益的是，接收设备104能够通过使用接收设备104处的多个天线来同时接收第一数量的信号，天线的数量小于第一信号数量。此外，接收设备104不需要事先知道正在空中(OTA)传输的多个发送设备108的数量和身份。
根据实施例，接收设备104用于执行预处理操作，以在数字域中从接收到的多个射频信号生成输出信号(例如，接收矢量y)。接收设备104处的预处理操作包括对接收到的多个射频信号中的每个射频信号进行解调，将模拟域中的解调信号转换到数字域，然后进行资源解映射，其中，执行符号同步和切片以产生第一接收信号(即矩阵Y)。第一接收信号(即矩阵Y)具有矩阵数据结构，该矩阵数据结构表示来自接收到的多个射频信号的集体(或合并)信息。集体信息对应于集体和同时从多个发送设备108获得的传输符号。或者，第一接收信号(即矩阵Y)是指由多个信道系数加权的K个发送设备(例如多个发送设备108)的贡献和加性噪声项的总和。在这种情况下，考虑块衰落信道模型，其中，在所考虑的T个信道使用期间，假设信道状态为恒定的。第一接收信号(即矩阵Y)通过以下方程(方程2)推导。
其中，Y＝[y1,…,yT]T是接收设备104的多个天线(即1至M天线)的多个接收信号的T×M矩阵；yi是M维矢量，其元素表示所有接收天线在第i个信道使用(i＝1、……、T)时接收的信号，[.]T表示转置运算符，其中，k＝1、……、K；
W是表示信道热噪声的大小为T×M的矩阵；
sk是维度为T的符号矢量，表示发送设备k发送的符号，携带发送的比特序列(即表示为mk的发送消息)的信息；
hk是维度为M的矢量，表示发送设备k的天线和接收设备104的M天线之间的信道。
根据实施例，接收设备104还用于从第一接收信号(即矩阵Y)生成第二接收信号(即接收矢量y)，作为预处理操作的输出(即输出信号)。第二接收信号(即接收矢量y)是矩阵Y的矩阵数据结构的矢量化形式。在预处理操作中，执行接收设备104与传输符号的时间和频率同步，以对T个信道使用(例如在时频网格中)进行切片，以便输出第二接收信号(即接收矢量y)的所有元素。例如，在图4B中进一步描述了预处理操作。接收设备104处的第二接收信号(即接收矢量y)从以下方程(方程3)推导。
其中，y是对应于矩阵Y的矢量化版本的TM矢量；
w是对应于矩阵W的矢量化版本的TM矢量。
接收设备104还用于在数字域中从接收到的多个射频信号估计多个符号矢量，并隔离所述多个符号矢量。此外，接收设备104还用于对每个隔离的符号矢量进行解码，以获得多个解码消息。每个解码消息具有的比特序列对应于与多个发送设备108中的对应发送设备相关联的数据。接收设备104提供对应于多个传输符号(即s1、……、sK)的多个估计符号矢量(即
)。处理第二接收信号(即接收矢量y)(基于预处理操作从接收的多个射频信号推导)以估计多个符号矢量。多个符号矢量中的每个估计符号矢量具有多个发送设备108中的对应发送设备的信息。隔离每个估计符号矢量，以获得与多个发送设备108中的每个发送设备相关联的信息。或者，接收设备104估计活动发送器的数量
并提供
的估计
此后，使用每个
作为输入(例如在接收设备104的每个解码器处)，输出对应的解码消息
以此方式，同时获得多个解码消息。
通常，在估计多个符号矢量时，信道状态信息对于接收设备104是未知的。信道状态信息是指基于射频信号从发送设备到接收设备的传播的通信网络106(即传播信道链路)的信道属性，例如散射、衰落，和/或功率(与传输的射频信号相关联)随距离的变化。
在一种实现方式中，接收设备104还用于执行第一类型的解码，以便处理第二接收信号(即接收矢量y)，以估计多个符号矢量并获得多个解码消息。第一类型的解码也称为硬解映射，例如在图4C和图4D中详细描述。在另一种实现方式中，接收设备104还用于执行第二类型的解码，以便处理第二接收信号(即接收矢量y)，以估计多个符号矢量并获得多个解码消息。第二类型的解码也称为软解映射，例如在图4E中详细描述。
图2A是本公开的实施例提供的示出发送设备的各种示例性组件的框图。结合图1A和图1B的元件描述图2A。参考图2A，示出了发送设备102的框图200A。发送设备102包括控制电路202、存储器204和天线206。发送设备102还包括编码器208、映射器电路210以及调制和资源映射器电路212。在一种实现方式中，编码器208、映射器电路210以及调制和资源映射器电路212可以是控制电路202的一部分。在另一种实现方式中，编码器208、映射器电路210以及调制和资源映射器电路212都是单独的电路或模块(并且可以不是控制电路202的一部分)。编码器208、映射器电路210以及调制和资源映射器电路212通信地耦合到存储器204和天线206。在本实施例中，发送设备102包括单个天线，例如天线206。但是，在一些实施例中，发送设备102可以包括多个天线(例如，在图4E中进一步详细描述了多天线场景)。
在一种实现方式中，控制电路202用于执行存储在存储器204中的指令。控制电路202的示例可以包括但不限于集成电路、协处理器、微处理器、微控制器、复杂指令集计算(complex instruction set computing，CISC)处理器、专用集成电路(application-specific integrated circuit，ASIC)处理器、精简指令集(reduced instruction set，RISC)处理器、超长指令字(very long instruction word，VLIW)处理器、中央处理单元(central processing unit，CPU)、状态机、数据处理单元和其它处理器或电路。此外，控制电路202可以指一个或多个单独的处理器、处理设备或作为机器的一部分的处理单元。
存储器204可以包括用于存储可由控制电路202(例如处理器)执行的机器代码和/或指令的合适逻辑、电路和/或接口。存储器204暂时存储一个或多个构造的符号矢量，然后由调制和资源映射器电路212处理(后处理)。存储器204的实现示例可以包括但不限于电可擦除可编程只读存储器(electrically erasable programmable read-only memory，EEPROM)、随机存取存储器(random access memory，RAM)、只读存储器(read only memory，ROM)、硬盘驱动器(hard disk drive，HDD)、闪存、安全数字(secure digital，SD)卡、固态硬盘(solid-state drive，SSD)、计算机可读存储介质和/或CPU高速缓冲存储器。存储器204可以存储操作系统和/或计算机程序产品以操作发送设备102。用于提供非瞬时性存储器的计算机可读存储介质可以包括但不限于电子存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备，或上述任何合适的组合。
天线206用于通过射频信号向接收设备104发送一个或多个构造的符号矢量。一个或多个构造的符号矢量表示在射频信号中调制的符号。天线206的示例可以包括但不限于射频收发器、网络接口、车载信息服务单元或适合在IoT设备、IoT控制器、用户设备、中继器、基站或其它便携式或非便携式通信设备中使用的任何天线。天线206可以通过使用各种无线通信协议进行无线通信。
编码器208是二进制编码器。编码器208包括用于获取具有比特(例如B比特)序列的输入消息，并通过应用信道码生成编码比特(Bcoded比特)序列的合适逻辑、电路和/或接口。在信道码不应用于比特序列的情况下，Bcoded比特等于B比特。
映射器电路210包括用于构造具有张量结构(例如克罗内克结构)的符号矢量的合适逻辑、电路和/或接口。符号矢量是基于多个矢量中的至少一个克罗内克积(或多个克罗内克积)构造的。在一种实现方式中，映射器电路210用于构造在射频信号中调制的多个符号矢量，以发送到接收设备104。映射器电路210是基于张量结构(例如克罗内克结构)操作的星座映射器，其中，构造的符号矢量对应于星座(例如固定大小的星座)，多个矢量对应于多个子星座。将克罗内克结构用于信号构造(即波形设计)是有利的，因为它在接收器侧(即在接收设备104处)提供了接收信号的可靠用户分离特性。例如，在大规模IoT通信场景中，每个发送设备(例如IoT设备)的不同用户数据可以被分离和恢复，与传统系统相比，解码错误的概率显著降低，通信系统支持的用户数量显著增加。例如，观察到，当具有克罗内克结构的符号矢量(即，使用一个或多个克罗内克积构造的符号矢量)用于信号构造时，通信系统(例如系统100A或100B)支持500或更多个用户(即通信设备)，从而显著提高信道利用效率，同时降低解码错误的概率。在一种实现方式中，映射器电路210还可以执行调制和资源映射器电路212的操作。
调制和资源映射器电路212包括用于对构造的符号矢量执行后处理操作的合适逻辑、电路和/或接口。例如，调制和资源映射器电路212用于执行构造的符号矢量的信道使用映射，并从数字域转换到模拟域，然后执行调制以备天线206进行传输。
图2B是本公开的实施例提供的示出发送设备处输入消息的处理流水线的框图。结合图1A、图1B和图2A的元件描述图2B。参考图2B，示出了处理流水线200B。在处理流水线200B中，示出了输入消息214，该输入消息被处理以生成符号矢量216(也由Sk表示)。还示出了调制器212A、数模转换器(digital-to-analog converter，DAC)212B、信道使用映射器212C、天线206、编码器208和映射器电路210。在一种实现方式中，调制器212A、DAC 212B和信道使用映射器212C是调制和资源映射器电路212(图2A)的一部分。
在处理流水线200B中，编码器208(即二进制编码器)用于获取具有比特序列的输入消息214。编码器208还用于从比特序列形成多个块。编码器208还用于确定多个块的多个矢量。映射器电路210用于基于多个矢量的至少一个克罗内克积构造符号矢量216(Sk)，并将构造的符号矢量216提供给信道使用映射器212C，以对构造的符号矢量216进行后处理。
信道使用映射器212C用于从映射器电路210接收符号矢量216(Sk)。信道使用映射器212C还用于确定具有两种或更多种模式的符号矢量216的张量结构的每个元素与用于信道使用映射的对应信号频率之间的一一对应关系。所述多个矢量中的每个矢量的矢量大小的乘积等于信道使用数量。例如，构造符号矢量216的多个矢量中的第一矢量、第二矢量和第三矢量的矢量大小可以分别为3、2和2。因此，在这种情况下，信道使用数量为12(即3*2*2＝12)。此外，在这种情况下，符号矢量216具有维度T(例如，T＝12；)，其也指示信道使用数量。
DAC 212B用于将符号矢量216从数字域转换到模拟域。换句话说，当执行具有两种或更多种模式的符号矢量216的张量结构的每个元素与用于信道使用映射的对应信号频率之间的一一对应关系(即线性或一一映射)时，DAC 212B用于将这种对应的信号频率转换到模拟域。
调制器212A包括用于调制射频信号中的符号矢量216的合适逻辑、电路和/或接口。例如，符号矢量216使用正交频分复用(orthogonal frequency-divisionmultiplexing，OFDM)调制在时频网格中映射。换句话说，转换后的对应信号频率(表示符号矢量216)在载波中进行调制，以产生由天线206发送到接收器(例如接收设备104(图1A或图1B))的射频信号。
图2C是本公开的实施例提供的给定矢量大小的矢量化和张量化操作之间的关系的图示。结合图1A、图1B和图2A的元件描述图2B。参考图2B，示出了处理流水线200C。
在操作218中，执行矢量化(由运算符
表示)，其中，张量结构中的多个数字(或元素)被矢量化并按预定义的顺序以矢量形式存储。在本示例中，矢量是八个元素按预定义顺序排列的列矢量(即大小为T＝8的矢量)。
在操作220中，执行张量化(由反向运算符
表示)，其中，矢量中的多个元素(或数字)存储在张量结构中。在本示例中，示出了大小为2×2×2(即d＝3；且T1＝T2＝T3＝2)的张量。
映射器电路210用于基于多个矢量的至少一个克罗内克积构造符号矢量216(图2B所示)。使用克罗内克积是有利的，因为它导致符号矢量216具有明确和固定的张量结构，特别是克罗内克结构。张量结构具有“d”种模式(可以解释为实数或复数的d维数组；在这种情况下d＝3)。实数或复数的d维数组具有相应的维度T1……Td(可以表示为“阶数“d”和大小“T1×……×Td”的张量”)。张量结构中包含的
个数字也可以顺序(以预定义的顺序)存储在大小为
的矢量中(通过矢量化
如图所示)。因此，使用此对应关系，可以定义对两个(或更多个)大小相同的张量(对应于由其元素的逐元素和(element-wisesum)产生的张量结构)的和运算。张量结构的和运算对应于相应矢量化张量的经典矢量和。例如，在维度为T的两个矢量a1、a2的情况下，两个矢量的张量结构之和等效于矢量化元素之和的张量结构，即
此外，张量代数的一个有用结果是，阶数严格大于2的张量分解为秩1分量(例如，使用多态分解)通常本质上是唯一的(矩阵(阶数为2的张量)的情况并非如此)。在一个示例中，例如使用并行因子分析(Parallel FactorAnalysis,PARAFAC)算法计算多态分解。在通信系统(例如，系统100A或100B)的上下文中，
(其中，y指方程3的接收矢量y)的多态分解的唯一性等效于接收信号(即接收矢量y)分离为其单用户分量，即它能够恢复和的所有元素
(参考方程3或下文给出的方程4)，直到置换索引1……K并乘以复数因子。这种用户分离特性被利用，并且是使用克罗内克结构进行信号构造的原因。或者，使用克罗内克积为构造的符号矢量提供了克罗内克结构，然后将其有益地用于波形设计。通常，
可以是大小为T1×……×Td×M的秩K张量，因为它是K个秩1张量
之和，每个秩1张量对应于从单个用户(即单个发送设备)接收的信号。在一个示例中，如果考虑无噪声情况(其中w＝0)，则接收信号y因此可以由以下方程(方程4)表示。
根据一个实施例，有益的是，具有d种模式(两种或更多种模式)的符号矢量216的张量结构的每个元素与对应的信号频率之间一一对应关系，以便在射频信号中调制符号矢量216，简化了射频信号的波形设计。
图3A是本公开的实施例提供的示例性场景的图示，该示例性场景描述了在用于随机接入通信的发送设备处没有信道编码的情况下处理示例性输入消息。结合图1A、图1B和图2A至图2C的元件描述图3A。参考图3A，示出了示例性场景300A，其中，在用于随机接入通信的发送设备102处没有信道编码的情况下处理输入消息。
根据示例性场景300A，在操作302中，发送设备102的编码器208用于获取具有七比特序列的输入消息mk(即，mk＝1000110；B＝7比特)，其中，消息(mk)中的k是指第k个发送设备(例如发送设备102)。
在操作304中，编码器208还用于通过划分输入消息mk的七比特序列来形成多个块(即mk,1、……、mk,d，其中，d是任意数)。在该示例性场景中，第一块(由mk,1表示)具有输入消息mk的七比特序列的前3比特的子序列(即mk,1＝100；B1＝3比特)。类似地，第d块(由mk,d表示)具有输入消息mk的七比特序列的最后2比特的子序列(即mk,d＝10；Bd＝2比特)。对应于多个块(mk,1、……、mk,d)中每个块的子序列(即B1、……、Bd)的比特数量之和等于输入消息mk的B比特数量(即
)。
在操作306中，编码器208还用于确定多个块(mk,1、……、mk,d)的多个矢量(即xk,1、……、xk,d)。多个矢量(xk,1、……、xk,d)中的第一矢量(由xk,1表示)对应于第一块(mk,1)，其中，第一矢量(xk,1)中的k是指第k个发送设备(例如，发送设备102)。类似地，第d矢量(由xk,d表示)对应于第d块(mk,d)。多个块(xk,1、……、xk,d)对应于多个子星座(即，C1、……、Cd)。在一个示例中，编码器208基于格拉斯曼星座结构确定多个子星座(C1、……、Cd)。
在操作308中，发送设备102的映射器电路210用于基于多个矢量的克罗内克积(即
)构造符号矢量(即sk)。符号矢量(sk)的构造也指星座映射，因为多个子星座(即，C1、……、Cd)映射到固定星座(即，对应于星座的符号矢量sk)。
图3B是本公开的另一实施例提供的示例性场景的图示，该示例性场景描述了在用于随机接入通信的发送设备处有信道编码的情况下处理示例性输入消息。结合图1A、图1B和图2A至图2C的元件描述图3B。参考图3B，示出了示例性场景300B，该示例性场景描述了在用于随机接入通信的发送设备102处有信道编码的情况下处理示例性输入消息。
根据示例性场景300B，在操作310中，发送设备102的编码器208用于获取具有七比特序列的输入消息mk(即，mk＝1000110；B＝7比特)，其中，输入消息(mk)中的k是指第k个发送设备(即发送设备102)。
在操作312中，编码器208还用于使用对比特序列增加冗余的信道码(例如信道码C)对比特序列进行编码，以获得编码比特序列(即mk'＝C(mk)＝00110101011(Bcoded＝11比特))。
在操作314中，编码器208还用于从编码比特序列形成多个块(即m′k,1、……、m′k,d，其中，d是任意数)。在该示例性场景中，11个编码比特的序列(即mk'＝C(mk)＝00110101011；Bcoded＝11比特)被划分为d个块。第一块(由m′k,1表示)具有11个编码比特的序列的前3比特的子序列(即m′k,1＝001；B1＝3比特)。类似地，第d块(由m′k,d表示)具有11个编码比特的序列的最后2比特的子序列(即m′k,d＝11；Bd＝2比特)。对应于多个块(即m′k,1、……、m′k,d)中的每个块的子序列(即B1、……、Bd)的比特数量之和等于Bcoded比特的数量，即
在操作316中，编码器208还用于确定多个块(m′k,1、……、m′k,d)的多个矢量(即xk,1、……、xk,d)。多个矢量(xk,1、……、xk,d)中的第一矢量(由xk,1表示)对应于第一块(m′k,1)，其中，第一矢量(xk,1)中的k是指第k个发送设备(即，发送设备102)。类似地，第d矢量(由xk,d表示)对应于第d块(m′k,d)。多个块(xk,1、……、xk,d)对应于多个子星座(即，C1、……、Cd)。
在操作318中，发送设备102的映射器电路210用于基于多个矢量的克罗内克积(即
)构造符号矢量(即sk)。符号矢量(sk)的构造也指星座映射。星座(sk)的元素数量等于
个元素。
图4A是本公开的实施例提供的示出接收设备的各种示例性组件的框图。结合图1A、图1B、图2A至图2C、图3A和图3B的元件描述图4A。参考图4A，示出了接收设备104的框图400A。接收设备104包括至少一个天线402、控制电路404和存储器406。接收设备104还包括预处理电路408、均衡器电路410和多个解码器412。在一种实现方式中，预处理电路408、均衡器电路410和多个解码器412可以是控制电路404的一部分。在另一种实现方式中，预处理电路408、均衡器电路410和多个解码器412都是单独的电路或模块(并且可以不是控制电路404的一部分)。预处理电路408、均衡器电路410和多个解码器412通信地耦合到存储器406和天线402。接收设备104包括至少一个天线，例如天线402(或1、2、3、……、M个天线)。
至少一个天线402用于同时从多个发送设备108接收多个射频信号。有益的是，接收设备104处的接收天线的数量可以小于发送信号的数量。天线402的实现示例类似于天线206(图2A)的实现示例。
在一种实现方式中，控制电路404用于在数字域中从接收到的多个射频信号估计多个符号矢量，并隔离所述多个符号矢量。控制电路404用于执行存储在存储器406中的指令。控制电路404的实现示例类似于控制电路202(图2A)的实现示例。类似地，存储器406的实现示例类似于图2A的存储器204的实现示例。
预处理电路408用于执行预处理操作，以在数字域中从接收到的多个射频信号生成输出信号(例如，接收矢量y)。预处理电路408执行预处理操作，例如对接收到的多个射频信号中的每个射频信号进行解调，将模拟域中的解调信号转换到数字域，然后进行资源解映射，其中，执行符号同步和切片以产生第一接收信号(即矩阵Y)，然后使用矢量化操作对其进行矢量化，以产生第二接收信号(即，使用方程3的接收矢量Y)，它是预处理电路408的输出信号。
均衡器电路410是非相干均衡器，其中，当估计多个符号矢量时，信道状态信息是未知的。均衡器电路410也称为多用户分离器或多用户非相干均衡器。均衡器电路410用于从输出信号估计多个符号矢量，所述输出信号是从预处理电路408接收的。
在一种实现方式中，均衡器电路410还用于执行第一类型的解码，其中，均衡器电路410用于利用表示多个解码消息的最大可能数量的第一参数来估计活动发送设备的数量。在活动发送设备的数量(即K)对于接收设备104是未知的情况下，接收设备104利用第一参数(即Kmax)来表示基于输出信号(即接收矢量y)的解码消息的最大数量。第一参数(即Kmax)被选择为发送设备的活动数量(即K)的保守上限。假设第一参数大于或至少等于发送设备的活动数量(即Kmax≥K)。均衡器电路410还用于基于最大似然解码或规范多态分解执行第一类型的解码。高阶张量的规范多态分解是以最小数量的秩1张量分解。均衡器电路410还用于利用表示功率阈值的第二参数，其中，功率阈值用于丢弃估计的多个符号矢量的子集。例如，在图4C和图4D中进一步详细描述了与第一类型的解码相关的均衡器电路410的操作。在另一种实现方式中，均衡器电路410用于执行第二类型的解码，其中，均衡器电路410用于基于估计的多个符号矢量的总数的先验信息，计算多个符号矢量中的每个符号矢量的后验分布。例如，在图4E中进一步详细描述了与第二类型的解码相关的均衡器电路410的操作。
多个解码器412中的每个解码器是单用户解码器，用于对估计的多个符号矢量中的至少一个隔离符号矢量进行解码。多个解码消息的每个解码消息具有的比特序列对应于与多个发送设备108中的对应发送设备相关联的数据。
在一种实现方式中，多个解码器412中的至少一个解码器还用于对与第一隔离符号矢量相关联的多个矢量中的每个矢量执行解映射，以获得多个部分消息。在一个示例中，多个矢量(例如
)对应于由多个发送设备108中的一个发送设备形成的多个矢量(即xk,1、……、xk,d)。估计的部分消息(例如
)对应于由多个发送设备108中的一个发送设备形成的块(即mk,1)。类似地，多个部分消息(例如
)对应于由多个发送设备108中的一个发送设备形成的多个块(即mk,1、……、mk,d)。多个解码器412中的至少一个解码器还用于拼接多个部分消息，以重建具有比特序列的消息。继续上述示例，解码消息(即
)对应于多个发送设备(即108)中的一个发送设备的输入消息(即mk)。解码消息(即
)的比特长度(即B比特)与输入消息(即mk，传输消息)的比特长度(即B比特)相同。
在另一种实现方式中，多个解码器412中的至少一个解码器还用于拼接多个部分消息，以获得编码比特序列。在这种实现方式中，多个解码器412中的至少一个解码器还用于使用逆信道码对编码比特序列进行解码，以重建具有比特序列的消息，所述逆信道码从编码比特序列中去除冗余。在多个发送设备108中的一个发送设备使用信道码的情况下，在接收设备104处获得的多个部分消息表示为
部分消息(例如
)对应于多个发送设备108中的一个发送设备的编码输入消息(即
)的一部分。例如，在图4C和图4D中进一步详细描述了与第一类型的解码相关的多个解码器412的操作。此外，在图4E中进一步详细描述了与第二类型的解码相关的多个解码器412的操作。
图4B是本公开的实施例提供的接收设备处的预处理操作的图示。结合图1A、图1B、图2A至图2C、图3A、图3B和图4A的元件描述图4B。参考图4B，示出了框图400B，该框图包括多个天线(例如天线414A、414B、414C、……、414M)、多个解调器(例如解调器416A、416B、416C、……、416M)、多个模数转换器(例如ADC 418A、418B、418C、……、418M)、符号同步和切片电路420、矩阵Y 422和接收矢量y 424。在一种实现方式中，多个天线、多个解调器、多个ADC以及符号同步和切片电路420是预处理电路408的一部分。
接收设备104的天线414A、414B、414C、……、414M中的至少一个天线用于同时接收由多个发送设备108发送的多个射频信号(在模拟域中)。解调器416A、416B、416C、……、416M中的每个解调器用于对多个接收到的射频信号中的至少一个接收到的射频信号进行解调。在一个示例中，解调器416A、416B、416C、……、416M中的每个解调器可以是OFDM解调器，其通过使用快速傅里叶变换(fast Fourier transform，FFT)操作解调对应的射频信号。ADC 418A、418B、418C、……、418M中的每个ADC用于将多个接收到的射频信号中对应的解调射频信号从模拟域转换到数字域。
符号同步和切片电路420用于执行资源解映射，其中，执行符号同步和切片以生成第一接收信号(即矩阵Y 422)。使用(图1B的)方程(3)推导的第一接收信号(即矩阵Y422)具有矩阵数据结构，该矩阵数据结构表示来自接收到的多个射频信号的集体(或合并)信息。在一种实现方式中，符号同步和切片电路420用于在接收设备104的时频网格中保持同步。执行接收设备104与传输符号的时间和频率同步，以对T信道使用(例如在时频网格中)进行切片，以便输出第二接收信号(即接收矢量y 424)的所有元素。在另一种实现方式中，符号同步和切片电路420用于在新空口(new radio，NR)标准中在时频网格中对信道使用进行切片。然后，矩阵Y 422被矢量化(使用矢量化)，以使用方程3(图1B)获得第二接收信号(即接收矢量y 424)。
图4C是本公开的实施例提供的使用第一类型的解码，在图4B的预处理操作后，接收设备处的处理流水线的图示。结合图1A、图1B、图2A至图2C、图3A、图3B、图4A和图4B的元件描述图4C。参考图4C，示出了用于第一类型的解码(例如硬解映射)的处理流水线400C。还示出了多个解码器(例如解码器426A、426B、……、426K)和多个解码消息428A、428B、……、428K(例如，也由估计比特表示)。
均衡器电路410用于从接收矢量y 424估计多个符号矢量(即
)，并隔离多个符号矢量。均衡器电路410处的接收矢量y 424用以下方程表示。
其中，
均衡器电路410是非相干均衡器，其中，当估计多个符号矢量时，信道状态信息(channel state information，CSI)是未知的。均衡器电路410用于执行第一类型的解码，其中，均衡器电路410用于利用表示多个解码消息的最大可能数量的第一参数Kmax来估计活动发送器的数量。均衡器电路410用于基于最大似然解码或规范多态分解执行第一类型的解码，例如在图4D中详细描述。
解码器426A、426B、……、426K中的每个解码器是指单用户解码器，用于对估计的多个符号矢量
中的一个隔离符号矢量
进行解码，以获得多个解码消息428A、428B、……、428K(例如，也表示为估计比特或估计消息
)。例如，解码消息428A具有的估计比特序列(例如
)对应于与多个发送设备108中的对应发送设备相关联的数据。类似地，第K个解码消息428K
具有的估计比特序列(例如
)对应于与多个发送设备108中的第K个发送设备108K相关联的数据。
图4D是本公开的实施例提供的接收设备的均衡器电路处的示例性第一类型的解码操作400D的图示。结合图1A、图1B、图2C和图4C的元件描述图4D。参考图4D，示出了操作430和432、第一参数434、第二参数436和接收矢量y 424。
在操作430中，接收设备104的均衡器电路410用于对接收矢量y 424执行第一类型的解码。基于最大似然解码或规范多态分解执行第一类型的解码。均衡器电路410用于从接收矢量y 424估计多个符号矢量
多个符号矢量
对应于多个传输的符号矢量(s1、s2、……、sK)。均衡器电路不知道多个发送设备的身份(即k个索引)，因此，多个解码消息被解码，直到置换索引(即1、……、K)。均衡器电路410还用于利用表示多个解码消息的最大可能数量的第一参数434(即Kmax)来估计活动发送设备的数量。第一参数434(Kmax)被选择为活动发送设备的估计数量的保守上限。因此，第一参数434(Kmax)可以大于或等于发送设备的数量(即Kmax≥K)。
在操作430中，在选择最大似然解码的情况下，执行对星座的穷举搜索和hk(k＝1、……、Kmax)的线性估计。最大似然解码提供了优化方程(6)的解。优化是在离散域C1、……、Cd上进行的。
在操作432中，可选地，执行功率门限。均衡器电路410还用于利用表示功率阈值的第二参数436(即Pmin)，其中，功率阈值用于丢弃估计的多个符号矢量的子集。在一个示例中，当与估计的多个符号矢量中的每个符号矢量相关联的功率小于功率阈值时，丢弃估计的多个符号矢量的子集，以获得子集。因此，根据方程(6)，在最大似然解码的情况下，在丢弃估计的多个符号矢量的子集之后，估计的多个符号矢量的剩余估计的符号矢量由
表示，其表示活动发送设备的准确估计，即
此外，在选择最大似然解码的情况下，使用第二参数436(即Pmin)进行功率门限由以下方程(方程7)表示。
在操作430中，在选择规范多态分解的情况下，将阶数严格大于2的张量结构分解为秩1分量。
(其中，y是指接收矢量y424)的多态分解等效于将接收信号(即接收矢量y424)分离为其单用户分量，即，它能够恢复和的所有元素
因此，规范多态分解也称为无约束低秩张量分解。规范多态分解的复杂性通常低于最大似然解码。规范多态分解解码提供了优化方程(8)的解。此优化是在连续域
上执行的。
优化方程(8)寻找最接近张量
的维度为T1×……×Td×M的秩Kmax张量，其中，
是图2C中描述的张量化操作。可选地，在没有噪声的情况下，对于K、T1、……、Td的某些值，如果Kmax≥K，规范多态分解可以可靠地从K个用户分离并恢复估计的符号，直到置换，即，对于任何1≤i≤d，1≤k≤K，
其中，σ是应用于1……Kmax的置换函数。
在操作432中，与规范多态分解解码相关联的功率门限用以下方程(方程9)表示。
均衡器电路410基于功率阈值(Pmin)选择估计的用户(即，对于多个估计的符号矢量和信道系数，估计的活动发送设备(即
)，即
)。
根据实施例，解码器426A、426B、……、426K中的每个解码器用于执行与第一隔离符号矢量相关联的多个矢量
中的每个矢量的解映射，以获得多个部分消息。此后，解码器426A、426B、……、426K中的每个解码器还用于拼接多个部分消息，以重建具有比特序列的消息(即，解码消息428A，也表示为
)。在检测到信道编码的情况下，解码器426A、426B、……、426K中的每个解码器还用于拼接多个部分消息以获得编码比特序列。此后，解码器426A、426B、……、426K中的每个解码器还用于使用逆信道码对编码比特序列进行解码，以重建具有比特序列的消息，所述逆信道码从编码比特序列中去除冗余。当检测到对编码比特序列的信道编码时，应用逆信道码。
在某些场景下，通常，估计的矢量
可能不是子星座Ci的成员。在这些场景下，使用以下方程(10)基于某种计算对估计的矢量
进行解码。
其中，
是执行整数的二进制表示的运算符。在一种实现方式中，如果解码输出是错误，则丢弃解码消息。否则，解码消息
被添加到解码消息的列表(即，多个解码消息428A、428B、……、428K)。
图4E是本公开的实施例提供的使用第二类型的解码，在图4B的预处理操作后，接收设备处的处理流水线的图示。结合图1A、图1B、图4A和图4B的元件描述图4E。参考图4E，示出了在接收设备104处使用第二类型的解码的处理流水线400E。还示出了均衡器电路410、接收矢量y 424、解码器426A、426B、……、426K和解码消息428A、428B、……、428K(也可以表示为估计比特或估计消息
)。
根据实施例，接收设备104的均衡器电路410用于对接收矢量y 424执行第二类型的解码。第二类型的解码也称为软解码。均衡器电路410用于执行第二类型的解码，其中，均衡器电路410用于基于估计的多个符号矢量的总数的先验信息，计算多个符号矢量中的每个符号矢量的后验分布。多个符号矢量中每个符号矢量的后验分布取决于先验分布和似然函数。先验分布涉及估计的多个符号矢量的总数的信息。似然函数涉及估计的多个符号矢量中的信息。以此方式，后验分布总结了从估计的多个符号矢量接收的信息。
根据实施例，均衡器电路410还用于输出多个发送设备在星座(例如sk∈C)上的后验概率分布(即p(sk|y))(即p(s1|y)、p(s2|y)、……、
)。在这种情况下，
被认为等于第一参数434(即
)。对应于多个发送设备的多个估计的符号矢量(即
)被共同表示为维度为
的矩阵S(即
)。给定发送设备的后验概率分布可以计算为多个概率的集合，并由以下方程(方程11)表示。
其中，对于所有cj∈C，p(Y|S)是以S的知识为条件的随机量Y的概率密度。在一个示例中，矩阵W和H的元素可以假设为是高斯独立的，并且是相同分布的随机变量。在这种情况下，
其中，∑是对角矩阵，其对角元素包括所有
个发送设备的噪声信号比。每个噪声信号比是矩阵W的元素的方差与
的元素的方差之间的比值。
基于后验概率分布，解码器426A、426B、……、426K中的每个解码器用于计算每个比特位置(对于所有1≤i≤d和1≤j≤Bi)的多个比特概率，其从以下方程(方程13)推导(或对应于以下方程)
其中，b＝0或b＝1，
是星座Ci中第j比特等于b的符号集合。多个比特概率用作解码器功能(例如解码器426A、426B、……、426K)的输入，其被定义为关于编码器功能的倒数运算(例如，取决于编码侧使用的信道码的类型)。可选地，使用结构化星座用于Ci，导致多个比特概率的低复杂性计算。通过使用后验概率分布，解码器426A、426B、……、426K中的每个解码器输出解码消息428A、428B、……、428K。
在某些场景下，多个发送设备108(图1B)中的每个发送设备可以具有多个天线。或者，在多个发送设备108中的每个发送设备具有N大于1的N个天线的情况下，则在这种情况下，多个发送设备108中的每个发送设备和接收设备104的某些操作可以被适配。例如，在一种实现方式中，对星座C进行修改，并将修改后的星座表示为C′。修改后的星座C′的元素是维度T×N的矩阵。修改后的星座C′的矩阵由cjaT表示，对于所有cj∈C，a作为大小为N的固定矢量。在这种实现方式中，均衡器电路410和多个解码器412保持不变。
在另一种实现方式中，修改星座C，其中，第k个发送设备108k发送的符号矢量Sk表示为
其中，每个Xk,i都是大小为TixNi(对于i＝1……d)的矩阵，Ti＝T1、……、Td且Ni＝N1、……、Nd使得
且
子星座(Xk,i或Ck,i)在星座Ci中反映为
每个Cj,i是维度为TixNi的矩阵。在这种实现方式中，均衡器电路410提供了由以下方程(14)和(15)表示的两个解。均衡器电路410使用方程(14)或方程(15)。多个解码器412中的每个解码器的执行与单天线发送设备(例如发送设备102)的情况类似。
图5是本公开的实施例提供的示例性场景的图示，该示例性场景描述了从用于随机接入通信的发送设备处的输入消息构造符号矢量。结合图1A、图1B、图2A至图2C、图3A、图3B和图4A至图4E的元件描述图5。参考图5，示出了描述发送设备102处构造符号矢量的示例性场景500。
根据示例性场景500，在操作502中，发送设备102的编码器208用于获取具有七比特序列的输入消息mk(即，mk＝1000110；B＝7比特)，其中，输入消息(mk)中的k是指第k个发送设备(即发送设备102)。
在操作504中，编码器208还用于使用对比特序列增加冗余的信道码(例如信道码C)对比特序列进行编码，以获得八个编码比特的序列(即mk'＝C(mk)＝00110111；Bcoded＝8比特)。
在操作506中，编码器208还用于从八个编码比特的序列形成多个块(即mk,1、mk,2、mk,3)。在这种情况下，八个编码比特的序列(mk'＝C(mk)＝00110111)被划分成3个块(即d＝3)。第一块(由m1表示)具有八个编码比特的序列的前3比特的子序列(即mk,1＝001；B1＝3比特)。类似地，第二块(由mk,2表示)具有八个编码比特的序列的后续3比特的子序列(即mk,2＝101；B2＝3比特)。第三块(由mk,3表示)具有八个编码比特的序列的后续2比特的子序列(即mk,3＝11；B3＝2比特)。对应于多个块(即mk,1、mk,2、mk,3)中每个块的子序列(即B1、B2、B3)的比特数量之和等于Bcoded比特的数量，即
在另一种实现方式中，多个块可以通过复制八个编码比特的序列而形成。
在操作508中，编码器208还用于确定多个块(即mk,1、mk,2、mk,3)的多个矢量(即xk,1、xk,2、xk,3)。在这种情况下，第一矢量(由xk,1表示)对应于第一块(mk,1)，其中，第一矢量(xk,1)中的k是指第k个发送设备(例如发送设备102)。第一矢量(xk,1)的矢量大小为2(即T1＝2)。第一矢量(xk,1)在每个维度中都有一个元素。例如，第一矢量(xk,1)的第一元素(即xk,1,1)在一个维度中的值为“0”。第一矢量(xk,1)的第二元素(即xk,1,2)在第二维度中的值为“1”。类似地，第二矢量(由xk,2表示)对应于第二块(mk,2)。第二矢量(xk,2)的矢量大小为3(即T2＝3)。第二矢量(xk,2)在每个维度中都有一个元素。例如，第二矢量(xk,2)的第一元素(即xk,2,1)在一个维度中的值为“0”，第二矢量(xk,2)的第二元素(即xk,2,2)在第二维度中的值为“0.7”。第二矢量(xk,2)的第三元素(即xk,2,3)在第三维度中的值为“0.7”。类似地，第三矢量(由xk,3表示)对应于第三块(mk,3)。第三矢量(xk,3)的矢量大小为2(即T3＝2)。第三矢量(xk,3)的第一元素(即xk,3,1)的值为“0.7”，第三矢量(xk,3)的第二元素(即xk,3,2)的值为“–0.7”。多个矢量中的每个矢量的矢量大小的乘积等于信道使用数量(即
)。因此，在这种情况下，T＝12(即2*3*2＝12)。
在操作510中，发送设备102的映射器电路210用于基于多个矢量的克罗内克积(即
)构造符号矢量(即sk)。符号矢量的构造也称为星座映射。在示例性场景500中，克罗内克积导致第一矢量(xk,1)的第一元素(即xk,1,1)与第二矢量(xk,2)的第一元素(即xk,2,1)以及与第三矢量(xk,3)的第一元素(即xk,3,1)相乘。相乘输出值为“0”的符号矢量(sk)的元素(即xk,1,1xk,2,1xk,3,1)。类似地，第一矢量(xk,1)的第二元素(即xk,1,2)与第二矢量(xk,2)的第一元素(即xk,2,1)以及与第三矢量(xk,3)的第一元素(即xk,3,1)相乘。相乘输出值为“0”的符号矢量(sk)的元素(即xk,1,2xk,2,1xk,3,1)。以此方式，如下文所示，相乘根据多个矢量(xk,1、xk,2、xk,3)的维度进行，提供符号矢量(sk)的多个元素。克罗内克积的输出，即符号矢量(sk)的克罗内克结构通过以下表达式(16)表示。
符号矢量的大小(即，T＝12)等于多个矢量中每个矢量的矢量大小的乘积(即，T＝T1T2T3(T1＝2、T2＝3、T3＝2))。符号矢量sk表示的张量的模式数量为d＝3。
图6A和图6B共同是本公开的实施例提供的示例性场景的图示，该示例性场景描述了在接收设备处恢复与用于随机接入通信的多个发送设备相关联的传输消息的示例性处理。结合图1A、图1B、图2A至图2C、图3A、图3B、图4A至图4E和图5的元件描述图6A和图6B。参考图6A，示出了描述接收设备104处多个子星座的估计的示例性场景600A。
根据示例性场景600A，在操作602中，接收设备104的两个接收天线(即M＝2)同时接收两个射频信号。接收设备104的预处理电路408执行预处理操作，例如对两个接收到的射频信号中的每个射频信号进行解调，将模拟域中的解调信号转换到数字域，然后进行资源解映射，其中，执行符号同步和切片以使用图1B的方程(2)产生第一接收信号(即矩阵Y602A)。矩阵Y 602A是T×M矩阵，其中，T＝12且M＝2，并且其中T＝12等于信道使用的数量(即12个信道使用)。在矩阵Y 602A中，每个列空间对应于两个接收天线M中的每个接收天线。然后，使用矢量化操作对第一接收信号(即矩阵Y 602A)进行矢量化，以产生第二接收信号(即，使用方程3的接收矢量y 602B)，其是预处理电路408的输出信号。
在604中，接收设备104的均衡器电路410用于启动第一类型的解码。将接收矢量y602B张量化以获得用以下数学表达式(17)表示的张量(即
)。
张量
表示为维度为T3×M的块矩阵。张量
有四个块，每个块的条目数计算为T1×T2(在这种情况下，T1＝2、T2＝3、T3＝2)。张量的阶数大于2(在这种情况下，阶数为3或d＝3)。
在操作606中，均衡器电路410还用于对张量(例如张量
)执行规范多态分解，以估计多个矢量。均衡器电路410用于利用表示多个解码消息的最大可能数量的第一参数(即Kmax)来估计活动发送器的数量。在该示例性场景600A中，估计两个活动发送设备(即
)。每个活动发送设备都有自己的估计的多个矢量的集合。估计的多个矢量(即，
)的第一矢量集合对应于第一活动发送设备(即，发送设备102)，估计的多个矢量(即，
)的第二矢量集合对应于第二活动发送设备。在示例性场景600A中，来自估计的多个矢量的第一集合的估计矢量(即
)具有两个维度，每个维度中有一个元素，表示为
类似地，另一个估计矢量(即
)具有三个维度，每个维度中有一个元素，表示为
另一个估计矢量(即
)具有两个维度，每个维度中有一个元素，表示为
类似地，第二矢量集合及其相应的元素表示为
参考图6B，在操作608中，多个解码器412中的每个解码器(例如单用户解码器)用于对估计的多个矢量中的每个矢量执行解映射，以获得多个部分消息。对应于第一活动发送设备的多个部分消息表示为
类似地，对应于第二活动发送设备的多个部分消息表示为
多个部分消息中的每个部分消息都具有比特子序列。多个部分消息中的每个部分消息的比特子序列与示例性场景500的操作506处对应于多个块(即分别为m′1,1、m′1,2、m′1,3和m′2,1、m′2,2、m′2,3)的比特子序列相同。
在操作610中，多个解码器412中的每个解码器用于拼接多个部分消息以获得编码比特序列。对应于第一活动发送设备的编码比特序列(即
)与八个编码比特的序列相同(即m1'＝C(m1)＝00110111)。对应于第二活动发送设备的编码比特序列为
在操作612中，多个解码器412中的每个解码器用于使用逆信道码对编码比特序列进行解码，以重建具有比特序列的消息，所述逆信道码从编码比特序列中去除冗余。当检测到对编码比特序列的信道编码时，应用逆信道码。对于第一活动发送设备，重建消息(即第一解码消息)具有比特序列(即
)，与具有比特序列的输入消息m相同(即m1＝1000110)。另一个重建消息(即第二解码消息)具有对应于第二活动发送设备的比特序列(即
)。
图7是本公开的实施例提供的用于随机接入通信的方法700的流程图。方法700由发送设备102执行。方法700包括步骤702至710。
在步骤702中，获取具有比特序列的输入消息。发送设备102的编码器208用于获取输入消息。例如，在图1A、图2B和图3A中已经详细描述了获取输入消息的示例。
在步骤704中，由比特序列形成多个块。编码器208还用于通过划分或复制比特序列来形成多个块。例如，在图1A和图3A中已经详细描述了形成多个块的示例。
在步骤706中，确定多个块的多个矢量。编码器208还用于确定多个块的多个矢量。例如，在图1A和图3A中详细描述了确定多个矢量的示例。
在步骤708中，基于多个矢量构造符号矢量。映射器电路210用于基于多个矢量构造符号矢量。符号矢量是基于多个矢量的至少一个克罗内克积(或多个克罗内克积)构造的。例如，在图1A、图2B和图3A中已经详细描述了构造符号矢量的示例。
在步骤710中，发送设备102通过射频信号将构造的符号矢量发送到接收设备104。构造的符号矢量表示在射频信号中调制的符号。天线206用于通过射频信号发送构造的符号矢量。例如，在图1A和图2B中已经详细描述了构造符号矢量的示例。
根据实施例，方法700还包括：使用对比特序列增加冗余的信道码对比特序列进行编码以获得编码比特序列，其中，当比特序列通过信道码编码时，多个块从编码比特序列形成。例如，在图1A、图3B和图5中详细描述了使用信道码对比特序列进行编码。
根据实施例，方法700还包括：确定具有两种或更多种模式的符号矢量的张量结构的每个元素与对应的信号频率之间的一一对应关系，以便调制射频信号中的符号矢量。例如，在图1A、图2A、图2B和图2C中已经详细描述了一一对应关系的这种确定。
步骤702至710仅仅是说明性的，还可以提供其它替代方案，其中添加一个或多个步骤，删除一个或多个步骤，或以不同的顺序提供一个或多个步骤，而不脱离本文权利要求的范围。
在一个方面，提供了一种计算机程序产品，包括存储有计算机程序代码的非瞬时性计算机可读存储介质，所述计算机程序代码可由处理器执行以执行方法700。非瞬时性计算机可读存储介质的实现示例与存储器204的实现示例相同。处理器的示例与控制电路202的示例相同。
图8是本公开的实施例提供的用于随机接入通信的方法800的流程图。方法800由接收设备104执行。方法800包括步骤802、804和806。
在步骤802中，从多个发送设备(例如，多个发送设备108)同时接收多个射频信号。接收设备104的至少一个天线402用于同时从多个发送设备108接收多个射频信号。例如，在图1B、图4A和图4B中已经详细描述了接收多个射频信号的示例。
在步骤804中，在数字域中从接收到的多个射频信号估计多个符号矢量。此外，隔离多个符号矢量。例如，在图1B、图4A、图4C和图4D中已经详细描述了估计多个符号矢量。
在步骤806中，对估计的多个符号矢量中的每个隔离符号矢量进行解码，以获得多个解码消息。每个解码消息具有的比特序列对应于与多个发送设备(例如多个发送设备108)中的对应发送设备相关联的数据。例如，在图1B、图4A、图4C、图4D、图4E、图6A和图6B中已经详细描述了解码以获得多个解码消息的示例。
根据实施例，方法800还包括：接收设备104执行第一类型的解码，其中，利用表示多个解码消息的最大可能数量的第一参数来估计活动发送设备的数量。方法800还包括：接收设备104基于最大似然解码或规范多态分解执行第一类型的解码。例如，在图1B、图4C、图4D、图6A和图6B中已经详细描述了第一类型的解码的示例。
根据实施例，方法800还包括：接收设备104利用表示功率阈值的第二参数，其中，功率阈值用于丢弃估计的多个符号矢量的子集。例如，在图1B和图4D中已经详细描述了使用第二参数的示例。
根据实施例，方法800还包括：接收设备104对与第一隔离符号矢量相关联的多个矢量中的每个矢量执行解映射，以获得多个部分消息。方法800还包括：接收设备104拼接多个部分消息，以重建具有比特序列的消息。例如，在图1B、图4A、图4C、图4D、图6A和图6B中详细描述了对多个矢量中的每个矢量进行解映射并拼接的示例。
根据实施例，方法800还包括：接收设备104拼接多个部分消息以获得编码比特序列。方法800还包括：接收设备104使用从编码比特序列中去除冗余的逆信道码对编码比特序列进行解码，以重建具有比特序列的消息，其中，当检测到对所述编码比特序列的信道编码时，应用所述逆信道码。例如，在图1B、图4A、图4C、图4D、图6A和图6B中已经详细描述了拼接、通过逆信道码解码的示例。
根据实施例，方法800还包括：接收设备104执行第二类型的解码，其中，均衡器电路410用于基于估计的多个符号矢量的总数的先验信息，计算多个符号矢量中的每个符号矢量的后验分布。例如，在图4A和图4E中已经详细描述了第二类型的解码的示例。
步骤802、804和806仅仅是说明性的，还可以提供其它替代方案，其中添加一个或多个步骤，删除一个或多个步骤，或以不同的顺序提供一个或多个步骤，而不脱离本文权利要求的范围。
在另一个方面，提供了一种计算机程序产品，包括存储有计算机程序代码的非瞬时性计算机可读存储介质，所述计算机程序代码可由处理器执行以执行方法800。非瞬时性计算机可读存储介质的实现示例与存储器204或存储器406的实现示例相同。处理器的示例与控制电路404的示例相同。
图9是本公开的实施例提供的示出不同信号构造方法的比较结果的图形表示。结合图1A、图1B、图2A至图2C、图3A、图3B、图4A-图4E、图5、图6A、图6B、图7和图8的元件描述图9。参考图9，示出了图形表示900，该图形表示具有表示用户数量K的X轴902A，和表示平均误块率(AvgBLER)的平均错误概率的Y轴902B。用户数量对应于发送设备的数量K。
在图形表示900中，第一线904表示当使用已知方法(即基于稀疏回归代码(sparseregression code，SPARC)的传统方法，例如使用SPARC L＝32)设计波形时，随着系统中用户数量变化的平均错误概率的测量结果。第二线906表示当通过使用另一种已知方法(例如基于时分多址(time division multiple access，TDMA)的传统方法，例如使用码本TDMA)设计波形时，随着同一系统中用户数量变化的平均错误概率的测量结果。
在图形表示900中，第三线908表示当通过使用具有张量分解I的克罗内克结构(其中，d＝2，T1＝64，T2＝50)设计波形时，随着同一系统中用户数量变化的平均错误概率的测量结果。第四线910表示当通过使用具有张量分解II的克罗内克结构(其中，d＝3，T1＝20，T2＝16，T3＝10)设计波形时，相对于同一系统中用户数量的平均错误概率的测量结果。类似地，第五线912表示当通过使用具有张量分解III的克罗内克结构(其中，d＝5，T1＝8，T2＝5，T3＝5，T4＝4，T5＝4)设计波形时，相对于同一系统中用户数量的平均错误概率的测量结果。
在一个示例中，上述系统对应于图1B的系统100B。用于实验测试和测量的系统包括K个发送设备(每个发送设备具有N＝1个天线)，这些发送设备在T＝3200个信道使用中发送B＝96比特的序列，功率系数等于P1＝……＝PK＝1，H的元素来自方差1的复高斯分布，W的元素来自方差101.5的复高斯分布，选择的子星座是格拉斯曼立方分割星座，在活动用户数量(即Kmax＝K和Pmin＝0)下，三种不同的张量分解通过以下参数使用。
d＝2，T1＝64，T2＝50，其中B1＝48，B2＝48
d＝3，T1＝20，T2＝16，T3＝10，其中B1＝32，B2＝32，B3＝32
d＝5，T1＝8，T2＝5，T3＝5，T4＝4，T5＝4，其中B1＝20，B2＝19，B3＝19，B4＝19，B5＝19
在用于实验测试的系统中，接收设备侧获得的解码消息列表与发送设备发送的传输消息列表之间不匹配的平均错误概率用作错误度量。或者，计算解码消息列表中尚未发送的消息的比例与不在解码消息列表中并且已发送的消息的比例的相加结果。所使用的接收设备类似于图1B的接收设备104，该接收设备具有M＝50个天线。如图9所示，观察到对于相同数量的用户(即大约50至250个用户)，传统方法(即基于SPARC和TDMA的方法)(由第一线904和第二线906表示)的平均错误概率较高，而张量分解I、II和III(由第三线908、第四线910和第五线912表示)的平均错误概率显著较小。张量分解I、II和III对应于用于本公开中描述的符号矢量构造和波形设计的张量结构(具体地，克罗内克结构)。此外，还观察到，基于张量的星座(即符号矢量构造)可以支持多达550个用户，同时实现低于10–2的错误概率，从而显著改进现有技术。此外，发现传统方法仅支持较少数量的用户(例如，在可接受的错误概率下大约100个用户)，并且错误概率随着用户数量的增加而增加并变得不可接受。与传统系统相反，如图所示，张量分解III可以支持多达500至550个用户，实现低于10–2的平均错误概率。基于张量的星座(即使用克罗内克积的符号矢量构造)还可以通过修改参数d和T1、……、Td进一步增加用户数量(大于500)。
在不脱离所附权利要求书所定义的本公开范围的情况下，可以对上文描述的本公开实施例进行修改。如“包括”、“结合”、“具有”、“是/为”等用于描述和要求保护本公开的表述旨在以非排他性的方式解释，即允许未明确描述的项目、组件或元素也存在。对单数的引用也应解释为与复数有关。本文使用的词语“示例性”表示“作为一个示例、实例或说明”。任何描述为“示例性的”实施例并不一定解释为优先或优越于其它实施例和/或并不排除结合其它实施例的特征。本文使用的词语“可选地”表示“在一些实施例中提供且在其它实施例中没有提供”。应当理解，为了清楚起见而在单独实施例的上下文中描述的本公开的某些特征还可以通过组合提供在单个实施例中。相反地，为了简洁起见在单个实施例的上下文中描述的本发明的各个特征也可以单独地或以任何合适的组合或作为本公开的任何其它描述的实施例提供。
Claims (17)
1.一种用于随机接入通信的发送设备(102)，其特征在于，包括：
编码器(208)，用于：
获取具有比特序列的输入消息；
从所述比特序列形成多个块；以及
确定所述多个块的多个矢量；
映射器电路(210)，用于基于所述多个矢量构造符号矢量；以及
天线(206)，用于通过射频(RF)信号向接收设备(104)发送所述构造的符号矢量，其中，所述构造的符号矢量表示在所述射频信号中调制的符号。
2.根据权利要求1所述的发送设备(102)，其特征在于，所述符号矢量是基于所述多个矢量的至少一个克罗内克积构造的。
3.根据权利要求1或2所述的发送设备(102)，其特征在于，所述编码器(208)还用于使用对所述比特序列增加冗余的信道码对所述比特序列进行编码，以获得编码比特序列，其中，当所述比特序列通过所述信道码编码时，所述多个块从所述编码比特序列形成。
4.根据前述权利要求中任一项所述的发送设备(102)，其特征在于，所述多个矢量对应于多个子星座，所述符号矢量对应于一个星座，其中，所述星座为所述多个子星座的笛卡尔积，并且所述多个矢量中的每个矢量的矢量大小的乘积等于信道使用数量。
5.根据权利要求4所述的发送设备(102)，其特征在于，所述多个子星座中的每个子星座具有选自下列至少一项的结构：格拉斯曼星座、立方分割星座、规范基、单元素码本或其中所述多个矢量中的每个矢量被划分为导频部分和数据部分的星座。
6.根据前述权利要求中任一项所述的发送设备(102)，其特征在于，所述符号矢量具有秩1张量结构、秩n张量结构或秩K张量结构中的至少一种张量结构，其中，所述映射器电路(210)还用于确定具有两种或更多种模式的所述符号矢量的所述张量结构的每个元素与对应的信号频率之间的一一对应关系，以便调制所述射频信号中的所述符号矢量。
7.一种用于随机接入通信的接收设备(104)，其特征在于，包括：
至少一个天线(402)，用于同时从多个发送设备(108)接收多个射频信号；
均衡器电路(410)，用于在数字域中从所述接收到的多个射频信号估计多个符号矢量，并隔离所述多个符号矢量；以及
多个解码器(412)，其中，每个解码器用于对所述估计的多个符号矢量中的一个隔离符号矢量进行解码，以获得多个解码消息，其中，每个解码消息具有的比特序列对应于与所述多个发送设备(108)中的对应发送设备相关联的数据。
8.根据权利要求7所述的接收设备(104)，其特征在于，所述均衡器电路(410)是非相干均衡器，其中，当估计所述多个符号矢量时，信道状态信息是未知的。
9.根据权利要求7或8所述的接收设备(104)，其特征在于，所述均衡器电路(410)用于执行第一类型的解码，其中，所述均衡器电路(410)用于：
利用表示所述多个解码消息的最大可能数量的第一参数(434)来估计活动发送设备的数量；以及
基于最大似然解码或规范多态分解执行所述第一类型的解码。
10.根据权利要求9所述的接收设备(104)，其特征在于，所述均衡器电路(410)还用于利用表示功率阈值的第二参数(436)，其中，所述功率阈值用于丢弃所述估计的多个符号矢量的子集。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的接收设备(104)，其特征在于，所述多个解码器(412)中的至少一个解码器还用于对与第一隔离符号矢量相关联的所述多个矢量中的每个矢量执行解映射，以获得多个部分消息。
12.根据权利要求11所述的接收设备(104)，其特征在于，所述多个解码器(412)中的所述至少一个解码器还用于拼接所述多个部分消息，以重建具有比特序列的消息。
13.根据权利要求11所述的接收设备(104)，其特征在于，所述多个解码器(412)中的所述至少一个解码器还用于：
拼接所述多个部分消息，以获得编码比特序列；以及
使用从所述编码比特序列中去除冗余的逆信道码对所述编码比特序列进行解码，以重建具有比特序列的消息，其中，当检测到对所述编码比特序列的信道编码时，应用所述逆信道码。
14.根据权利要求7或8所述的接收设备(104)，其特征在于，所述均衡器电路(410)用于执行第二类型的解码，其中，所述均衡器电路(410)用于基于所述估计的多个符号矢量的总数的先验信息，计算所述多个符号矢量中的每个符号矢量的后验分布。
15.一种用于随机接入通信的方法(700)，其特征在于，包括：
发送设备(102)的编码器(208)获取具有比特序列的输入消息；
所述发送设备(102)的所述编码器(208)从所述比特序列形成多个块；
所述发送设备(102)的所述编码器(208)确定所述多个块的多个矢量；
所述发送设备(102)基于所述多个矢量构造符号矢量；以及
所述发送设备(102)通过射频(RF)信号向接收设备(104)发送所述构造的符号矢量，其中，所述构造的符号矢量表示在所述射频信号中调制的符号。
16.一种用于随机接入通信的方法(800)，其特征在于，包括：
接收设备(104)同时从多个发送设备(108)接收多个射频信号；
所述接收设备(104)在数字域中从所述接收到的多个射频信号估计多个符号矢量，并隔离所述多个符号矢量；以及
所述接收设备(104)对所述估计的多个符号矢量中的每个隔离符号矢量进行解码，以获得多个解码消息，其中，每个解码消息具有的比特序列对应于与所述多个发送设备(108)中的对应发送设备相关联的数据。
17.一种计算机程序产品，其特征在于，包括非瞬时性计算机可读存储介质，所述非瞬时性计算机可读存储介质上存储有计算机程序代码，所述计算机程序代码由处理器执行，以执行根据权利要求15至16所述的方法。
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