JP6552128B2 - 複素次元あたりの投影が少ないコードブックを生成するためのシステムおよび方法ならびにその利用 - Google Patents

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関連出願の相互参照
本出願は、「System and Method for Sparse Code Multiple Access Codebooks with Small Projections per Complex Dimension and Utilization Thereof」と題する、2014年8月15日に出願された米国仮出願第62／038，044号、および「System and Method for Generating Codebooks with Small Projections per Complex Dimension and Utilization Thereof」と題する、2015年8月13日に出願された米国非仮出願第14／825，886号の利益を主張し、それらの出願は参照により本明細書に組み込まれる。

本開示は、一般にデジタル通信に関し、より詳細には、複素次元あたりの投影が少ないコードブックを生成するためのシステムおよび方法ならびにその利用に関する。

スパースコード多元接続（SCMA）は、複数のデバイス、ユーザ、またはユーザ機器（UE）がコード領域および電力領域においてチャネルリソースを共有することを可能にする非直交多元接続方式である。潜在的な送信デバイスは、リソースユニットとも呼ばれる時間および周波数のリソースを割り振られる。

SCMAは、SCMAコードブックから選択された多次元コードワードの重ね合わせによって実現される、コードブックベースの非直交多元接続技法である。符号分割多元接続（CDMA）および低密度署名（LDS）にあるようなQAMシンボルの拡散の代わりに、符号化されたビットは多次元スパース複素コードワードに直接マッピングされる。SCMAコードブックの1つの主要な利益は、LDS拡散の反復コーディングにわたる多次元コンスタレーションの成形利得である。SCMAは、波形／変調および多元接続方式として分類される。SCMAコードワードは、OFDMAトーンなどのマルチキャリアトーンの上に置かれる。SCMAでは、SCMAコードワードのスパース性のおかげで、検出の余り大きくない複雑度でオーバーローディングが達成可能である。SCMAは、コンスタレーション成形の利得が潜在的に大きい、より大きなコンスタレーションサイズに特に顕著なLDSにわたる利得を示すことができる。SCMAはまた、その拡散およびオーバーローディングの能力に起因してシステムの利点を提供する。干渉白色化、開ループユーザ多重化、および大規模な接続性は、システムの観点からSCMAの利益を示すいくつかの例である。

複素次元あたりの投影が少ないコードブックを生成するためのシステムおよび方法ならびにその利用を提供する本開示の例示的な実施形態。

本開示の例示的な実施形態によれば、通信システム内のデバイスによるデータ送信のための方法が提供される。方法は、デバイスにより、コードブックを使用して第1のデータストリームを変調して第2のデータストリームを生成することであって、コードブックが、多次元変調マップの変調ポイントの数よりも少ない複素次元あたりの数の別個の投影を含む多次元変調マップと一致している、生成することと、デバイスにより、通信システム内で割り振られたリソースを介して第2のデータストリームを送信することとを含む。

本開示の別の例示的な実施形態によれば、通信システム内のデバイスによるデータ受信のための方法が提供される。方法は、デバイスにより、通信システム内で割り振られたリソースを介して第1のデータストリームを受信することと、デバイスにより、コードブックを使用して第1のデータストリームを復調して第2のデータストリームを生成することであって、コードブックが、多次元変調マップの変調ポイントの数よりも少ない複素次元あたりの数の別個の投影を含む多次元変調マップと一致している、生成することとを含む。

本開示の別の例示的な実施形態によれば、通信システム内のデータ送信のためのデバイスが提供される。デバイスは、プロセッサと、プロセッサによる実行用のプログラミングを記憶する非一時的コンピュータ可読記憶媒体とを含む。プログラミングは、コードブックを使用して第1のデータストリームを変調して第2のデータストリームを生成することであって、コードブックが、多次元変調マップの変調ポイントの数よりも少ない複素次元あたりの数の別個の投影を含む多次元変調マップと一致している、生成することと、通信システム内で割り振られたリソースを介して第2のデータストリームを送信することとを行うようにデバイスを構成する命令を含む。

本開示の別の例示的な実施形態によれば、通信システム内のデータ受信のためのデバイスが提供される。デバイスは、プロセッサと、プロセッサによる実行用のプログラミングを記憶する非一時的コンピュータ可読記憶媒体とを含む。プログラミングは、通信システム内で割り振られたリソースを介して第1のデータストリームを受信することと、コードブックを使用して第1のデータストリームを復調して第2のデータストリームを生成することであって、コードブックが、多次元変調マップの変調ポイントの数よりも少ない複素次元あたりの数の別個の投影を含む多次元変調マップと一致している、生成することとを行うようにデバイスを構成する命令を含む。

実施形態の1つの利点は、トーンあたりの投影の数が少なく、それにより復号の複雑度が低減されるコードブックが提供されることである。

本開示およびその利点のより完全な理解のために、ここで、添付図面と併用される以下の説明に対する参照が行われる。

本明細書に記載される例示的な実施形態による、例示的な通信システムを示す図である。 本明細書に記載される例示的な実施形態による、データを符号化するための例示的なSCMA多重化方式を示す図である。 本明細書に記載される例示的な実施形態による、例示的なSCMA多重化、およびSCMAブロックを満たすために例示的なSCMAコードブックを用いてデータが変調される例示的なプロセスを示す図である。 本明細書に記載される例示的な実施形態による、複素次元（またはトーン）あたりの投影が少ないコンスタレーションの生成時に行われる例示的な動作の流れ図である。 本明細書に記載される例示的な実施形態による、例示的な4ポイントの低ピーク対平均電力比（PAPR）2次元コンスタレーションを示す図である。 本明細書に記載される例示的な実施形態による、例示的な8ポイントの低PAPR2次元コンスタレーションを示す図である。 本明細書に記載される例示的な実施形態による、複素次元（またはトーン）あたり3つの投影ポイントを有する例示的な8ポイントの2次元コンスタレーションを示す図である。 本明細書に記載される例示的な実施形態による、例示的な8ポイントの2次元コンスタレーションを示す図である。 本明細書に提示される例示的な実施形態による、次元切替えPSKコンスタレーションを使用して設計された4つの複素次元上の最小PAPRを有する例示的な16ポイントの4次元コンスタレーションを示す図である。 本明細書に提示される例示的な実施形態による、2つの複素次元上の最小PAPRを有する例示的な16ポイントの2次元コンスタレーションを示す図である。 本明細書で開示されるデバイスおよび方法を実装するために使用され得る例示的な処理システムのブロック図である。 本明細書に記載される例示的な実施形態による、複素次元あたりの投影が少ないコンスタレーションから導出されたコードブックを使用して、データの送信時に行われる例示的な動作の流れ図である。 本明細書に記載される例示的な実施形態による、複素次元あたりの投影が少ないコンスタレーションから導出されたコードブックを使用して、データの受信時に行われる例示的な動作の流れ図である。

現在の例示的な実施形態の動作およびそれらの構造が下記で詳細に説明される。しかしながら、本開示は、多種多様な具体的な状況において具現化され得る多くの適用可能な発明性のある概念を提供することを諒解されたい。説明される具体的な実施形態は、本開示の具体的な構造および本開示を動作させる方法の例示にすぎず、本開示の範囲を限定するものではない。

本開示は、具体的な状況における例示的な実施形態、すなわち、複素次元あたりの投影が少ないコードブックを使用する通信システムに関して記載される。本開示は、複素次元あたりの投影が少ないコードブックを使用する、第3世代パートナーシッププロジェクト（3GPP）、IEEE802．11、および同様の技術標準に準拠する通信システムなどの標準準拠の通信システム、ならびに非標準準拠の通信システムに適用される場合がある。

スパースコード多元接続（SCMA）では、データは、多次元コードワードを介して、直交周波数分割多元接続（OFDMA）リソース（または任意のタイプの直交リソースもしくはマルチキャリア変調）の複数の時間周波数トーンリソースにわたって拡散される。コードワードのスパース性は、メッセージパッシングアルゴリズム（MPA）を使用することにより、多重化されたSCMAレイヤの結合検出の複雑度を低減する助けになる。一般に、SCMA信号の各レイヤはその固有のコードブックセットを有する。低密度拡散（LDS）はSCMAの特殊なケースである。マルチキャリアCDMA（MC−CDMA）の一形態としてのLDSは、様々なレイヤのデータを多重化するために使用される。多次元コードワードを有するSCMAとは対照的に、LDSは、時間または周波数におけるレイヤ固有の非ゼロ位置上の同じ（QAM）シンボルの反復を使用する。一例として、LDS−直交周波数分割多重化（LDS−OFDM）では、QAMコンスタレーションポイントは、LDSブロックの非ゼロ周波数トーンにわたって（いくつかの可能な位相ローテーションを用いて）反復される。多次元コンスタレーションの成形利得は、LDSと比較してSCMAの利点の1つである。利得は、LDSの反復コーディングが大きい損失および不十分なパフォーマンスを示す高次変調の場合、潜在的に高い。

SCMAは、バイナリデータストリーム、または一般に、M進数のデータストリームなどのデータストリームを多次元コードワードに符号化する符号化技法であり、Mは2以上の整数である。SCMAは、データストリームを多次元コードワードに直接符号化し、直交振幅変調（QAM）シンボルマッピングを回避し、それにより従来のCDMA（およびLDS）の符号化と比較してコーディング利得に導く可能性がある。特に、SCMA符号化技法は、QAMシンボルではなく多次元コードワードを使用してデータストリームを伝達する。

加えて、SCMA符号化は、様々な多重化レイヤ用の様々な拡散シーケンス、たとえば、従来のCDMA符号化では普通であるLDS内のLDS署名の使用とは対照的に、様々な多重化レイヤ用の様々なコードブックを使用して多元接続を提供する。さらに、SCMA符号化は、通常、メッセージパッシングアルゴリズム（MPA）などの低複雑度アルゴリズムを受信機が使用することを可能にするスパースなコードワードを有するコードブックを使用して、受信機によって受信された複合コードワードからそれぞれのコードワードを検出し、それにより、受信機内の処理複雑度が低減される。

CDMAは、直交する、および／またはほぼ直交するコードシーケンスにわたってデータシンボルが広がる多元接続技法である。従来のCDMA符号化は、拡散シーケンスが適用される前に、直交振幅変調（QAM）シンボルにバイナリコードがマッピングされる2段階プロセスである。従来のCDMA符号化は比較的高いデータレートを提供することができるが、次世代ワイヤレスネットワークのますます増加する需要を満たすために、さらに高いデータレートを実現するための新しい技法／機構が必要とされる。低密度拡散（LDS）は、様々なレイヤのデータを多重化するために使用されるCDMAの一形態である。LDSは、時間または周波数におけるレイヤ固有の非ゼロ位置上の同じシンボルの反復を使用する。一例として、LDS−直交周波数分割多重化（OFDM）では、コンスタレーションポイントは、LDSブロックの非ゼロ周波数トーンにわたって（いくつかの可能な位相ローテーションを用いて）反復される。スパースコード多元接続（SCMA）は、SCMAコードブックから選択された多次元コードワードの重ね合わせによって実現されるコードブックベースの非直交多重化技法である。LDSにあるようなQAMシンボルの拡散の代わりに、符号化されたビットは多次元スパース複素コードワードに直接マッピングされる。SCMAコードブックの主要な利益は、LDS拡散の反復コーディングと比較して多次元コンスタレーションの成形利得である。SCMAは、波形／変調および多元接続方式として分類される。SCMAコードワードは、OFDMなどのマルチキャリアトーンの上に置かれる。SCMAでは、SCMAコードワードのスパース性のおかげで、検出の余り大きくない複雑度でオーバーローディングが達成可能である。SCMAは、コンスタレーション成形の利得が潜在的に大きい、より大きなコンスタレーションサイズに特に顕著なLDSにわたる利得を示すことができる。より大きなコンスタレーション次数に対してLDSが不十分なリンクパフォーマンスを示す可能性がある場合でも、LDSは、その拡散およびオーバーローディングの能力に起因してシステムの利点を提供する。干渉白色化、開ループユーザ多重化、および大規模な接続性は、システムの観点からLDSの利益を示すいくつかの例である。SCMAは、LDSのすべてのシステム利益を提供する拡散および多重化技法であるが、SCMAは、OFDMAと比較して、リンクパフォーマンスを維持し、改善さえする。したがって、SCMAは、OFDMAのリンク利点およびLDSのシステム利点のすべてを完全にもたらす。

図1は例示的な通信システム100を示す。通信システム100は、SCMA通信をサポートすることができる。通信システム100は、通信コントローラとして動作する発展型ノードB（eNB）105を含む場合がある。通信システム100は、UE110、UE112、およびUE114などのユーザ機器（UE）を含む場合もある。eNB105は、多入力多出力（MIMO）動作を容易にするために、複数の送信アンテナおよび複数の受信アンテナを含む場合があり、単一のeNB（または送信ノード）は、複数のユーザ、同様に複数の受信アンテナを有する単一のユーザ、またはそれらの組合せに、複数のデータストリームを同時に送信することができる。同様に、UEは、MIMO動作をサポートするために、複数の送信アンテナおよび複数の受信アンテナを含む場合がある。一般に、eNBは、通信コントローラ、ノードB、基地局、コントローラなどと呼ばれる場合もある。同様に、UEは、移動局、モバイル、端末、ユーザ、加入者などと呼ばれる場合もある。通信システム100は、eNB105のリソースの一部を利用して、通信システム100のカバレージおよび／または全体的なパフォーマンスを改善する助けになることが可能なリレーノード（RN）118を含む場合もある。

設計デバイス120は、通信システム100またはその一部のための複素次元あたりの投影が少ないSCMAコードブックを設計することができる。複素次元あたりの投影が少ないSCMAコードブックの単一のセットは、通信システム100内のすべてのデバイスによって使用される場合がある。複素次元あたりの投影が少ないSCMAコードブックの様々なセットは、通信システム100の様々な部分内で使用される場合がある。複素次元あたりの投影が少ないSCMAコードブックの様々なセットは、通信システム100内の様々な通信デバイスによって使用される場合がある。単一のスタンドアロンデバイスであるように図1には示されているが、他の例示的な実施形態では、複数の設計デバイスが存在する場合があり、各々が通信システムの異なるパートを担当することに留意されたい。代替として、設計デバイス120は、通信システム100内の他のデバイスの中に共同設置される場合がある。一例として、通信システム100内のeNBの一部またはすべては、設計デバイスを含む場合がある。

通信システムは、いくつかのUEと通信することが可能な複数のeNBを利用する場合があることが理解されるが、簡単のために、ただ1つのeNB、1つのRN、およびいくつかのUEが示されている。

SCMA−OFDMは、拡散コードブックがスパースであり、したがって検出を簡単にすることができる、マルチキャリア変調を介するコード領域多重化方式である。拡散率、コードブックのスパース性、および最大SCMA多重化レイヤの数は、組み合わせて、または別々に、SCMA波形の柔軟性を示す通信システムパラメータである。SCMA−OFDMの適用例では、複素次元は、周波数トーン、または単にトーンと呼ばれる場合があることに留意されたい。

図2は、データを符号化するための例示的なSCMA多重化方式200を示す。図2に示されたように、SCMA多重化方式200は、コードブック210、コードブック220、コードブック230、コードブック240、コードブック250、およびコードブック260などの複数のコードブックを利用する場合がある。複数のコードブックの各コードブックは、様々な多重化レイヤに割り当てられる。各コードブックは、複数の多次元コードワードを含む。より具体的には、コードブック210はコードワード211〜214を含み、コードブック220はコードワード221〜224を含み、コードブック230はコードワード231〜234を含み、コードブック240はコードワード241〜244を含み、コードブック250はコードワード251〜254を含み、また、コードブック260はコードワード261〜264を含む。

それぞれのコードブックの各コードワードは、異なるデータ、たとえばバイナリ値にマッピングされる場合がある。説明のための例として、コードワード211、221、231、241、251、および261はバイナリ値「00」にマッピングされ、コードワード212、222、232、242、252、および262はバイナリ値「01」にマッピングされ、コードワード213、223、233、243、253、および263はバイナリ値「10」にマッピングされ、コードワード214、224、234、244、254、および264はバイナリ値「11」にマッピングされる。図2のコードブックは各々4つのコードワードを有するように描写されているが、SCMAコードブックは、一般に、任意の数のコードワードを有する場合があることに留意されたい。一例として、SCMAコードブックは、（たとえば、バイナリ値「000」〜「111」にマッピングされる）8個のコードワード、（たとえば、バイナリ値「0000」〜「1111」にマッピングされる）16個のコードワード、またはそれ以上を有する場合がある。

図2に示されたように、多重化レイヤを介して送信されているバイナリデータに応じて、様々なコードブック210、220、230、240、250、および260から、様々なコードワードが選択される。この例では、第1の多重化レイヤを介してバイナリ値「11」が送信されているので、コードブック210からコードワード214が選択され、第2の多重化レイヤを介してバイナリ値「01」が送信されているので、コードブック220からコードワード222が選択され、第3の多重化レイヤを介してバイナリ値「10」が送信されているので、コードブック230からコードワード233が選択され、第4の多重化レイヤを介してバイナリ値「01」が送信されているので、コードブック240からコードワード242が選択され、第5の多重化レイヤを介してバイナリ値「01」が送信されているので、コードブック250からコードワード252が選択され、第6の多重化レイヤを介してバイナリ値「11」が送信されているので、コードブック260からコードワード264が選択される。次いで、コードワード214、222、233、242、252、および264は、一緒に多重化されて多重化データストリーム280を形成し、多重化データストリーム280は、ネットワークの共有リソースを介して送信される。レイヤの結合は、（DLにあるような）送信デバイスもしくは（ULにあるような）オーバージエアのいずれかで、または（DL CoMPにあるような）両方で起こる場合がある。特に、コードワード214、222、233、242、252、および264はスパースなコードワードであり、したがって、メッセージパッシングアルゴリズム（MPA）などの低複雑度アルゴリズムを使用して多重化データストリーム280を受信すると、識別することができる。

要約すれば、SCMA多重化により、スペクトル効率が向上し、待ち時間が短く、シグナリングオーバヘッドが低いなどの非直交多元接続が可能になる。SCMA波形は、複数のユーザ向けのデータが結合されて全体的なデータレートおよび接続性を向上させるオーバーローディングもサポートする。SCMAコードワード内に存在するスパース性は、検出複雑度を制限する。多次元コードワードは、ロバストなリンク適応のための拡散を用いて、成形利得およびより良いスペクトル効率を可能にする。

図3は、例示的なSCMA多重化、およびSCMAブロックを満たすために例示的なSCMAコードブックを用いてデータが変調される例示的なプロセスの図300を示す。送信されるべきデータは、FECエンコーダ305などの前方誤り訂正コード（FEC）エンコーダに供給されて、様々なユーザ向けの符号化データを生成する。様々なユーザ向けのデータは、SCMA変調コードブックマッピングユニット310などのSCMA変調コードブックマッピングユニットに供給されて、SCMAコードワード315などのSCMAコードワードを生成する。第1のSCMAコードワードがSCMAブロック320に挿入される。図3に示されたように、あらゆるレイヤはFECまたはペイロードを有することに留意されたい。一般に、FECまたはペイロードの数はレイヤの数よりも少ない場合があり、このことは、レイヤの出力ビットを2つ以上のSCMA変調コードブックマッピングユニットに供給できることを意味する場合がある。さらに、1つまたは複数のレイヤが単一のユーザに割り当てられる場合がある。

前に説明されたように、SCMAコードワードの復号、または他の用語では、復調は、MPAの実装形態に基づく場合がある。復号複雑度はm^Dm^kに比例し、ここで、mは非ゼロ複素次元（または非ゼロトーン）あたりのコードブックポイントの別個の投影の数であり、Dkは複素次元あたりの重なり合うレイヤの数である。一般に、様々なコンスタレーションが、同じ次元にわたって投影され、重なり合う様々な数のポイントを有するとき、複雑度は

に比例し、ここで、m_dはコンスタレーションセットd＝1，．．．，Dに関連付けられたコードブックの投影内のポイントの数である。

SCMAでは、様々なコードブックは、マザーコンスタレーションを複素次元の様々なサブセットにマッピングすることによって構築される場合がある。例示的な実施形態によれば、マザーコンスタレーションを生成するためのシステムおよび方法が提供される。例示的な実施形態によれば、複素次元あたりのコンスタレーションポイントの別個の投影の数を最小化すると、SCMA復号時に使用されるMPAの計算複雑度が低減される。一例として、複素次元あたりの別個の投影の数を別個のコンスタレーションポイントの数よりも少なくなるように削減すると、計算複雑度が低減される。参照により本明細書に組み込まれる、2012年12月28日に出願された「Systems and Methods for Sparse Code Multiple Access」と題する、共同出願された米国特許出願第13／730，355号は、SCMA、SCMA復号、マザーコンスタレーションからのコードブックの生成などの詳細な説明を提示する。参照により本明細書に組み込まれる、2013年6月17日に出願された「System and Method for Designing and Using Multidimensional Constellations」と題する、共同出願された米国特許出願第13／919，918号は、複素次元あたりの投影の数を削減するために、単位ローテーションなどのローテーションがSCMAコンスタレーションに適用される技法を提示する。

例示的な実施形態によれば、ローテーションの適用の有無にかかわらず、複素次元あたりの投影の数が少ないSCMAコンスタレーションを生成するために、システムおよび方法が提示される。

図4は、複素次元あたりの投影が少ないコンスタレーションの生成時に行われる例示的な動作400の流れ図を示す。動作400は、設計デバイス120などの設計デバイス、または複素次元あたりの投影が少ないコンスタレーションを生成するように構成されたネットワークエンティティにおいて行われる場合がある。

動作400は、設計デバイスが設計パラメータを決定すること（ブロック405）から始まる場合がある。設計パラメータは、設計デバイスのユーザによって提供される場合がある。設計パラメータは、パフォーマンスの要件および／またはパラメータから生成される場合がある。設計パラメータの例には、コンスタレーションサイズ、コンスタレーションポイントの数、コードワードの非ゼロ要素の数、ピーク対平均電力比（PAPR）、次元の数などが含まれ得る。設計デバイスは、設計パラメータを満たす、投影の数が少ない多次元コンスタレーション（または単にコンスタレーション）を設計することができる（ブロック410）。例示的な実施形態によれば、前述されたように、コンスタレーションを別々に設計し、次いで単位ローテーションを選択する代わりに、複素次元あたりの数が少ない投影を有することの基準に基づいて、コンスタレーションが設計される。

一般に、通信チャネル上で（特にアップリンクフェージングチャネル上で）良好なパフォーマンスを有するために、様々な複素次元上のコンスタレーションポイントの投影の間の依存関係が望ましい。しかしながら、依存関係は、複素次元あたりの投影の数を増大させる場合もある。したがって、複雑度とパフォーマンスとの間にはトレードオフが存在する場合がある。小さいコンスタレーションの場合、（コンスタレーションの設計と呼ばれる場合がある）コンスタレーションの選択およびコンスタレーションのラベリングは、ケースベースの最適化を利用することによって実行される場合がある。いくつかの例示的なコンスタレーションが下記に提供される。より大きなコンスタレーションの場合、コンスタレーションを設計することは、多次元コンスタレーションを使用する各複素次元における必要な投影ポイントの設計、および投影ポイントに対する入力ビットのラベリングを含む場合がある。コンスタレーションを設計することの例示的な実施形態の詳細な説明が下記に提供される。設計デバイスはコンスタレーションを保存することができる（ブロック415）。設計デバイスは、ローカルメモリ、リモートメモリ、ローカルデータベース、リモートデータベースなどに、コンスタレーション（またはコンスタレーションについての情報）を保存することができる。説明のための例として、コンスタレーションについての情報には、ポイントの数、ポイントの位置、複素次元の数、ポイントのラベリングなどが含まれ得る。

前に説明されたように、複素次元あたりの投影の数が少ないSCMAコンスタレーションは、複素次元あたりの投影の数が多いSCMAコンスタレーションよりも復号複雑度が低い場合がある。これは、特に、MPA受信機が復号に使用されるときに真であり得る。

例示的な実施形態によれば、SCMAコンスタレーションは、複素次元あたりの投影の数が少なくなるように設計される。より大きなコンスタレーションの場合、コンスタレーションを設計するために、整数格子のサブセットであり、決定要因が少ない格子コンスタレーションが選ばれる。整数格子（または整数格子の解釈バージョン）のサブ格子の決定要因が少ないと、コンスタレーションポイントの総数と比較して投影の数が少ないことを保証する助けになる。しかしながら、良好なパフォーマンスを保証する助けになるために、複素次元の間の何らかの依存関係が維持される。例示的な格子コンスタレーションには、格子D_2nからのコンスタレーション、またはE₈などの格子が含まれる。

選ばれた領域の内部にある選ばれた格子のポイントは、多次元コンスタレーション全体を定義する。選ばれた領域の一例は、超立方体であり得る。他の例には、別の格子のボロノイ領域、またはコンスタレーション格子のスケーリングバージョンが含まれ得る。通常、超立方体の側面の長さがaと表記され、複素次元の数がnと表記され、選ばれた格子の決定要因が整数dである場合、コンスタレーションポイントの数は（a²ⁿ）／dと表現できる。複素次元あたりの投影の数は最大a²であり、それは（a²ⁿ）／dよりもかなり少ない場合がある。SCMAレイヤあたりの送信の非コード化率は、その場合、log₂（（a²ⁿ）／d）に等しい。コンスタレーションポイントは、参照により本明細書に組み込まれる、G． D．Forney、「Coset codes−part II：Binary lattices and related codes」、IEEE Trans．Info．Theory、1988年9月において説明されているラベリング方法などの、格子コード用のラベリング方法を使用してラベル付けされる場合がある。

例示的な実施形態によれば、PAPRが低いSCMAコンスタレーションを生成するために、システムおよび方法が提示される。そのようなSCMAコンスタレーションは、複素次元あたりの投影の数が少ないSCMAコンスタレーションの特殊なケースであり得るし、複素次元あたりの投影の数が少ないSCMAコンスタレーションを設計するために本明細書に提示された技法と同様の技法を使用して、またはPAPRが低いSCMAコンスタレーションに適用可能な特殊な技法を使用して設計される場合がある。

説明のための例として、SCMAコンスタレーションの各コンスタレーションポイントがただ1つの非ゼロ成分を有し、1つのシンボル内のOFDMのリソース要素にSCMA次元がマッピングされる特殊なケースでは、得られるSCMAコードブックは最小のPAPR性状も有する。高PAPR通信は、一般に、アナログデジタル変換器（ADC）およびデジタルアナログ変換器（DAC）の複雑度が増大し、ならびに無線周波数（RF）電力増幅器の効率が減少した送信機を必要とする。電力増幅器の非線形性に起因して信号内のピークが著しいひずみに遭遇する前に、より高い入力電力バックオフ率が必要とされるので、高PAPRは、RF電力増幅器に対して厳しい要件も注文し、それらの効率を低減する。したがって、通常、PAPRの低減が望ましい。

コンスタレーションポイント（またはコードワード）の非ゼロ成分の数が、コードワードの全長よりも少ないとき、実現されるPAPRの低減が余り大きくない場合がある。より高いデータレートの場合、最小PAPRを実現することが可能ではないとき、コンスタレーションポイント用の非対称成分を有することによって実現されるPAPRの低減が余り大きくない場合がある。

例示的な実施形態によれば、SCMAコンスタレーションは、PAPRが低くなるように設計される。各コンスタレーションポイントが1つの複素次元内でのみ非ゼロ成分を有するとき、得られるコードブックはOFDM−SCMA通信内で最小PAPR性状を有することに留意されたい。第iのサブコンスタレーションが第iの利用可能な複素次元上にのみ非ゼロ成分を有する、K個のサブコンスタレーションの結合としてK個の利用可能な複素次元上にSCMAコンスタレーションを構築することが可能であり得るし、ここで（1≦i≦k、k＝1，．．．，K）である。位相シフトキーイング（PSK）のサブコンスタレーションが選択された場合、0dbのPAPRを有するSCMAコンスタレーションが得られる。より高いレートなどの場合の、最小PAPR性状を実現することが可能ではないとき、2つ以上の非ゼロ成分を有する（が非ゼロ成分の数が利用可能なトーンの総数よりもまだ少ないという要件を依然強制する）ことにより、または、コンスタレーションポイント用の非対称成分を有することにより、実現されるPAPRの低減が余り大きくない場合がある（たとえば、各コンスタレーションポイントは、1つの複素次元上の16QAMの投影、および他の複素次元上の少ないQPSKの投影を有する場合がある）。

例示的な実施形態によれば、最小PAPRのために次元切替えPSKコンスタレーションが使用される。サブコンスタレーションの各々が1つの複素次元上のPSKコンスタレーションであり、他の複素次元上に0個の成分を有する、K個のサブコンスタレーションの結合としてK個の複素次元上にSCMAコンスタレーション、たとえば、K個の複素次元上のK個のサブコンスタレーションを構築することは可能であり得る。一実施形態では、「複素次元上の0個の成分」は、そのリソースを介する送信が存在しないことを意味し、いくつかの実施形態では、そのリソースを介して送信する意図がないことをさらに意味する場合がある。一般に、様々なPSKサブコンスタレーションは、様々な位相オフセットを有する場合がある。コンスタレーションポイントのラベリングは、たとえば、サブコンスタレーションのラベリングおよびPSKサブコンスタレーションのグレイラベリングの連結を利用する場合がある。通常、（位相距離が等しくない）非対称PSKが使用される場合もある。全体的な最小距離と高ハミング距離を有するコードワードの距離との間を一緒にトレードオフするために、各サブコンスタレーションのラベリングおよびポイントが最適化され得るとき、非対称PSKの使用は小さいコンスタレーションに特に有用であり得る。説明のための例として、多次元コンスタレーションの各コンスタレーションポイントは、1つの複素次元上の16進数直交振幅変調（16−QAM）の投影、および他の複素次元上の少ない直交位相シフトキーイング（QPSK）の投影を有する場合がある。

図5aは、例示的な4ポイントの低PAPR2次元コンスタレーション500を示す。4ポイントの低PAPR2次元コンスタレーション500は、2つの複素次元を含む。図5bは、例示的な8ポイントの低PAPR2次元コンスタレーション505を示す。8ポイントの低PAPR2次元コンスタレーション505は、2つの複素次元を含む。表1は、OFDMシンボルが1つのSCMAブロックまたは2つのSCMAブロックを搬送する、例示的な4ポイントおよび8ポイントの2次元コンスタレーションについてのPAPRを表示する。

2トーン上の4ポイントの低PAPRコンスタレーションの一例が、変調マップの形態で表2に示される。

図6は、3つの投影ポイントを有する例示的な8ポイントの2次元コンスタレーション600を示す。8ポイントの2次元コンスタレーション600は、ラベリングおよびコンスタレーションポイントのアドホックな共同最適化を使用して設計される場合がある。2トーン上の8ポイントの低PAPRコンスタレーションの一例が、変調マップの形態で表3および表4に示される。

図7は、例示的な8ポイントの2次元コンスタレーション700を示す。8ポイントの2次元コンスタレーション700は、前述された格子コード設計手法に従って、格子D₄から設計される場合がある。表5は、2トーン上の例示的な8ポイントの少投影コンスタレーションについての変調マップを提供する。

図8は、4つの複素次元上の最小PAPRを有する例示的な16ポイントの4次元コンスタレーション800を示す。16ポイントの4次元コンスタレーション800は、次元切替えPSKコンスタレーションを使用して設計される場合がある。16ポイントの4次元コンスタレーション800は、4つの複素次元上の最小PAPRコンスタレーションを特徴とする。図8に示されたコンスタレーションポイントのラベリングは、サブコンスタレーションおよびPSKサブコンスタレーションのラベリングの連結に基づく。表6は、2トーン上の例示的な16ポイントの低PAPRコンスタレーションについての変調マップを提供する。

図9は、2つの複素次元上の最小PAPRを有する例示的な16ポイントの2次元コンスタレーション900を示す。16ポイントの2次元コンスタレーション900は、次元切替え8PSKコンスタレーションを使用して設計される場合がある。16ポイントの2次元コンスタレーション900は、2つの複素次元上の最小PAPRコンスタレーションを特徴とする。表7は、4トーン上の例示的な16ポイントの低PAPRコンスタレーションについての変調マップを提供する。

本明細書に提示されたすべての変調マップの表では、I₁およびQ₁は1つのトーンに関連付けられ、I₂およびQ₂は別のトーンに関連付けられる、などである。表に列挙されたようなトーンの順序は、限定として考えられるべきではない。表の変調マップは、完全な表として、または「00」、「01」、「11」、および「10」などのビットの変調マップのうちの1つまたは複数を含む表のサブセットとして使用される場合がある。前述の表はコンスタレーションによる変調マップの例であることも理解されたい。コンスタレーションの変形形態、たとえば、1つのトーン上のすべての投影用の位相を変更すること、またはすべてのポイントの振幅を増大もしくは減少させることは、コンスタレーションを実質的に変更しない。

図10は、本明細書で開示されたデバイスおよび方法を実装するために使用され得る例示的な処理システム1000のブロック図である。特定のデバイスは、図示された構成要素のすべて、または構成要素のサブセットのみを利用することができ、統合のレベルはデバイスごとに変わる可能性がある。さらに、デバイスは、複数の処理ユニット、プロセッサ、メモリ、送信機、受信機などの、構成要素の複数のインスタンスを含んでいる場合がある。処理システムは、スピーカ、マイクロフォン、マウス、タッチスクリーン、キーパッド、キーボード、プリンタ、ディスプレイなどの、1つまたは複数の入力／出力デバイスを装備する処理ユニットを備える場合がある。処理ユニットは、バスに接続された中央処理装置（CPU）、メモリ、マスストレージデバイス、ビデオアダプタ、およびI／Oインターフェースを含む場合がある。

バスは、メモリバスまたはメモリコントローラ、周辺装置バス、ビデオバスなどを含む、任意のタイプのいくつかのバスアーキテクチャのうちの1つまたは複数であり得る。CPUは、任意のタイプの電子データプロセッサを備える場合がある。メモリは、スタティックランダムアクセスメモリ（SRAM）、ダイナミックランダムアクセスメモリ（DRAM）、同期型DRAM（SDRAM）、読取り専用メモリ（ROM）、それらの組合せなどの、任意のタイプのシステムメモリを備える場合がある。一実施形態では、メモリは、ブートアップで使用するためのROM、ならびにプログラムを実行している間に使用するためのプログラムおよびデータの記憶用のDRAMを含む場合がある。

マスストレージデバイスは、データ、プログラム、および他の情報を記憶し、データ、プログラム、および他の情報を、バスを介してアクセス可能にするように構成された、任意のタイプのストレージデバイスを備える場合がある。マスストレージデバイスは、たとえば、半導体ドライブ、ハードディスクドライブ、磁気ディスクドライブ、光ディスクドライブなどのうちの1つまたは複数を備える場合がある。

ビデオアダプタおよびI／Oインターフェースは、外部入出力デバイスを処理ユニットに結合するインターフェースを提供する。図示されたように、入出力デバイスの例には、ビデオアダプタに結合されたディスプレイ、およびI／Oインターフェースに結合されたマウス／キーボード／プリンタが含まれる。他のデバイスが処理ユニットに結合される場合があり、追加のインターフェースまたはより少ないインターフェースが利用される場合がある。たとえば、プリンタ用のインターフェースを提供するために、ユニバーサルシリアルバス（USB）（図示せず）などのシリアルインターフェースが使用される場合がある。

処理ユニットは、ノードまたは様々なネットワークにアクセスするために、イーサネットケーブルなどの有線リンク、および／またはワイヤレスリンクを備える場合がある、1つまたは複数のネットワークインターフェースも含む。ネットワークインターフェースにより、処理ユニットがネットワークを介してリモートユニットと通信することが可能になる。たとえば、ネットワークインターフェースは、1つまたは複数の送信機／送信アンテナ、および1つまたは複数の受信機／受信アンテナを介したワイヤレス通信を提供することができる。一実施形態では、処理ユニットは、他の処理ユニット、インターネット、リモートストレージ設備などのリモートデバイスとのデータ処理およびデータ通信のために、ローカルエリアネットワークまたはワイドエリアネットワークに結合される。

図11は、複素次元あたりの投影が少ないコンスタレーションから導出されたコードブックを使用して、データの送信時に行われる例示的な動作1100の流れ図を示す。動作1100は、ダウンリンク送信の場合のeNBまたはアップリンク送信の場合のUEなどの、送信デバイス内で行われる動作を示すことができる。

動作1100は、複素次元あたりの投影が少ないコンスタレーションから導出されたコードブックを送信デバイスが取り出すこと（ブロック1105）から始まる場合がある。コードブックは、ローカルメモリ、リモートメモリ、ローカルデータベース、リモートデータベースなどから取り出される場合がある。送信デバイスは、入力ビットブロックを符号化することができる（ブロック1110）。入力ビットブロックは、第1のデータストリームの一部であり得る。入力ビットブロックは、たとえば、FECエンコーダを使用して符号化されて、符号化データを生成する場合がある。符号化データは、取り出されたコードブックを使用して、コードワードにマッピングされる場合がある（ブロック1115）。コードワードは、第2のデータストリームの一部であり得る。送信デバイスは、コードワードを送信することができる（ブロック1120）。

図12は、複素次元あたりの投影が少ないコンスタレーションから導出されたコードブックを使用して、データの受信時に行われる例示的な動作1200の流れ図を示す。動作1200は、アップリンク送信の場合のeNBまたはダウンリンク送信の場合のUEなどの、受信デバイス内で行われる動作を示すことができる。

動作1200は、複素次元あたりの投影が少ないコンスタレーションから導出されたコードブックを受信デバイスが取り出すこと（ブロック1205）から始まる場合がある。コードブックは、ローカルメモリ、リモートメモリ、ローカルデータベース、リモートデータベースなどから取り出される場合がある。受信デバイスは、コードワードを受信することができる（ブロック1210）。受信されたコードワードは、第1のデータストリームの一部であり得る。受信デバイスは、コードワードを復号することができる（ブロック1215）。受信デバイスは、MPAなどの復号アルゴリズムおよびコードブックを使用してコードワードを復号し、データを生成することができる。データは、第2のデータストリームの一部であり得る。受信デバイスは、データを処理することができる（ブロック1220）。

非ゼロ次元あたりの投影が低いSCMAコードブックを設計する方法が提供される。方法は、投影が低いコンスタレーションを設計するために、特定の方法において格子コンスタレーションを使用して次元あたりの投影が低い多次元コンスタレーションを設計することを含む。方法は、コンスタレーションポイントの適切なラベリングを含む。方法は、多次元コンスタレーションに基づいてSCMAコードブックを構築することを含む。方法は、複素次元あたりの投影が低いコンスタレーション設計のための基準を含む。トーン切替えPSKおよびラベリングを使用して、1つの非ゼロ要素を有する、PAPRが低いSCMAコードブックを設計する方法。

本出願の実施形態の変形形態では、コンスタレーションまたはコンスタレーションマップは、変調マップと呼ばれる場合もあることに留意されたい。そのため、多次元コンスタレーションは、多次元変調マップと呼ばれる場合もある。本出願の実施形態によれば、多次元は2つ以上の次元を指す場合がある。次元は、独立したシンボルを送信することが可能な、時間および／周波数の次元およびその中のリソースユニットを指す場合がある。

本出願の様々な実施形態では、コードブックは、拡散コンスタレーション、拡散変調マップ、または拡散変調マップと呼ばれる場合もある。拡散コンスタレーション、拡散変調マップ、または拡散変調マップは、コンスタレーションに署名を加えることによって実現される場合があり、署名は拡散シーケンスと呼ばれる場合もある。本出願の実施形態で言及されたコードワードは、拡散コンスタレーションポイントと呼ばれる場合もある。

本出願の実施形態によれば、SCMAシステムでは、アップリンクまたはダウンリンクのいずれかにおける送信機および受信機は、連続する通信に同じコードブックを使用する必要がある。双方で同じコードブックが使用されることを保証するいくつかの方法が存在する。

様々な実施形態では、送信機と受信機のペアによって使用されるコードブックが同じであることを確認するために手順が使用される。これらのシナリオはいくつかの例を示すにすぎず、これらのオプションを一緒に組み合わせること、またはネットワーク内の代替的なIDを用いることを排除しないことに留意されたい。

例示的な一実施形態では、ネットワークは、いずれかまたは両方の方向（UL／DL）においてユーザにコードブックを割り当て、上位レイヤシグナリングを介してユーザに知らせる。割り当てられたコードブックは、固定されたままであるか、または時間／周波数とともに変化する場合がある。上位レイヤシグナリングは、無線リソース制御シグナリングであり得る。以下の例示的なケースはこれを示す。

ケース1：固定コードブック。ユーザに割り当てられたコードブックは、時間／周波数全体の間固定されたままであり、次の上位レイヤシグナリングまで変化しない。

ケース2：ローテーションコードブック。ユーザは、（たとえば、コードブックインデックスに時間を追加することなどの）時間／周波数インデックスと結合されたシグナリングに基づいて、コードブックを選択する方法の指示を受信する。ネットワークとユーザの両方は、同じ方法を使用して、送信と受信に同じコードブックが使用されることを保証する。

ケース3：擬似ランダム選択。ユーザは、上位レイヤシグナリングを介してランダムシードを受信し、合意された乱数発生器を使用して、通信内で使用するコードブックを決定する。ネットワークも同じ乱数発生器およびシードを使用して、ユーザと同期したままになり、双方（ネットワークおよびユーザ）が同じコードブックを使用することを保証する。

別の例示的な実施形態では、ユーザは、コードブックのセットからUL／DLいずれかの方向におけるコードブックを選択し、上位レイヤシグナリングを介してネットワークに知らせる。上述された3つのケースは、この例示的な実施形態にも適用可能である。ネットワークとユーザが異なるコードブックを選択するこの例示的な実施形態では、衝突の可能性が存在し、それは、衝突解決アルゴリズムを使用して取り組まれる場合がある。代替として、受信機が異なるコードブックが選択される状況に取り組む場合がある。

別の例示的な実施形態では、ネットワークはユーザ用のコードブックを選択するが、どのコードブックが使用されるかをユーザに知らせない。ユーザは、ブラインド検出を使用して、レイヤおよびコードブックを特定し、それらのレイヤのうちのいずれかがそれに割り当てられているかどうかを見つける。

別の例示的な実施形態では、ユーザは、コードブックのうちの1つをランダムに選択し、ネットワークは、どのコードブックが使用されているかをブラインド検出する。

別の例示的な実施形態では、認可ベースのコードブック割当てのための方法が使用される場合がある。UL／DLいずれかにおける認可は、物理制御チャネル上であり得るし、ネットワークによって動的に決定される割り当てられたコードブックについての情報を搬送する。

別の例示的な実施形態では、認可ベースの擬似ランダムなコードブック割当てのための方法が使用される場合がある。認可は、UEが使用して、様々な時間／周波数リソース内でその割り当てられたコードブックを特定するためのシードまたは方法を含む。

別の例示的な実施形態では、UE IDコードブック割当てのための方法が開示される。ユーザは、そのUE IDを直接使用するか、またはセルID、および／もしくはネットワークID、および／もしくはタイムスタンプなどと組み合わされたUE IDを使用して、どのコードブックがそれに割り当てられているかを見つけることができる。そのような方法はネットワークによっても知られ、コードブックの同意されたセットが双方によって使用される。

本開示およびその利点が詳細に記載されたが、添付の特許請求の範囲によって定義される本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書において様々な変更、置換、および改変を行うことができることを理解されたい。

100 通信システム
105 発展型ノードB（eNB）
110 ユーザ機器（UE）
112 ユーザ機器（UE）
114 ユーザ機器（UE）
118 リレーノード（RN）
120 設計デバイス
200 SCMA多重化方式
210 コードブック
211 コードワード
212 コードワード
213 コードワード
214 コードワード
220 コードブック
221 コードワード
222 コードワード
223 コードワード
224 コードワード
230 コードブック
231 コードワード
232 コードワード
233 コードワード
234 コードワード
240 コードブック
241 コードワード
242 コードワード
243 コードワード
244 コードワード
250 コードブック
251 コードワード
252 コードワード
253 コードワード
254 コードワード
260 コードブック
261 コードワード
262 コードワード
263 コードワード
264 コードワード
300 図
305 FECエンコーダ
310 SCMA変調コードブックマッピングユニット
315 SCMAコードワード
320 SCMAブロック
400 動作
500 4ポイントの低PAPR2次元コンスタレーション
505 8ポイントの低PAPR2次元コンスタレーション
600 8ポイントの2次元コンスタレーション
700 8ポイントの2次元コンスタレーション
800 16ポイントの4次元コンスタレーション
900 16ポイントの2次元コンスタレーション
1000 処理システム
1100 動作
1200 動作

Claims (12)

1. 通信システム内のデバイスによるデータ送信のため方法であって、
   前記デバイスにより、スパースコード多元接続（SCMA）コードブックを備えるコードブックを使用して第1のデータストリームを変調して第2のデータストリームを生成するステップであって、前記コードブックが、多次元変調マップの変調ポイントの数よりも少ない複素次元あたりのコンスタレーションポイントの別個の投影の数を含む前記多次元変調マップと一致している、ステップと、
   前記デバイスにより、前記通信システム内で割り振られたリソースを介して前記第2のデータストリームを送信するステップと
   を備え、
   前記多次元変調マップがK個のサブマップの結合として構築され、第kのサブマップがm個の投影上にのみ非ゼロ成分を有し、m、k、およびKが整数値であり、（1≦k≦K）であり、mがKよりも少ない、方法。
2. 前記多次元変調マップを取り出すステップと、
   前記多次元変調マップから前記コードブックを導出するステップと
   をさらに備える、請求項1に記載の方法。
3. 前記多次元変調マップが、コンスタレーションポイントが非対称な成分を有するK個のサブマップの結合として構築され、Kが整数値である、請求項1または2に記載の方法。
4. 前記多次元変調マップが、K個の複素次元上のK個のサブマップの結合として構築され、Kが整数値である、請求項1または2に記載の方法。
5. 各サブコンスタレーションが、1つの複素次元上の位相シフトキーイング（PSK）コンスタレーションと、残りの複素次元上のゼロ成分とを有する、請求項4に記載の方法。
6. 前記PSKコンスタレーションが非対称PSKコンスタレーションを備える、請求項5に記載の方法。
7. 前記第1のデータストリームがビットのストリームを備え、前記第2のデータストリームがシンボルのストリームを備える、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
8. 通信システム内のデバイスによるデータ受信のため方法であって、
   前記デバイスにより、前記通信システム内で割り振られたリソースを介して第1のデータストリームを受信するステップと、
   前記デバイスにより、スパースコード多元接続（SCMA）コードブックを備えるコードブックを使用して前記第1のデータストリームを復調して第2のデータストリームを生成するステップであって、前記コードブックが、多次元変調マップの変調ポイントの数よりも少ない複素次元あたりのコンスタレーションポイントの別個の投影の数を含む前記多次元変調マップと一致している、ステップと
   を備え、
   前記多次元変調マップがK個のサブマップの結合として構築され、第kのサブマップがm個の投影上にのみ非ゼロ成分を有し、m、k、およびKが整数値であり、（1≦k≦K）であり、mがKよりも少ない、方法。
9. 前記多次元変調マップを取り出すステップと、
   前記多次元変調マップから前記コードブックを導出するステップと
   をさらに備える、請求項8に記載の方法。
10. 前記第1のデータストリームがシンボルのストリームを備え、前記第2のデータストリームがビットのストリームを備える、請求項8または9に記載の方法。
11. 通信システム内のデータ送信のためのデバイスであって、
    プロセッサと、
    前記プロセッサによる実行用のプログラミングを記憶する非一時的コンピュータ可読記憶媒体と
    を備え、前記プログラミングが、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法で動作を実行するように前記デバイスを構成する命令を含む、デバイス。
12. 通信システム内のデータ受信のためのデバイスであって、
    プロセッサと、
    前記プロセッサによる実行用のプログラミングを記憶する非一時的コンピュータ可読記憶媒体と
    を備え、前記プログラミングが、請求項8〜10のいずれか一項に記載の方法で動作を実行するように前記デバイスを構成する命令を含む、デバイス。

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