本發(fā)明的實(shí)施例總體上涉及無線通信領(lǐng)域,具體地涉及混合多址接入技術(shù),更具體地涉及一種用于混合多址接入無線通信系統(tǒng)的裝置和方法。
背景技術(shù):
混合多址接入(hma,hybridmultipleaccess)技術(shù)是一種極具應(yīng)用前景的技術(shù),相比于其它單一的多址接入技術(shù)如頻分多址(fdma,frequencydivisionmultipleaccess)、正交頻分多址(ofdma,orthogonalfrequencydivisionmultipleaccess)、碼分多址(cdma,codedivisionmultipleaccess)以及交織多址(idma,interleavedivisionmultipleaccess)等,hma技術(shù)使用分層結(jié)構(gòu),結(jié)合了各層所使用技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),具有高服務(wù)質(zhì)量和高抗干擾能力等優(yōu)勢(shì),有望應(yīng)用于下一代無線通信系統(tǒng)中。
在hma系統(tǒng)中,由于多層結(jié)構(gòu)所帶來的影響,各用戶的子載波分配問題更加復(fù)雜。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
在下文中給出了關(guān)于本發(fā)明的簡要概述,以便提供關(guān)于本發(fā)明的某些方面的基本理解。應(yīng)當(dāng)理解,這個(gè)概述并不是關(guān)于本發(fā)明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發(fā)明的關(guān)鍵或重要部分,也不是意圖限定本發(fā)明的范圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概念,以此作為稍后論述的更詳細(xì)描述的前序。
根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)方面,提供了一種用于混合多址接入無線通信系統(tǒng)的裝置,包括:參數(shù)獲取單元,被配置為獲取混合多址接入無線通信系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù);以及子載波分配單元,被配置為使用所述相關(guān)參數(shù)以優(yōu)化該混合多址接入無線通信系統(tǒng)的整體通信質(zhì)量為目標(biāo)為各個(gè)用戶設(shè)備分配子載波。
根據(jù)本申請(qǐng)的另一個(gè)方面,提供了一種用于混合多址接入無線通信系統(tǒng)的裝置,包括:接收單元,被配置為從基站接收子載波分配的信息;以及子載波確定單元,被配置為根據(jù)所接收的信息來確定要使用的子載波。
根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)方面,提供了一種用于混合多址接入無線通信系統(tǒng)的方法,包括:獲取混合多址接入無線通信系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù);以及使用所述相關(guān)參數(shù)以優(yōu)化混合多址接入無線通信系統(tǒng)的整體通信質(zhì)量為目標(biāo)為各個(gè)用戶設(shè)備分配子載波。
根據(jù)本申請(qǐng)的另一個(gè)方面,提供了一種用于混合多址接入無線通信系統(tǒng)的方法,包括:從基站接收子載波分配的信息;以及根據(jù)所接收的信息來確定要使用的子載波。
根據(jù)本申請(qǐng)的實(shí)施例的用于混合多址接入無線通信系統(tǒng)的裝置和方法能夠?qū)崿F(xiàn)子載波的合理分配,提高了系統(tǒng)性能和頻譜利用效率。
依據(jù)本發(fā)明的其它方面,還提供了用于混合多址接入無線通信系統(tǒng)的方法的算機(jī)程序代碼和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品以及其上記錄有該用于實(shí)現(xiàn)這些方法的計(jì)算機(jī)程序代碼的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。
通過以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明,本發(fā)明的上述以及其他優(yōu)點(diǎn)將更加明顯。
附圖說明
為了進(jìn)一步闡述本發(fā)明的以上和其它優(yōu)點(diǎn)和特征,下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。所述附圖連同下面的詳細(xì)說明一起包含在本說明書中并且形成本說明書的一部分。具有相同的功能和結(jié)構(gòu)的元件用相同的參考標(biāo)號(hào)表示。應(yīng)當(dāng)理解,這些附圖僅描述本發(fā)明的典型示例,而不應(yīng)看作是對(duì)本發(fā)明的范圍的限定。在附圖中:
圖1是示出了根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例的用于混合多址接入(hma)無線通信系統(tǒng)的裝置的結(jié)構(gòu)框圖;
圖2示出了hma無線通信系統(tǒng)的一個(gè)頻譜示意圖;
圖3是示出了根據(jù)本申請(qǐng)的實(shí)施例的hma無線通信系統(tǒng)中基站與用戶設(shè)備之間的信息流程的示例的圖;
圖4是示出了根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例的用于hma無線通信系統(tǒng)的裝置的結(jié)構(gòu)框圖;
圖5示出了采用圖1中的裝置100的fbmc-idma通信系統(tǒng)的示意性結(jié)構(gòu)圖;
圖6示出了不基于循環(huán)前綴的濾波器組多載波交織多址(ncpfbmc-idma(non-cyclicprefix,filterbankmultiplecarrier-interleavedivisionmultipleaccess)通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖;
圖7示出了基于循環(huán)前綴的濾波器組多載波交織多址(cpfbmc-idma通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖;
圖8示出了ofdm-idma通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖;
圖9示出了在ncpfbmc-idma通信系統(tǒng)中采用根據(jù)本申請(qǐng)的子載波分配方案和子載波隨機(jī)分配方案時(shí)系統(tǒng)誤比特率(ber,biterrorrate)的比較的曲線圖;
圖10示出了在cpfbmc-idma通信系統(tǒng)中采用根據(jù)本申請(qǐng)的子載波分配方案和子載波隨機(jī)分配方案時(shí)系統(tǒng)ber的比較的曲線圖;
圖11示出了ofdm-idma通信系統(tǒng)中采用根據(jù)本申請(qǐng)的子載波分配方案和子載波隨機(jī)分配方案時(shí)系統(tǒng)ber的比較的曲線圖;
圖12示出了根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例的用于hma無線通信系統(tǒng)的方法的流程圖;
圖13示出了根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例的用于hma無線通信系統(tǒng)的方法的流程圖;以及
圖14是其中可以實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的方法和/或裝置和/或系統(tǒng)的通用個(gè)人計(jì)算機(jī)的示例性結(jié)構(gòu)的框圖。
具體實(shí)施方式
在下文中將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的示范性實(shí)施例進(jìn)行描述。為了清楚和簡明起見,在說明書中并未描述實(shí)際實(shí)施方式的所有特征。然而,應(yīng)該了解,在開發(fā)任何這種實(shí)際實(shí)施例的過程中必須做出很多特定于實(shí)施方式的決定,以便實(shí)現(xiàn)開發(fā)人員的具體目標(biāo),例如,符合與系統(tǒng)及業(yè)務(wù)相關(guān)的那些限制條件,并且這些限制條件可能會(huì)隨著實(shí)施方式的不同而有所改變。此外,還應(yīng)該了解,雖然開發(fā)工作有可能是非常復(fù)雜和費(fèi)時(shí)的,但對(duì)得益于本公開內(nèi)容的本領(lǐng)域技術(shù)人員來說,這種開發(fā)工作僅僅是例行的任務(wù)。
在此,還需要說明的一點(diǎn)是,為了避免因不必要的細(xì)節(jié)而模糊了本發(fā)明,在附圖中僅僅示出了與根據(jù)本發(fā)明的方案密切相關(guān)的設(shè)備結(jié)構(gòu)和/或處理步驟,而省略了與本發(fā)明關(guān)系不大的其他細(xì)節(jié)。
<第一實(shí)施例>
在現(xiàn)有的單層多址接入系統(tǒng)比如ofdma中,為了確保系統(tǒng)的正常使用,在同一時(shí)刻每一個(gè)子載波只能被一個(gè)用戶設(shè)備所使用。另一方面,在hma系統(tǒng)中,以多載波技術(shù)與多址接入技術(shù)相結(jié)合的雙層結(jié)構(gòu)為例,各個(gè)用戶隨機(jī)使用個(gè)別子載波或全部子載波。然而,使用全部子載波的方案(比如現(xiàn)有的ofdm-idma通信系統(tǒng))消耗過多的頻譜資源,而隨機(jī)使用子載波的方案未考慮多載波技術(shù)和多址接入技術(shù)的融合的系統(tǒng)的特點(diǎn),系統(tǒng)性能較差。
圖1示出了根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例的用于hma無線通信系統(tǒng)的裝置100的結(jié)構(gòu)框圖,裝置100包括:參數(shù)獲取單元101,被配置為獲取混合多址接入無線通信系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù);以及子載波分配單元102,被配置為使用所述相關(guān)參數(shù)以優(yōu)化該混合多址接入無線通信系統(tǒng)的整體通信質(zhì)量為目標(biāo)為各個(gè)用戶設(shè)備分配子載波。
如前所述,由于hma無線通信系統(tǒng)中分層結(jié)構(gòu)所帶來的影響,hma系統(tǒng)中的子載波分配問題較為復(fù)雜。在一個(gè)示例中,hma無線接入通信系統(tǒng)為結(jié)合多載波技術(shù)和多址接入技術(shù)的分層系統(tǒng)。圖2示出了hma系統(tǒng)的一個(gè)頻譜示意圖,可以看出,由于多址層的加入,一個(gè)子載波可以同時(shí)分配給多個(gè)用戶設(shè)備使用而不會(huì)引起傳輸數(shù)據(jù)間的混淆。示例性地,hma無線接入通信系統(tǒng)可以為濾波器組多載波交織多址(fbmc-idma)通信系統(tǒng)。
根據(jù)本申請(qǐng)的裝置100例如可以位于網(wǎng)絡(luò)管理側(cè)比如基站中,也可以作為單獨(dú)的設(shè)備存在?;究梢员粚?shí)現(xiàn)為任何類型的演進(jìn)型節(jié)點(diǎn)b(enb)。代替地,基站可以被實(shí)現(xiàn)為任何其他類型的基站,諸如nodeb和基站收發(fā)臺(tái)(bts)。基站可以包括:被配置為控制無線通信的主體(也稱為基站設(shè)備);以及設(shè)置在與主體不同的地方的一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)程無線頭端(rrh)。另外,各種類型的終端設(shè)備均可以通過暫時(shí)地或半持久性地執(zhí)行基站功能而作為基站工作。然而,這僅是示例性的,裝置100可以應(yīng)用于任何進(jìn)行混合多址通信的無線發(fā)送端。裝置100通過進(jìn)行合理的子載 波分配,使得整個(gè)無線通信系統(tǒng)的整體通信質(zhì)量得以優(yōu)化。
在一個(gè)示例中,整體通信質(zhì)量用以下中的至少一個(gè)來表示:用戶設(shè)備的和信噪比(sumsnr,sumsignal-to-noiseratio),信道容量,可達(dá)速率。例如,在采用和信噪比的情況下,可以通過使得所有用戶設(shè)備的和信噪比最大來進(jìn)行上述優(yōu)化。另一方面,在使用信道容量或可達(dá)速率的情況下,可以通過使得信道容量最高或可達(dá)速率最高來進(jìn)行上述優(yōu)化。
此外,子載波分配單元102在進(jìn)行子載波分配時(shí)還可以基于如下條件:使得每個(gè)子載波承載的用戶數(shù)均勻。這樣可以使得各個(gè)子載波的負(fù)載較為均衡,提高頻譜利用效率,改善系統(tǒng)性能。
參數(shù)獲取單元101獲取要在子載波的分配中使用的hma系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)。例如,這些相關(guān)參數(shù)包括如下中的至少一部分:活躍的用戶設(shè)備數(shù)k,總子載波數(shù)量m,要分配給每個(gè)用戶設(shè)備的子載波數(shù)量d,對(duì)應(yīng)于每一個(gè)用戶設(shè)備k的信道向量
其中,子載波分配單元102可以被配置為基于這些參數(shù)確定要分配給用戶設(shè)備的子載波的數(shù)量以及具體分配哪些子載波。例如,子載波分配單元102可以被配置為根據(jù)信道向量
此外,還可以設(shè)置為要分配給用戶設(shè)備的子載波的數(shù)量是確定的,子載波分配單元102僅確定具體分配哪些子載波。
在一個(gè)具體示例中,子載波分配單元102被配置為以第k個(gè)用戶設(shè)備是否使用第m個(gè)子載波為優(yōu)化變量,以所有用戶設(shè)備的和信噪比最大化為優(yōu)化目標(biāo)來優(yōu)化子載波的分配。
此外,在進(jìn)行上述優(yōu)化時(shí),還可以包括如下限制:每個(gè)用戶設(shè)備使用d個(gè)子載波,每個(gè)子載波承載的用戶設(shè)備數(shù)均勻。
在該示例中,和信噪比由所有用戶設(shè)備的snr構(gòu)成,每個(gè)用戶設(shè)備的snr由各用戶設(shè)備的信道狀態(tài)信息(csi,channelstateinformation)以及所選的子載波決定,csi例如為通過信道估計(jì)算法獲得的信道向量,對(duì)應(yīng)的和信噪比可以由下式給出:
其中,信道向量
式(1’)代表了待求解的優(yōu)化模型,使用該模型,以snr最大化為優(yōu)化目標(biāo),以每個(gè)用戶設(shè)備使用d個(gè)子載波為第一組約束條件,以避免各子載波過載,保證各子載波承載用戶數(shù)均勻?yàn)榈诙M約束條件,來求解該優(yōu)化問題,得到表示第k個(gè)用戶設(shè)備是否使用第m個(gè)子載波的參數(shù)xkm。這樣,就獲得了各個(gè)用戶設(shè)備的子載波分配結(jié)果。
其中,第一組約束條件可以用下式(2’)表示:
第二組約束條件可以用下式(3’)表示:
其中,
應(yīng)該理解,以上僅是優(yōu)化模型的一個(gè)示例,本申請(qǐng)并不限于此,并且也不限于采用snr作為信道質(zhì)量的指示。
如圖1中的虛線框所示,裝置100還可以包括:收發(fā)單元103,被配置為向用戶設(shè)備發(fā)送子載波分配結(jié)果。隨后,用戶設(shè)備可以使用分配給它的子載波來傳輸數(shù)據(jù)。
此外,收發(fā)單元103還可以被配置為響應(yīng)于用戶設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸請(qǐng)求向用戶設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)分組長度以及子載波參數(shù)設(shè)置的信息。子載波參數(shù)設(shè)置例如包括子載波的中心頻率、帶寬、子載波數(shù)目等參數(shù)。用戶設(shè)備可以根據(jù)這些信息來進(jìn)行數(shù)據(jù)分組和子載波波形設(shè)計(jì),并隨后發(fā)送服務(wù)質(zhì)量要求和訓(xùn)練序列等數(shù)據(jù)。
相應(yīng)地,收發(fā)單元103還可以被配置為從用戶設(shè)備接收服務(wù)質(zhì)量要求 和訓(xùn)練序列?;緦⒗糜?xùn)練序列來進(jìn)行信道估計(jì)以獲得信道向量
為了便于理解,圖3示出了hma無線通信系統(tǒng)中基站(bs)與用戶設(shè)備(ue)之間的信息流程的示例,在該示例中,以時(shí)分雙工上行數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)為例進(jìn)行描述。
其中,ue首先向bs發(fā)送數(shù)據(jù)傳輸請(qǐng)求,bs接收到該數(shù)據(jù)傳輸請(qǐng)求后,探測(cè)周圍環(huán)境是否適合通信,如果適合通信,則響應(yīng)于該數(shù)據(jù)傳輸請(qǐng)求生成數(shù)據(jù)分組長度以及子載波參數(shù)設(shè)置(用于子載波設(shè)計(jì)),并在數(shù)據(jù)傳輸響應(yīng)中將這些設(shè)置發(fā)送給ue。ue根據(jù)所接收到的數(shù)據(jù)分組長度和子載波參數(shù)設(shè)置來進(jìn)行數(shù)據(jù)分組和子載波設(shè)計(jì),其中數(shù)據(jù)分組的方式和子載波設(shè)計(jì)的方式是ue和bs雙方均認(rèn)同的。
隨后,ue向bs發(fā)送服務(wù)質(zhì)量要求qos和訓(xùn)練序列。bs基于接收到的訓(xùn)練序列進(jìn)行信道估計(jì),并且根據(jù)信道估計(jì)的結(jié)果、qos和活躍用戶數(shù)量來確定分配給每個(gè)用戶設(shè)備的子載波數(shù)目。接下來,基站執(zhí)行前述子載波分配方法,獲得各個(gè)用戶設(shè)備的子載波分配結(jié)果,并將該結(jié)果以及數(shù)據(jù)傳輸指令發(fā)送給ue。在接收到數(shù)據(jù)傳輸指令后,ue根據(jù)前述數(shù)據(jù)分組長度和子載波參數(shù)的設(shè)置使用所分配的子載波來發(fā)送上行鏈路數(shù)據(jù)。此外,bs使用相應(yīng)的接收方法來接收這些數(shù)據(jù),并且如果必要還可進(jìn)行下行鏈路數(shù)據(jù)傳輸。
在上述信令交互過程中,大部分信令數(shù)據(jù)只涉及很少的數(shù)據(jù)量,可以通過控制信道來傳輸,只有訓(xùn)練序列和數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)量較大,通過數(shù)據(jù)信道傳輸。
在本實(shí)施例中,裝置100通過以hma通信系統(tǒng)的整體通信質(zhì)量為目標(biāo)來優(yōu)化子載波的分配,能夠獲得以下中的至少一個(gè)優(yōu)點(diǎn):提高系統(tǒng)性能,提高系統(tǒng)的頻譜資源利用率,實(shí)現(xiàn)子載波間的負(fù)載均衡。
<第二實(shí)施例>
圖4示出了根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例的用于hma無線通信系統(tǒng)的裝置200的結(jié)構(gòu)框圖,該裝置200包括:接收單元201,被配置為從基站接收子載波分配的信息;以及子載波確定單元202,被配置為根據(jù)所接收的信息來確定要使用的子載波。
該裝置200例如可以位于用戶設(shè)備中。作為示例,裝置200可以被實(shí)現(xiàn)為移動(dòng)終端(諸如智能電話、平板個(gè)人計(jì)算機(jī)(pc)、筆記本式pc、便攜式游戲終端、便攜式/加密狗型移動(dòng)路由器和數(shù)字?jǐn)z像裝置)或者車載終端(諸如汽車導(dǎo)航設(shè)備)。裝置200還可以被實(shí)現(xiàn)為執(zhí)行機(jī)器對(duì)機(jī)器(m2m)通信的終端(也稱為機(jī)器類型通信(mtc)終端)。此外,裝置200可以為安裝在上述終端中的每個(gè)終端上的無線通信模塊(諸如包括單個(gè)晶片的集成電路模塊)。
在一個(gè)示例中,接收單元201還可以被配置為從基站接收數(shù)據(jù)分組長度以及子載波參數(shù)設(shè)置的信息,以用于數(shù)據(jù)分組及濾波器生成。
此外,如圖4中的虛線框所示,裝置200還可以包括:發(fā)送單元203,被配置為向基站發(fā)送qos和訓(xùn)練序列,以供基站用于子載波分配。例如,如以上參照?qǐng)D3所述,基站使用訓(xùn)練序列來進(jìn)行信道估計(jì),并基于信道估計(jì)的結(jié)果和qos等確定子載波的分配方案。
在本實(shí)施例中,裝置200通過使用基站分配的子載波來進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,能夠獲得以下中的至少一個(gè)優(yōu)點(diǎn):提高系統(tǒng)性能,提高系統(tǒng)的頻譜資源利用率,實(shí)現(xiàn)子載波間的負(fù)載均衡。
<第三實(shí)施例>
圖5示出了采用根據(jù)第一實(shí)施例的裝置100的hma通信系統(tǒng)的示意性結(jié)構(gòu)圖,其中idma代表多址接入層,多載波系統(tǒng)代表多載波層。虛線框中的部分代表發(fā)送器,k個(gè)用戶設(shè)備使用該發(fā)送器進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送,數(shù)據(jù)經(jīng)過idma層和多載波系統(tǒng)的處理,發(fā)送到多址接入信道(mac,multipleaccesschannel)中,經(jīng)過該信道傳輸后由相應(yīng)的接收器接收并恢復(fù)出各個(gè)用戶設(shè)備的數(shù)據(jù)。其中,在多載波系統(tǒng)的處理中,各個(gè)用戶設(shè)備可以根據(jù)裝置100確定的子載波分配方案來使用相應(yīng)的子載波進(jìn)行發(fā)送數(shù)據(jù)的生成。
其中,多載波層的處理例如可以為濾波器組多載波(fbmc)處理或者ofdm處理。而fbmc-idma通信系統(tǒng)可以分為不基于循環(huán)前綴的fbmc-idma通信系統(tǒng)(ncpfbmc-idma)和基于循環(huán)前綴的fbmc-idma通信系統(tǒng)(cpfbmc-idma)。
圖6示出了ncpfbmc-idma通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。在發(fā)送端,分別對(duì)k個(gè)用戶進(jìn)行交織多址處理和濾波器組多載波處理,以用戶k為例 描述對(duì)每一個(gè)用戶的數(shù)據(jù)的處理。用戶k的發(fā)送信息比特向量bk(經(jīng)過編碼的或未經(jīng)編碼的均可)被輸入擴(kuò)展器進(jìn)行擴(kuò)展,以得到擴(kuò)展后的碼片(chip)向量ck,擴(kuò)展序列例如為{+1,-1}交替序列。然后,ck通過交織器πk進(jìn)行交織,得到交織后的碼片向量
在接收端,可以采用逐碼片檢測(cè)算法。在經(jīng)過mac信道的傳輸之后,接收信號(hào)r可以表示為:
其中,
r=[r(1),r(2),...,r(n)]t(2)
ξ=[ξ(1),ξ(2),...,ξ(n)]t(4)
其中,n是碼片的長度,為一自然數(shù)。r(j)是接收到的每個(gè)符號(hào)數(shù)據(jù),
公式(1)可以寫為:
其中,ξk是對(duì)應(yīng)于用戶k的干擾(包含噪聲,以下稱為干擾噪聲和)。根據(jù)中心極限定理,ξk可以近似為一個(gè)高斯變量,且該高斯變量的概率密度函數(shù)(pdf,probabilitydensityfunction)由其均值和方差決定。
在接收端,軟信息估計(jì)器基于碼片的均值和方差計(jì)算干擾噪聲和的均值和協(xié)方差矩陣從而獲得碼片的外附軟信息。具體地,軟信息估計(jì)器如下計(jì)算上述外附軟信息:
其中,
其中,cov(r)表示接收數(shù)據(jù)的協(xié)方差矩陣,上標(biāo)h表示共軛轉(zhuǎn)置運(yùn)算,cov(ξk)為用戶k的干擾噪聲和的協(xié)方差矩陣,上標(biāo)-1表示矩陣逆運(yùn)算。
其中,
其中,↑p代表上采樣因子為p的上采樣。例如,數(shù)據(jù)流的均值和方差可以通過軟信息到統(tǒng)計(jì)信息的轉(zhuǎn)換根據(jù)如下公式來計(jì)算得到:
其中,
e(re(xk(m)))=tanh(edec(re(xk(m)))/2)
e(im(xk(m)))=tanh(edec(im(xk(m)))/2)
其中,
var(re(xk(m)))=1-(e(re(xk(m))))2
var(im(xk(m)))=1-(e(im(xk(m))))2
在上述公式中,xk(m)代表第k個(gè)用戶的數(shù)據(jù)流,e()表示均值,var()表示方差,re表示實(shí)部,im表示虛部,edec(re(xk(m)))表示數(shù)據(jù)流的實(shí)部的先驗(yàn)軟信息,edec(im(xk(m)))表示數(shù)據(jù)流的虛部的先驗(yàn)軟信息,在初次進(jìn)行迭代時(shí),這些先驗(yàn)軟信息設(shè)置為0。即,根據(jù)數(shù)據(jù)流的先驗(yàn)軟信息獲得數(shù)據(jù)流的均值和方差。
隨后對(duì)該外附軟信息
此外,雖然在上述示例中下采樣是在計(jì)算出碼片的外附軟信息之后對(duì)該外附軟信息進(jìn)行的,但是也可以對(duì)干擾噪聲和的均值e(ξk)和協(xié)方差矩陣cov(ξk)進(jìn)行下采樣,從而根據(jù)式(8)直接計(jì)算出數(shù)據(jù)流的第二外附軟信息eese(xk(m))。應(yīng)該理解,這兩種方式所獲得的計(jì)算結(jié)果是相同的,只是計(jì)算量略有不同。
在接收端,進(jìn)行迭代控制以使得以上計(jì)算重復(fù)進(jìn)行,直到滿足預(yù)定條件為止,該預(yù)定條件例如可以為達(dá)到預(yù)定迭代次數(shù)。在滿足預(yù)定條件時(shí),對(duì)此時(shí)的解碼器的輸出進(jìn)行硬判決,得到估計(jì)值
圖7示出了cpfbmc-idma通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。在發(fā)送端,除了圖6中的各個(gè)處理之外,還在上采樣之前在交織后的信息中插入循環(huán)前綴(cp)。例如,cp的插入有利于提高通信質(zhì)量,從而可以應(yīng)用于信道質(zhì)量較差的情形。其他處理與ncpfbmc-idma的相應(yīng)處理類似,在此不再重復(fù)描述。最終,k個(gè)用戶的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)入多址接入信道(mac)傳輸以到達(dá)接收端。
類似地,在接收端,可以采用逐碼片檢測(cè)算法。在經(jīng)過mac信道的傳輸之后,接收信號(hào)r可以表示為:
其中,r=[r(1),r(2),...,r(n)]t(18)
ξ=[ξ(1),ξ(2),...,ξ(n)]t(20)
其中,類似地,r(j)是接收到的每個(gè)符號(hào)數(shù)據(jù);
對(duì)公式(17)進(jìn)行快速傅里葉變換(fft),獲得如下式(22)。
其中r、xk和z分別表示r,
對(duì)于公式(22)的每一行,有下式(23)。
其中,r(n)、λk(n)、xk(n)和z(n)分別是r,λk,xk,和z的第n個(gè)元素。
公式(23)還可以寫成:
r(n)=λk(n)xk(n)+ηk(n),(24)
其中,ηk(n)是對(duì)應(yīng)于用戶k的干擾噪聲和。根據(jù)中心極限定理,ηk(n)可以近似為一個(gè)高斯變量,且該高斯變量的概率密度函數(shù)(pdf)由其均值和方差決定。
在對(duì)接收數(shù)據(jù)逐碼片進(jìn)行cp去除和fft運(yùn)算之后,將其提供給軟信息估計(jì)器。軟信息估計(jì)器如下計(jì)算外附軟信息:基于碼片的頻域的均值計(jì)算干擾噪聲和的均值從而獲得碼片的更新的頻域的均值;由逆快速傅里葉變換模塊對(duì)該更新的頻域的均值進(jìn)行逆傅里葉變換以獲得碼片的時(shí)域的均值;以及利用碼片的時(shí)域的均值來計(jì)算外附軟信息。
例如,軟信息估計(jì)器可以根據(jù)如下公式來計(jì)算外附軟信息:
其中,eese(xk(m))為所獲得的外附軟信息,e(xk(m))為根據(jù)接受數(shù)據(jù)和碼片的先驗(yàn)統(tǒng)計(jì)信息計(jì)算的數(shù)據(jù)流的更新的統(tǒng)計(jì)信息,并且其更新過程實(shí)質(zhì)上是在頻域進(jìn)行的,如下。
e(xk(m))=(ifft(e(xk(n))))↓p(27)
↓p表示下采樣因子為p的下采樣。其中,
其中,r(n)代表變換后的接收數(shù)據(jù),
e(xk(n))為碼片的頻域的均值,其中,k'僅是為了與k進(jìn)行區(qū)分??梢詫?duì)數(shù)據(jù)流的時(shí)域的均值進(jìn)行上采樣并且進(jìn)行fft運(yùn)算獲得,對(duì)于第k個(gè)用戶而言,如下式所示。
e(xk(n))=fft((e(xk(m)))↑p)(30)
例如,數(shù)據(jù)流的時(shí)域的均值可以根據(jù)如下公式來計(jì)算得到:
其中,e(re(xk(m)))=tanh(edec(re(xk(m)))/2)
e(im(xk(m)))=tanh(edec(im(xk(m)))/2)
在上式中,xk(m)代表第k個(gè)用戶的數(shù)據(jù)流,e()表示均值,re表示實(shí)部,im表示虛部,edec(re(xk(m)))表示數(shù)據(jù)流的實(shí)部的先驗(yàn)軟信息,edec(im(xk(m)))表示數(shù)據(jù)流的虛部的先驗(yàn)軟信息。類似地,在首次迭代中,先驗(yàn)軟信息的初始值設(shè)置為0。
以上在式(26)中直接計(jì)算了數(shù)據(jù)流的外附軟信息,這是因?yàn)樵谑?27)中計(jì)算更新的統(tǒng)計(jì)信息時(shí)進(jìn)行了下采樣,但是,也可以嚴(yán)格如圖12中的結(jié)構(gòu)所示,在式(27)中不進(jìn)行下采樣,而是在轉(zhuǎn)換為外附軟信息后再進(jìn)行下采樣。此時(shí),如下式(32)和(33)所示。
應(yīng)該理解,這兩種方式所獲得的結(jié)果是相同的,區(qū)別僅在于計(jì)算量有所不同。
在如上獲得數(shù)據(jù)流的第二外附軟信息eese(xk(m))(這里使用“第二”僅是為了與碼片的外附軟信息進(jìn)行區(qū)別并與前一示例保持一致)后,使用該第二外附軟信息進(jìn)行相應(yīng)于用戶的解映射、解交織、解碼以獲得第三外附軟信息,使用該第三外附軟信息進(jìn)行相應(yīng)的交織、映射以獲得更新的先驗(yàn)軟信息edec(xk(m))。接著,使用式(31)來計(jì)算數(shù)據(jù)流的更新的先驗(yàn)統(tǒng)計(jì)信息,并使用式(30)來獲得碼片的頻域的更新的先驗(yàn)統(tǒng)計(jì)信息。隨后使用式(26)至(29)來計(jì)算數(shù)據(jù)流的時(shí)域的更新的外附軟信息,從而使得能夠進(jìn)行新一輪的迭代計(jì)算。
同樣,在接收端進(jìn)行迭代控制以使得以上計(jì)算重復(fù)進(jìn)行,直到滿足預(yù)定條件為止,該預(yù)定條件例如可以為達(dá)到預(yù)定迭代次數(shù)。在滿足預(yù)定條件時(shí),可以對(duì)解碼器的輸出進(jìn)行硬判決,得到估計(jì)值
圖8示出了ofdm-idma通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。在發(fā)送端(tx),用戶k的發(fā)送信息比特向量bk(經(jīng)過編碼的或未經(jīng)編碼的均可)被輸入擴(kuò)展器進(jìn)行擴(kuò)展,以得到擴(kuò)展后的碼片向量ck,擴(kuò)展序列例如為{+1,-1}交替序列。然后,ck通過交織器πk進(jìn)行交織,得到交織后的碼片向量
下面將分別比較在上述ncpfbmc-idma通信系統(tǒng)、cpfbmc-idma和ofdm-idma通信系統(tǒng)中,采用子載波隨機(jī)分配方案和采用第一實(shí)施例中所述的裝置100實(shí)施的子載波分配方案的情況下的系統(tǒng)誤比特率(ber)。其中,在針對(duì)這兩種分配方案的計(jì)算中,除了選擇子載波的方式不同,發(fā)送器和接收器采用的參數(shù)和算法是完全相同的。因此,所獲得的結(jié)果可以反映這兩種子載波的分配方案對(duì)于系統(tǒng)性能的影響。
圖9示出了在ncpfbmc-idma通信系統(tǒng)中采用上述兩種子載波分配方案時(shí)系統(tǒng)ber的比較的曲線圖。作為示例,采用如下系統(tǒng)相關(guān)參數(shù):發(fā)送端中的擴(kuò)展器的擴(kuò)展長度s=4,活躍用戶數(shù)k=16,數(shù)據(jù)塊長度n=128,濾波器組所使用的濾波器設(shè)計(jì)是非完全重構(gòu)的,濾波器組的上采樣率為p=8,濾波器組子載波數(shù)目為m=8,濾波器組的濾波器長度為nf=64,各用戶設(shè)備采用隨機(jī)交織器,每個(gè)用戶設(shè)備選擇d=3個(gè)子載波,各用戶設(shè)備在各個(gè)子載波上的功率均勻,即pk,m為同一常數(shù),星座圖為qpsk調(diào)制,信道為16抽頭rayleigh衰落信道,cp長度為
從圖9中可以看出,采用本申請(qǐng)的子載波分配方案所得到的ber性能優(yōu)于隨機(jī)選擇子載波的方案的ber系能。在高信噪比下,可以取得3db左右的信噪比增益。同時(shí),與使用所有子載波的ncpfbmc-idma通信 系統(tǒng)相比,僅僅需要d/m=3/8的帶寬,頻譜利用率提升8/3倍。
圖10示出了在cpfbmc-idma通信系統(tǒng)中采用上述兩種子載波分配方案時(shí)系統(tǒng)ber的比較的曲線圖。除了使用循環(huán)前綴外,系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)與ncpfbmc-idma通信系統(tǒng)中的完全相同。
從圖10中可以看出,采用本申請(qǐng)的子載波分配方案所得到的ber性能優(yōu)于隨機(jī)選擇子載波的方案的ber系能。在高信噪比下,也可以取得3db左右的信噪比增益。同時(shí),與使用所有子載波的cpfbmc-idma通信系統(tǒng)相比,僅僅需要d/m=3/8的帶寬,頻譜利用率提升8/3倍。
圖11示出了在ofdm-idma通信系統(tǒng)中采用上述兩種子載波分配方案時(shí)系統(tǒng)ber的比較的曲線圖。系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)如下:擴(kuò)展長度s=32,活躍用戶數(shù)k=16,數(shù)據(jù)塊長度n=128,子載波數(shù)m=8,各用戶設(shè)備采用隨機(jī)交織器,每個(gè)用戶選擇d=3個(gè)子載波,各用戶在各個(gè)子載波上的功率均勻,即pk,m為同一常數(shù),星座圖為qpsk調(diào)制,信道為16抽頭rayleigh衰落信道,接收機(jī)迭代次數(shù)為12。從圖11中可以看出,采用本申請(qǐng)的子載波分配方案所得到的ber性能優(yōu)于隨機(jī)選擇子載波的方案的ber系能。在高信噪比下,也可以取得5db左右的信噪比增益。同時(shí),與使用所有子載波的ofdm-idma通信系統(tǒng)相比,僅僅需要d/m=3/8的帶寬,頻譜利用率提升至8/3倍。
<第四實(shí)施例>
在上文的實(shí)施方式中描述用于混合多址接入無線通信系統(tǒng)的裝置的過程中,顯然還公開了一些處理或方法。下文中,在不重復(fù)上文中已經(jīng)討論的一些細(xì)節(jié)的情況下給出這些方法的概要,但是應(yīng)當(dāng)注意,雖然這些方法在對(duì)裝置的描述的過程中公開,但是這些方法不一定采用所描述的那些部件或不一定由那些部件執(zhí)行。例如,上述裝置的實(shí)施方式可以部分地或完全地使用硬件和/或固件來實(shí)現(xiàn),而下面討論的相應(yīng)方法可以完全由計(jì)算機(jī)可執(zhí)行的程序來實(shí)現(xiàn),盡管這些方法也可以采用用于上述裝置的硬件和/或固件。
圖12示出了根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例的用于混合多址接入無線通信系統(tǒng)的方法的流程圖,該方法包括:獲取所述混合多址接入無線通信系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)(s11);以及使用所述相關(guān)參數(shù)以優(yōu)化混合多址接入無線通信系統(tǒng)的整體通信質(zhì)量為目標(biāo)為各個(gè)用戶設(shè)備分配子載波(s12)。
其中,混合多址接入無線通信系統(tǒng)可以為結(jié)合多載波技術(shù)和多址接入技術(shù)的分層系統(tǒng)。例如,混合多址接入無線通信系統(tǒng)為濾波器組多載波交織多址通信系統(tǒng)。
其中,整體通信質(zhì)量可以用以下中的至少一個(gè)表示:所有用戶設(shè)備的和信噪比,信道容量,可達(dá)速率。
在一個(gè)示例中,在步驟s12中確定要分配給用戶設(shè)備的子載波的數(shù)量以及具體分配哪些子載波。例如,在進(jìn)行子載波分配時(shí)還基于如下條件:使得每個(gè)子載波承載的用戶設(shè)備數(shù)均勻。這樣可以使得各個(gè)子載波的負(fù)載均衡,從而進(jìn)一步改善系統(tǒng)性能。
在步驟s11中獲取的相關(guān)參數(shù)可以包括如下中的至少一部分:活躍的用戶設(shè)備數(shù)k,總子載波數(shù)量m,要分配給每個(gè)用戶設(shè)備的子載波數(shù)量d,對(duì)應(yīng)于每一個(gè)用戶設(shè)備k的信道向量
例如,在步驟s12中以第k個(gè)用戶設(shè)備是否使用第m個(gè)子載波為優(yōu)化變量,以所有用戶設(shè)備的和信噪比最大化為優(yōu)化目標(biāo)來優(yōu)化子載波的分配。在進(jìn)行該優(yōu)化時(shí)還可以包括如下限制:每個(gè)用戶設(shè)備使用d個(gè)子載波,每個(gè)子載波承載的用戶設(shè)備數(shù)均勻。
此外,在步驟s12中還可以根據(jù)信道向量
如圖中的虛線框所示,上述方法還可以包括步驟s13:向用戶設(shè)備發(fā)送子載波分配結(jié)果。
此外,在執(zhí)行步驟s11之前,還可以響應(yīng)于用戶設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸請(qǐng)求向用戶設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)分組長度以及子載波參數(shù)設(shè)置的信息。這樣用戶設(shè)備可以根據(jù)該信息進(jìn)行數(shù)據(jù)分組和子載波設(shè)計(jì)。隨后,在步驟s11之前,還可以從用戶設(shè)備接收服務(wù)質(zhì)量要求和訓(xùn)練序列,并基于該訓(xùn)練序列進(jìn)行信道估計(jì),以獲得信道向量
圖13示出了根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例的用于混合多址接入無線通信系統(tǒng)的方法的流程圖,該方法包括:從基站接收子載波分配的信息(s23);以及根據(jù)所接收的信息來確定要使用的子載波(s24)。
此外,如圖中的虛線框所示,上述方法還可以包括:從基站接收數(shù)據(jù)分組長度以及子載波參數(shù)設(shè)置的信息(s21),以用于數(shù)據(jù)分組及濾波器生成。在步驟s21之后還可以包括:向基站發(fā)送服務(wù)質(zhì)量要求和訓(xùn)練序列, 以供基站用于子載波分配。
注意,上述各個(gè)方法可以結(jié)合或單獨(dú)使用,其細(xì)節(jié)在第一至第三實(shí)施例中已經(jīng)進(jìn)行了詳細(xì)描述,在此不再重復(fù)。
以上結(jié)合具體實(shí)施例描述了本發(fā)明的基本原理,但是,需要指出的是,對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言,能夠理解本發(fā)明的方法和裝置的全部或者任何步驟或部件,可以在任何計(jì)算裝置(包括處理器、存儲(chǔ)介質(zhì)等)或者計(jì)算裝置的網(wǎng)絡(luò)中,以硬件、固件、軟件或者其組合的形式實(shí)現(xiàn),這是本領(lǐng)域的技術(shù)人員在閱讀了本發(fā)明的描述的情況下利用其基本電路設(shè)計(jì)知識(shí)或者基本編程技能就能實(shí)現(xiàn)的。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解,上文所述的裝置中的例如參數(shù)獲取單元、子載波分配單元、信道估計(jì)單元、子載波確定單元等,可以由一個(gè)或更多個(gè)處理器來實(shí)現(xiàn),而例如收發(fā)單元、發(fā)送單元、接收單元等,可以由天線、濾波器、調(diào)制解調(diào)器及編解碼器等電路元器件實(shí)現(xiàn)。
因此,本發(fā)明還提出了一種電子設(shè)備(1),包括:一種電路,被配置為:獲取所述混合多址接入無線通信系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù);以及使用該相關(guān)參數(shù)以優(yōu)化混合多址接入無線通信系統(tǒng)的整體通信質(zhì)量為目標(biāo)為各個(gè)用戶設(shè)備分配子載波。
本發(fā)明還提出了一種電子設(shè)備(2),包括:一種電路,被配置為:從基站接收子載波分配的信息;以及根據(jù)所接收的信息來確定要使用的子載波。
而且,本發(fā)明還提出了一種存儲(chǔ)有機(jī)器可讀取的指令代碼的程序產(chǎn)品。所述指令代碼由機(jī)器讀取并執(zhí)行時(shí),可執(zhí)行上述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法。
相應(yīng)地,用于承載上述存儲(chǔ)有機(jī)器可讀取的指令代碼的程序產(chǎn)品的存儲(chǔ)介質(zhì)也包括在本發(fā)明的公開中。所述存儲(chǔ)介質(zhì)包括但不限于軟盤、光盤、磁光盤、存儲(chǔ)卡、存儲(chǔ)棒等等。
在通過軟件或固件實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的情況下,從存儲(chǔ)介質(zhì)或網(wǎng)絡(luò)向具有專用硬件結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)(例如圖14所示的通用計(jì)算機(jī)1400)安裝構(gòu)成該軟件的程序,該計(jì)算機(jī)在安裝有各種程序時(shí),能夠執(zhí)行各種功能等。
在圖14中,中央處理單元(cpu)1401根據(jù)只讀存儲(chǔ)器(rom)1402中存儲(chǔ)的程序或從存儲(chǔ)部分1408加載到隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(ram)1403的程序執(zhí)行各種處理。在ram1403中,也根據(jù)需要存儲(chǔ)當(dāng)cpu1401 執(zhí)行各種處理等等時(shí)所需的數(shù)據(jù)。cpu1401、rom1402和ram1403經(jīng)由總線1404彼此連接。輸入/輸出接口1405也連接到總線1404。
下述部件連接到輸入/輸出接口1405:輸入部分1406(包括鍵盤、鼠標(biāo)等等)、輸出部分1407(包括顯示器,比如陰極射線管(crt)、液晶顯示器(lcd)等,和揚(yáng)聲器等)、存儲(chǔ)部分1408(包括硬盤等)、通信部分1409(包括網(wǎng)絡(luò)接口卡比如lan卡、調(diào)制解調(diào)器等)。通信部分1409經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)比如因特網(wǎng)執(zhí)行通信處理。根據(jù)需要,驅(qū)動(dòng)器1410也可連接到輸入/輸出接口1405??梢瞥橘|(zhì)1411比如磁盤、光盤、磁光盤、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器等等根據(jù)需要被安裝在驅(qū)動(dòng)器1410上,使得從中讀出的計(jì)算機(jī)程序根據(jù)需要被安裝到存儲(chǔ)部分1408中。
在通過軟件實(shí)現(xiàn)上述系列處理的情況下,從網(wǎng)絡(luò)比如因特網(wǎng)或存儲(chǔ)介質(zhì)比如可移除介質(zhì)1411安裝構(gòu)成軟件的程序。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解,這種存儲(chǔ)介質(zhì)不局限于圖14所示的其中存儲(chǔ)有程序、與設(shè)備相分離地分發(fā)以向用戶提供程序的可移除介質(zhì)1411??梢瞥橘|(zhì)1411的例子包含磁盤(包含軟盤(注冊(cè)商標(biāo)))、光盤(包含光盤只讀存儲(chǔ)器(cd-rom)和數(shù)字通用盤(dvd))、磁光盤(包含迷你盤(md)(注冊(cè)商標(biāo)))和半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。或者,存儲(chǔ)介質(zhì)可以是rom1402、存儲(chǔ)部分1408中包含的硬盤等等,其中存有程序,并且與包含它們的設(shè)備一起被分發(fā)給用戶。
還需要指出的是,在本發(fā)明的裝置、方法和系統(tǒng)中,各部件或各步驟是可以分解和/或重新組合的。這些分解和/或重新組合應(yīng)該視為本發(fā)明的等效方案。并且,執(zhí)行上述系列處理的步驟可以自然地按照說明的順序按時(shí)間順序執(zhí)行,但是并不需要一定按時(shí)間順序執(zhí)行。某些步驟可以并行或彼此獨(dú)立地執(zhí)行。
最后,還需要說明的是,術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含,從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素,而且還包括沒有明確列出的其他要素,或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。此外,在沒有更多限制的情況下,由語句“包括一個(gè)……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。
以上雖然結(jié)合附圖詳細(xì)描述了本發(fā)明的實(shí)施例,但是應(yīng)當(dāng)明白,上面所描述的實(shí)施方式只是用于說明本發(fā)明,而并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。對(duì) 于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說,可以對(duì)上述實(shí)施方式作出各種修改和變更而沒有背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍。因此,本發(fā)明的范圍僅由所附的權(quán)利要求及其等效含義來限定。