一种数据流的发射方法及装置制造方法
【专利摘要】本申请公开了一种数据流的发射方法，用以提供功率叠加非正交多址接入的一种具体实现方式。方法包括：在发射端的总发射功率大于向第一设备发射数据流所需的发射功率时，将待发射给第一设备的数据和待发射给其他至少一个设备的数据调制到同一数据流上；采用分别针对第一设备和所述其他至少一个设备确定的发射功率，发射所述同一数据流。本申请还公开一种数据流的发射装置。
【专利说明】一种数据流的发射方法及装置
【技术领域】
[0001] 本申请涉及通信【技术领域】，尤其涉及一种数据流的发射方法及装置。
【背景技术】
[0002] 无线接入技术是提高移动通信系统容量的一项重要技术。移动通信系统从1G 发展到4G，先后采用频分多址（Frequency Division Multiple Access, FDMA)、时分多址 (Time Division Multiple Access，TDMA)、码分多址（Code Division Multiple Access， CDMA)和正交频分多址（Orthogonal Frequency Division Multiple Access，OFDMA)接 入技术，使得多用户终端可以接入并共享系统资源。在这些接入方式中，用户终端在系统 资源的某一维度内（频域、时域或码域）呈现正交性，因此属于正交多址接入（Orthogonal Multiple Access，0ΜΑ)的范畴。
[0003] 在移动通信系统中，不同用户终端经历的信道衰落差别很大，而且速率需求也呈 现多元化。如果充分利用不同用户终端间的信道衰落和速率需求差异，在发射端将不同用 户终端的信号在功率域叠加，可以有效提高系统容量和频谱效率。由于功率域叠加的各信 号分别对应的用户终端占用同样的系统资源（频谱、时域和码域），即在所有系统资源维 度内呈现非正交性，因此该接入方式属于非正交多址（NonOrthogonal Multiple Access, NOMA)的范畴。一般地，该接入方式可称为功率叠加非正交多址接入方式，后文简称功率叠 加 Ν0ΜΑ。
[0004] 可以预测，功率叠加NOMA的优势包括：不同用户终端通过功率叠加共用系统资 源，可以有效提高系统容量；对信道反馈要求不高，在实际调度场景性中鲁棒性强；等等。
[0005] 然而，目前的现有技术还没有提出功率叠加Ν0ΜΑ的具体实现方式。
【发明内容】
[0006] 本申请实施例提供一种数据流的发射方法，用以提供功率叠加Ν0ΜΑ的一种具体 实现方式。
[0007] 本申请实施例还提供一种数据流的发射装置，用以提供功率叠加Ν0ΜΑ的一种具 体实现方式。
[0008] 本申请实施例采用下述技术方案：
[0009] -种数据流的发射方法，包括：将待发射给第一设备的数据和待发射给其他至少 一个设备的数据调制到同一数据流上；采用分别针对第一设备和所述其他至少一个设备确 定的发射功率，发射所述同一数据流。
[0010] -种数据流的发射装置，包括：调制单元，用于将待发射给第一设备的数据和待发 射给其他至少一个设备的数据调制到同一数据流上；发射单元，用于采用分别针对第一设 备和所述其他至少一个设备确定的发射功率，发射所述同一数据流。
[0011] 本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
[0012] 通过将待发射给第一设备的数据和待发射给其他至少一个设备的数据调制到同 一数据流上，并采用分别针对第一设备和其他至少一个设备确定的发射功率，发射该同一 数据流，从而提供了功率叠加NOMA的一种具体实现方式。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申 请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0014] 图1为本申请实施例1提供的一种数据流的发射方法的具体实现流程图；
[0015] 图2为本申请实施例2中一种典型的用户配对示意图；
[0016] 图3为本申请实施例2中针对用户1的发射信号星座图；
[0017] 图4为本申请实施例2中针对用户2的发射信号星座图；
[0018] 图5为本申请实施例2中对待发送给用户1的数据和待发送给用户2的数据进行 叠加而得到的叠加信号的星座图；
[0019] 图6为本申请实施例2采用的功率叠加Ν0ΜΑ整体方案示意图；
[0020] 图7为本申请实施例2中进行用户终端分组的具体实现方式示意图；
[0021] 图8为本申请实施例3提供的一种数据流的发射装置的具体结构示意图。
【具体实施方式】
[0022] 为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及 相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一 部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做 出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0023] 以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。
[0024] 实施例1
[0025] 实施例1提供一种数据流的发射方法，用以提供功率叠加Ν0ΜΑ的一种具体实现方 式。该方法的具体实现流程如图1所示，主要包括下述步骤：
[0026] 步骤11，发射端将待发射给第一设备的数据和待发射给其他至少一个设备（后文 称所述其他至少一个设备）的数据调制到同一数据流上。
[0027] 比如，可以是在发射端的总发射功率大于向第一设备发射数据流所需的发射功率 时，执行步骤11。
[0028] 步骤12,采用分别针对第一设备和所述其他至少一个设备确定的发射功率，发射 通过执行步骤11而得到的数据流。
[0029] 采用上述方法，通过将待发射给第一设备的数据和待发射给其他至少一个设备的 数据调制到同一数据流上，并采用分别针对第一设备和其他至少一个设备确定的发射功 率，发射该同一数据流，从而提供了功率叠加Ν0ΜΑ的一种具体实现方式。
[0030] 以下分别针对上述步骤11和步骤12,具体说明实施例1提供的该方法的一些可选 的实现方式。
[0031] 针对步骤11而言，所述其他至少一个设备可以有多种确定方式。比如，所述其他 至少一个设备是可以从待接收数据流的设备构成的设备集合中选取的。其中，该设备集合 不包含第一设备。具体选取方式可以包括下述步骤：
[0032] 确定发射端发射的相同的数据流（后文称所述相同的数据流）分别到达设备集合 中的各设备时的信噪比实际值；
[0033] 从设备集合中，选取信噪比实际值与所述相同的数据流到达第一设备时的信噪比 实际值之差的绝对值大于信道衰落差异阈值的设备。
[0034] 采用上述步骤选取出的设备，可以称为"候选的设备"，候选的设备构成的集合可 称为"候选配对设备集"。
[0035] 本申请实施例中，可以直接以候选配对设备集中的设备作为所述其他至少一个设 备。或者，本申请实施例也可以进一步通过执行下述步骤，实现从候选配对设备集中挑选设 备，并以从候选配对设备集中挑选出的设备作为所述其他至少一个设备：
[0036] 步骤一：确定向候选配对设备集中的各设备发射所述相同的数据流时分别采用的 编码调制方式；
[0037] 步骤二：根据确定出的各编码调制方式，计算所述相同的数据流在分别到达候选 配对设备集中的各设备时的可达速率理论值；
[0038] 步骤三：确定所述相同的数据流在分别到达候选配对设备集中的各设备时的所需 速率实际值；
[0039] 步骤四：从候选配对设备集中选取满足特定条件的设备。其中，满足特定条件的设 备为：所需速率实际值小于相应的可达速率理论值的设备。
[0040] 针对上述步骤一，一种具体的实现方式可以包括：按照吞吐量最大化准则，确定向 候选配对设备集中的各设备发射所述相同的数据流时分别采用的编码调制方式。比如，可 以根据所述相同的数据流在到达候选配对设备集中的各设备时的信噪比实际值、分别为候 选配对设备集中的各设备分配的功率分配因子，以及针对不同编码调制方式确定出的信噪 比和块误码率的映射关系，按照吞吐量最大化准则，确定向候选配对设备集中的各设备发 射数据流时分别采用的编码调制方式。
[0041] 前文已经提到，步骤11的执行时机可以是在发射端的总发射功率大于向第一设 备发射数据流所需的发射功率时。本申请实施例中，为了判断发射端的总发射功率是否大 于向第一设备发射数据流所需的发射功率，在执行步骤11前，实施例1提供的该方法还可 以包括下述步骤：
[0042] 步骤a :确定向第一设备发射数据流时采用的编码调制方式；
[0043] 步骤b :根据通过执行步骤a而确定的编码调制方式，计算向第一设备发射的数据 流在到达第一设备时的可达速率理论值；
[0044] 步骤c :确定向第一设备发射的数据流在到达第一设备时的所需速率实际值；
[0045] 步骤d:判断计算出的可达速率理论值是否大于确定出的所需速率实际值，在判 断结果表示该可达速率理论值大于该所需速率实际值时，执行步骤e ;否则，执行步骤f ;
[0046] 步骤e :确定发射端的总发射功率大于向第一设备发射数据流所需的发射功率；
[0047] 步骤f:确定发射端的总发射功率不大于向第一设备发射数据流所需的发射功 率。
[0048] 以下进一步介绍步骤12的可选实现方式。
[0049] 针对步骤12而言，在执行步骤12之前，实施例1提供的该方法可以进一步包括步 骤：确定第一设备和所述其他至少一个设备的功率分配因子；根据确定出的各功率分配因 子，分别确定针对第一设备的发射功率和针对所述其他至少一个设备的发射功率。其中，针 对第一设备的发射功率和针对所述其他至少一个设备的发射功率即为分别针对第一设备 和所述其他至少一个设备确定的发射功率。
[0050] 本申请实施例中，单个设备的功率分配因子表示：发射端向该设备发射数据流所 使用的发射功率在发射端的总发射功率中的占比。比如，以所述其他至少一个设备为第二 设备为例，假设第一设备和第二设备的功率分配因子分别为〇. 3和0. 7,而发射端的总发射 功率为A，则可以确定针对第一设备和第二设备的发射功率分别为0. 3A和0. 7A。
[0051] 实施例2
[0052] 根据实际信道衰落状况和速率需求，功率叠加Ν0ΜΑ可以在功率域复用两个或两 个以上用户。实施例2以下行两个用户终端复用功率域为例，具体说明如何在实际中进行 功率叠加Ν0ΜΑ。
[0053] 本领域技术人员可以理解，实际应用中并不局限于两个用户终端复用功率域，即 也可以是数目大于2的多个用户终端复用功率域；此外，通过对本专利的简单扩展，功率叠 加Ν0ΜΑ方式也可作为上行多址接入方式。
[0054] 在实际应用中，功率叠加Ν0ΜΑ的典型应用场景包括超密集网络场景、设备对设备 (D2D，Device to Device)和机器对机器（M2M，Machine to Machine)场景等。这些应用场 景中的特点包括：用户终端数量巨大、网络容量受限、全网同步困难或要求较低、海量用户 终端随机分布在小区内以及用户终端间信道衰落差异性较大，从而有利于用户终端复用功 率域。
[0055] -般地，进行功率域叠加的用户终端之间可以有较大的信道衰落差异，典型的用 户配对如图2所示。
[0056] 图2中，针对该基站与图示用户终端之间的信道而言，近端用户终端具有较小的 信道衰落和较高的接收信噪比，其往往距离基站较近；而远端用户终端具有较大的信道衰 落和较低的接收信噪比，其往往距离基站较远。
[0057] 假设基站总发射功率一定，如果基站无需满功率发射就可以满足近端用户终端的 速率需求，即存在容量剩余（也称存在剩余功率），那么可以在同样的系统资源（时域、频域 和码域）上，将剩余功率用在向远端用户终端发射数据。针对接收端的处理方式而言，近端 用户终端可以采用串行干扰消除（Successive Interference Cancellation, SIC)接收机， 远端用户终端则可以根据实际情况采用SIC接收机或普通接收机，后文将对此进行分析。 [0058] 基于上述介绍，下文首先分析图1中的近端用户终端（下文简称用户1)和远端用 户终端（下文简称用户2)的接收信号表达式，以及用户1和用户2分别可使用的接收机； 然后再介绍发射信号星座图以及实施例2采用的功率叠加Ν0ΜΑ整体方案。
[0059] 实施例2中，若进行如下假设：
[0060] 图2中的基站总发射功率为P，基站向用户1发射信号（即数据流）Xl，用户1与 基站之间的下行信道的信道冲激响应系数为hi，用户1的接收端噪声为ηι;
[0061] 基站向用户2发射信号x2，用户2与基站之间的下行信道的信道冲激响应系数为 h 2，用户2的接收端噪声为n2。
[0062] 那么，用户1和用户2的接收信号yi和y2可以分别表示如下：
[0063]
[1]
【权利要求】
1. 一种数据流的发射方法，其特征在于，包括： 发射端将待发射给第一设备的数据和待发射给其他至少一个设备的数据调制到同一 数据流上； 采用分别针对第一设备和所述其他至少一个设备确定的发射功率，发射所述同一数据 流。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用分别针对第一设备和所述其他至少一 个设备确定的发射功率，发射所述同一数据流前，所述方法还包括： 确定所述第一设备和所述其他至少一个设备的功率分配因子；其中，单个设备的功率 分配因子表示：所述发射端向该设备发射数据流所使用的发射功率在所述发射端的总发射 功率中的占比； 根据确定出的各功率分配因子，分别确定针对第一设备的发射功率和针对所述其他至 少一个设备的发射功率。
3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述其他至少一个设备的选取方式包括： 确定所述发射端发射的相同的数据流分别到达设备集合中的各设备时的信噪比实际 值；其中，所述设备集合不包含所述第一设备； 从所述设备集合中，选取所述信噪比实际值与所述相同的数据流到达所述第一设备时 的信噪比实际值之差的绝对值大于信道衰落差异阈值的设备。
4. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述其他至少一个设备的选取方式还包括： 确定向从所述设备集合中选取的各设备发射所述相同的数据流时分别采用的编码调 制方式； 根据确定出的各编码调制方式，计算向所述选取的各设备发射的所述相同的数据流在 分别到达所述选取的各设备时的可达速率理论值； 确定向所述选取的各设备发射的所述相同的数据流在分别到达所述选取的各设备时 的所需速率实际值； 从所述选取的各设备中，选取满足特定条件的设备； 其中，满足特定条件的设备为：所需速率实际值小于相应的所述可达速率理论值的设 备。
5. 如权利要求4所述的方法，其特征在于，确定向所述选取的各设备发射数据流时分 别采用的编码调制方式，包括： 按照吞吐量最大化准则，确定向所述选取的各设备发射数据流时分别采用的编码调制 方式。
6. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，按照吞吐量最大化准则，确定向所述选取的 各设备发射数据流时分别采用的编码调制方式，包括： 根据向所述选取的各设备发射的所述相同的数据流在到达所述选取的各设备时的信 噪比实际值、分别为所述选取的各设备分配的功率分配因子，以及针对不同编码调制方式 确定出的信噪比和块误码率的映射关系，按照吞吐量最大化准则，确定向所述选取的各设 备发射数据流时分别采用的编码调制方式。
7. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，将待发射给第一设备的数据和待发射给其 他至少一个设备的数据调制到同一数据流上，包括： 在所述发射端的总发射功率大于向第一设备发射数据流所需的发射功率时，将待发射 给第一设备的数据和待发射给其他至少一个设备的数据调制到同一数据流上。
8. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，将待发射给第一设备的数据和待发射给其 他至少一个设备的数据调制到同一数据流上前，所述方法还包括： 确定向所述第一设备发射数据流时采用的编码调制方式； 根据所述编码调制方式，计算向所述第一设备发射的数据流在到达所述第一设备时的 可达速率理论值； 确定向所述第一设备发射的数据流在到达所述第一设备时的所需速率实际值； 判断所述可达速率理论值是否大于所述所需速率实际值； 在判断结果表示所述可达速率理论值大于所述所需速率实际值时，确定所述发射端的 总发射功率大于向第一设备发射数据流所需的发射功率。
9. 一种数据流的发射装置，其特征在于，包括： 调制单元，用于将待发射给第一设备的数据和待发射给其他至少一个设备的数据调制 到同一数据流上； 发射单元，用于采用分别针对第一设备和所述其他至少一个设备确定的发射功率，发 射所述同一数据流。
10. 如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述装置还包括： 分配因子确定单元，用于在发射单元发射所述同一数据流前，确定所述第一设备和所 述其他至少一个设备的功率分配因子；其中，单个设备的功率分配因子表示：所述发射端 向该设备发射数据流所使用的发射功率在所述总发射功率中的占比； 发射功率确定单元，用于根据确定出的各功率分配因子，分别确定针对第一设备的发 射功率和针对所述其他至少一个设备的发射功率。
11. 如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：设备选取单元，用于确定 所述发射端发射的相同的数据流分别到达设备集合中的各设备时的信噪比实际值；从所述 设备集合中，选取所述信噪比实际值与所述相同的数据流到达所述第一设备时的信噪比实 际值之差的绝对值大于信道衰落差异阈值的设备； 其中，所述设备集合不包含所述第一设备。
12. 如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述设备选取单元还用于： 确定向从所述设备集合中选取的各设备发射所述相同的数据流时分别采用的编码调 制方式； 根据确定出的各编码调制方式，计算向所述选取的各设备发射的所述相同的数据流在 分别到达所述选取的各设备时的可达速率理论值； 确定向所述选取的各设备发射的所述相同的数据流在分别到达所述选取的各设备时 的所需速率实际值； 从所述选取的各设备中，选取满足特定条件的设备； 其中，满足特定条件的设备为：所需速率实际值小于相应的所述可达速率理论值的设 备。
13. 如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述设备选取单元具体用于：按照吞吐量 最大化准则，确定向所述选取的各设备发射数据流时分别采用的编码调制方式。
14. 如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述设备选取单元具体用于： 根据向所述选取的各设备发射的所述相同的数据流在到达所述选取的各设备时的信 噪比实际值、分别为所述选取的各设备分配的功率分配因子，以及针对不同编码调制方式 确定出的信噪比和块误码率的映射关系，按照吞吐量最大化准则，确定向所述选取的各设 备发射数据流时分别采用的编码调制方式。
15. 如权利要求9所述的装置，其特征在于： 调制单元，用于在所述发射端的总发射功率大于向第一设备发射数据流所需的发射功 率时，将待发射给第一设备的数据和待发射给其他至少一个设备的数据调制到同一数据流 上。
16. 如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述装置还包括： 调制方式确定单元，用于在调制单元将待发射给第一设备的数据和待发射给其他至少 一个设备的数据调制到同一数据流上前，确定向所述第一设备发射数据流时采用的编码调 制方式； 计算单元，用于根据所述编码调制方式，计算向所述第一设备发射的数据流在到达所 述第一设备时的可达速率理论值； 实际值确定单元，用于确定向所述第一设备发射的数据流在到达所述第一设备时的所 需速率实际值； 判断单元，用于判断所述可达速率理论值是否大于所述所需速率实际值； 功率比较结果确定单元，用于在判断结果表示所述可达速率理论值大于所述所需速率 实际值时，确定所述总发射功率大于向第一设备发射数据流所需的发射功率。
【文档编号】H04W52/04GK104158631SQ201410429719
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月27日 优先权日:2014年8月27日
【发明者】赵慧, 张诚诚, 郑侃, 罗振东, 魏克军 申请人:北京邮电大学, 工业和信息化部电信研究院