用于稀疏码多址接入的系统和方法
【专利说明】
[0001] 本发明要求2012年11月16日递交的发明名称为"用于稀疏码多址接入的系统和 方法（Systems and Methods for Sparse Code Multiple Access) "的第 61/727, 486 号美 国临时申请案以及2012年12月28日递交的发明名称为"用于稀疏码多址接入的系统和方 法（Systems and Methods for Sparse Code Multiple Access) "的第 13/730, 355 号美国 申请案的在先申请优先权，这两个申请案都以引入的方式并入本文本中，如同全文再现一 般。
技术领域
[0002] 本发明涉及通信领域，并且在具体实施例中，涉及用于稀疏码多址接入的系统和 方法。
【背景技术】
[0003] 码分多址接入（CDMA)是一种数据符号被分散在正交或接近正交的码序列上的多 址接入技术。传统CDM编码是一个两步骤过程，其中在应用扩频序列之前将二进制代码映 射到正交幅度调制（QAM)符号。虽然传统CDM编码可以提供相对较高的编码速率，但是需 要用于实现更高编码速率的新技术/机制以满足下一代无线网络的不断增长的需求。
【发明内容】
[0004] 本发明实施例描述了用于稀疏码多址接入的系统和方法，大体上实现了技术上的 优势。
[0005] 根据一实施例，提供了一种用于复用数据的方法。在该示例中，所述方法包括接收 与第一复用层关联的第一二进制数据，通过从第一码本中选择第一码字对所述第一二进制 数据进行编码，以及将所述第一码字和至少一个来自第二码本的第二码字进行复用以获取 复用码字。所述第一码本被专门分配给所述第一复用层，以及所述第二码本被专门分配给 第二复用层。所述方法进一步包括在网络的共享资源上传输所述复用码字。还提供了一种 用于执行该方法的装置。
[0006] 根据另一实施例，提供了一种用于接收数据的方法。在该示例中，所述方法包括接 收携带复用码字的信号。所述复用码字包括属于多个码本的码字，其中每个码本被分配给 不同的复用层。所述方法进一步包括由与第一复用层关联的接收器识别所述复用码字内的 第一码字。所述第一码字属于被专门分配给所述第一复用层的码本。所述方法进一步包括 解码所述第一码字以获取第一二进制。还提供了一种用于执行该方法的装置。
[0007] 根据另一实施例，提供了一种用于设计稀疏码多址接入（SCM)码的方法。在该示 例中，所述方法包括生成多个多维调制码本，以及由所述多个多维调制码本生成多个稀疏 码本。还提供了一种用于设计低密度签名（LDS)的方法。
【附图说明】
[0008] 为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考下文结合附图进行的描述，其中：
[0009] 图1示出了传统CDM编码器的图；
[0010] 图2示出了传统CDM编码架构的图；
[0011] 图3示出了实施例的SCM编码器的图；
[0012] 图4示出了实施例的SCM编码架构的图；
[0013] 图5示出了用于编码数据的实施例方法的流程图；
[0014] 图6示出了用于解码数据的实施例方法的流程图；
[0015] 图7示出了用于设计次优SCM码本的实施例方法的图；
[0016] 图8示出了用于设计LDS签名的实施例方法的图；
[0017] 图9示出了描绘BLER性能的图；
[0018] 图10示出了 SCMA码的因子图表示的图；
[0019] 图11不出了 SCMA码的另一因子图表不的图；
[0020] 图12示出了相位旋转图的图；
[0021] 图13示出了描绘LDS中的资源和层节点的外在信息传递函数的图；
[0022] 图14示出了描绘LDS的资源节点的输出层信息和输入外在信息的对比的图；
[0023] 图15示出了描绘具有签名&的LDS的外在信息传递函数的图；
[0024] 图16示出了描绘LDS签名S2的输出信息的图；
[0025] 图17示出了描绘没有相位/共轭优化的SCM码的四个资源节点的外在信息传递 函数的图；
[0026] 图18示出了描绘具有相位/共轭优化的SCM码的四个资源节点的外在信息传递 函数的图；
[0027] 图19(a)示出了描绘多维星座的维功率变化量对SCM码性能的影响图；
[0028] 图19(b)示出了描绘多维星座的维功率变化量对另一 SCM码性能的影响图；
[0029] 图20 (a)示出了描绘置换算符对SCM码性能的影响图；
[0030] 图20 (b)示出了描绘置换算符对另一 SCM码性能的影响图；
[0031] 图21 (a)示出了描绘相位/共轭算符对SCM码性能的影响图；
[0032] 图21 (b)示出了描绘相位/共轭算符对另一 SCM码性能的影响图；
[0033] 图22(a)示出了描绘SCM码的相位/共轭算符的两个不同优化标准的对比图；
[0034] 图22(b)示出了描绘另一 SCM码的相位/共轭算符的两个不同优化标准的对比 图；
[0035] 图23示出了描绘算符分配对SCM码性能的影响图；
[0036] 图24 (a)示出了描绘实域酉算符对SCM码性能的影响图；
[0037] 图24 (b)示出了描绘实域酉算符对另一 SCM码性能的影响图；
[0038] 图25示出了描绘SCMA码的总有效吞吐量和设计参数的影响的图；
[0039] 图26示出了描绘使用不同签名矩阵的LDS性能的图；
[0040] 图27 (a)示出了描绘LDS签名集的性能的图；
[0041] 图27(b)示出了描绘另一 LDS签名集的性能的图；
[0042] 图28(a)示出了描绘具有相位算符的成对优化的LDS签名集的性能的图；
[0043] 图28(b)示出了描绘具有相位算符的不同成对优化的另一 LDS签名集的性能的 图；
[0044] 图29示出了描绘SCMA和LDS的性能对比的图；
[0045] 图30为示出了计算平台的框图；以及
[0046] 图31示出了实施例通信设备的框图。
[0047] 除非另有指示，否则不同图中的对应标号和符号通常指代对应部分。绘制各图是 为了清楚地说明实施例的相关方面，因此未必是按比例绘制的。
【具体实施方式】
[0048] 下文将详细论述本文所公开的实施例的制作和使用。但应了解，本发明提供了可 以在多种具体环境中实施的许多适用的发明概念。所论述的具体实施例仅仅说明用以实施 和使用本发明的具体方式，而不限制本发明的范围。
[0049] 本文所公开的是稀疏码多址接入（SCM)编码技术，该技术直接将二进制数据流 编码为多维码字。通过直接将二进制数据编码为多维码字，本文所述的SCM编码技术避免 了 QAM符号映射，从而实现了传统CDM编码之上的编码增益。应注意，本文所述的SCM编 码技术使用多维码字而不是使用QAM符号传送二进制数据。另外，本发明的SCM编码技术 通过为每个复用层分配不同码本提供多址接入，而不是使用传统CDM编码中常见的唯一 扩频序列（例如，LDS签名等）。此外，SCM码本包括稀疏码字，这样接收器可以使用低复 杂度的消息传递算法（MPA)在复用码字中检测它们各自的码字，这样降低了接收器侧的基 带处理复杂度。虽然本发明的大部分内容在二进制数据的背景下进行论述，但是本发明的 各个方面同样适用于其它类型的数据，例如M进制数据。
[0050] 图1示出了用于编码数据的传统CDM编码器100。如图所示，CDM编码器100将 从FEC编码器接收到的二进制数据映射到QAM符号，随后应用扩频签名（ Sl、s2、s3、S4)以获 取编码的数据流（qsp qs2、qs3、qs4)。应注意，扩频签名（Sp s2、s3、S4)是分配给不同复用 层以实现多址接入的CDM扩频序列（例如，LDS签名等）
[0051] 图2示出了用于通过网络260将二进制数据流201至204传送给多个用户231至 234的传统CDM编码架构200的示例，该编码架构可由传统CDM编码器100执行。如图所 示，根据QAM到二进制的关系270将每个二进制数据流201至204映射到QAM符号211至 214。例如，QAM符号211与二进制值'00'关联，QAM符号212与二进制值'01'关联，QAM 符号213与二进制值'10'关联，以及QAM符号214与二进制值'11'关联。因此，QAM符号 211被映射到二进制数据流201，QAM符号212被映射到二进制数据流202和204,以及QAM 符号213被映射到二进制数据流203。
[0052] 遵循二进制到QAM的映射，根据LDS签名221至224将QAM符号211至214复用 在一起。应注意，每个LDS签名221至224均被映射到不同复用层，这些复用层被分配给不 同的用户231至234以实现多址接入。因此，LDS签名221至224保持固定（即，不随二进 制数据流201至204中的二进制值而变化）。之后，所得的一维码字241至244被复用在 一起以形成复用码字280,复用码字280通过网络260进行发送。接收之后，根据LDS签名 221至224解复用复用码字280以获取QAM符号211至214, QAM符号211至214用于根据 QAM到二进制的关系270获取二进制数据流201至204。
[0053] 图3示出了根据本发明的各个方面的用于编码数据的SCM编码器300。如图所 示，SCM编码器300将从FEC编码器接收到的二进制数据直接映射到多维码字以获取编 码的数据流（Xl、X2、X3、X4)。多维码字可属于不同的多维码本，其中每个码本与不同复用层 关联。如本文中所述，复用层可包括可在网络的共享资源上传送多个数据流的任意层。例 如，复用层可包括多入多出（MMO)空间层、正交频分多址接入（OFDMA)频点、时分多址接入 (TDM)层以及其它层。
[0054] 图4示出了根据本发明的各个方面的用于编码数据的SCM复用方案400的示例。 如图所示，SCMA复用方案400可利用多个码本410、420、430、440、450和460,每个码本被 分配给不同复用层并且包括多个多维码字。具体而言，码本410包括码字411至414,码本 420包括码字421至424,码本430包括码字431至434,码本440包括码字441至444,码本 450包括码字451至454,以及码本460包括码字461至464。各个码本的每个码字被映射 到不同二进制值。在该示例中，码字411、421、431、441、451和461被映射到二进制值' 00 '， 码字 412、422、432、442、452 和 462