本申請(qǐng)要求享有由Hosein Nikopour等人于2014年3月28日遞交的申請(qǐng)?zhí)枮?1/972,015、名稱為“用于實(shí)現(xiàn)多用戶稀疏碼多址接入(multi-user SCMA，MU-SCMA)的下行多址接入的稀疏碼多址接入(sparse code multiple access，SCMA)”的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)，以及于2015年3月26日遞交的申請(qǐng)?zhí)枮?4/670,182、名稱為“多用戶、多址接入系統(tǒng)、方法及設(shè)備”的美國(guó)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)。上述專利申請(qǐng)的全部公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)引用結(jié)合于此。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及多用戶、多址接入系統(tǒng)、方法及設(shè)備，尤其涉及一種多用戶稀疏碼多址接入(multi-user sparse code multiple access，MU-SCMA)。

背景技術(shù)：

多用戶、多輸入多輸出(multi-user，multiple-input，multiple-output，MU-MIMO)是一種在無(wú)線接入網(wǎng)中，由眾多用戶共享給定的時(shí)頻、空間和/或功率資源的眾所周知的技術(shù)。使用MU-MIMO的一個(gè)原因是為了通過(guò)用戶復(fù)用增加總體的下行鏈路(downlink，DL)吞吐量。在基站側(cè)，在發(fā)送點(diǎn)(transmit point，TP)的天線陣列上形成多個(gè)波束，用于為在該TP覆蓋范圍內(nèi)分布的多個(gè)用戶服務(wù)。假設(shè)MIMO波束預(yù)編碼器是根據(jù)目標(biāo)用戶的信道適應(yīng)性選擇的，向各MIMO層分配接收機(jī)(如用戶設(shè)備(user equipment，UE))，各層在空間域中相互正交分離。在接收機(jī)側(cè)，假設(shè)預(yù)編碼器是適應(yīng)性設(shè)計(jì)的，每個(gè)用戶自己匹配其屬意的層，而其他的MIMO層則不會(huì)受跨層干擾。作為一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，盡管在用戶節(jié)點(diǎn)(即UE)處可以獲得預(yù)期吞吐量增益以及進(jìn)行簡(jiǎn)易檢測(cè)，然而，MU-MIMO會(huì)受到一些實(shí)際因素如信道老化以及高額開(kāi)銷的影響，上述信道老化以及高額開(kāi)銷是因UE向服務(wù)TP上報(bào)必需的反饋信道狀態(tài)信息(channel state information，CSI)而導(dǎo)致的。也就是說(shuō)，為了給進(jìn)行多用戶傳輸?shù)倪x定用戶集合建立預(yù)編碼器的最佳集合，CSI是必需的。若CSI沒(méi)有估計(jì)好，那么跨層干擾將會(huì)限制MU-MIMO的潛在性能增益。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例提供對(duì)信道衰落具有低敏感度，并且具有低反饋開(kāi)銷的開(kāi)環(huán)多路復(fù)用。公開(kāi)的實(shí)施例以在相同的時(shí)頻及空間資源上進(jìn)行用戶的碼域及功率域多路復(fù)用為特征。向多個(gè)用戶分配稀疏碼多址接入(sparse code multiple access，SCMA)層。在某些實(shí)施例中，可以向用戶分配一個(gè)或多個(gè)層。公開(kāi)的實(shí)施例基于用戶知識(shí)，比如用戶信道的平均質(zhì)量(如CQI)、用戶的平均速率、調(diào)度準(zhǔn)則如加權(quán)求和速率，或任何其他合適的系統(tǒng)或用戶參數(shù)，為多路復(fù)用的用戶提供配對(duì)及功率分配。

此處公開(kāi)的實(shí)施例以用于配對(duì)用戶的鏈路自適應(yīng)機(jī)制為特征，該機(jī)制包括基于用戶參數(shù)對(duì)配對(duì)用戶進(jìn)行MCS(碼本大小和碼率)和層調(diào)整，這里的用戶參數(shù)比如可以是分配的功率、信道質(zhì)量、平均速率以及其他類似參數(shù)。多路復(fù)用用戶的非線性檢測(cè)可以包括SIC、MPA以及其他類似方式。該檢測(cè)策略可能取決于多路復(fù)用用戶中該用戶的質(zhì)量和速率。

公開(kāi)的實(shí)施例還提供一種動(dòng)態(tài)信令機(jī)制，用以向多路復(fù)用用戶指示如下信息：配對(duì)用戶的數(shù)量、各用戶占用的層索引、各層(或用戶)的功率分配因子、各層(或用戶)的碼本大小、各層(或用戶)的碼率，或者任何其他可能有助于在各用戶處進(jìn)行聯(lián)合檢測(cè)的動(dòng)態(tài)參數(shù)。可以將該信息顯示地或隱式地發(fā)送給用戶。在一些實(shí)施例中，多路復(fù)用用戶的一些參數(shù)是公共的，而另一些參數(shù)則是用戶專用的。在一些實(shí)施例中，可以用一些預(yù)定義的設(shè)置限制動(dòng)態(tài)信令開(kāi)銷。比如，可以將功率分配因子限制在一些有限數(shù)量的選項(xiàng)中。可以利用半靜態(tài)信令將這些預(yù)定義的設(shè)置從網(wǎng)絡(luò)廣播至用戶。

根據(jù)本發(fā)明一示例性實(shí)施例，公開(kāi)了一種用于多址接入通信系統(tǒng)的傳輸方法，所述多址接入通信系統(tǒng)具有多個(gè)多路復(fù)用碼域?qū)右约岸鄠€(gè)移動(dòng)設(shè)備。該方法包括從所述多個(gè)移動(dòng)設(shè)備中，在共享時(shí)頻和空間資源上調(diào)度移動(dòng)設(shè)備對(duì)，其中所述調(diào)度包括為每個(gè)所述移動(dòng)設(shè)備分配一個(gè)或多個(gè)所述層；為調(diào)度對(duì)中的每個(gè)移動(dòng)設(shè)備分配傳輸功率，以使所述多個(gè)多路復(fù)用層之間共享總傳輸功率；以及，根據(jù)所述多個(gè)移動(dòng)設(shè)備中的至少一個(gè)移動(dòng)設(shè)備的功率，調(diào)整所述至少一個(gè)移動(dòng)設(shè)備的速率。

根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施例，公開(kāi)了一種提供控制信息以支持多用戶稀疏碼多址接入(multi-user sparse code multiple access，MU-SCMA)通信的方法。所述方法包括，在使用MU--SCMA向多個(gè)多路復(fù)用移動(dòng)設(shè)備傳送數(shù)據(jù)之前，動(dòng)態(tài)地向所述多個(gè)多路復(fù)用移動(dòng)設(shè)備傳輸控制信息，所述控制信息包括至少以下之一：配對(duì)的移動(dòng)設(shè)備數(shù)、各移動(dòng)設(shè)備的層數(shù)、與各移動(dòng)設(shè)備相關(guān)聯(lián)的層索引、以及與各移動(dòng)設(shè)備或各層相關(guān)聯(lián)的功率因子，其中所述控制信息用于由各移動(dòng)設(shè)備使用其檢測(cè)所述使用MU-SCMA傳送的數(shù)據(jù)。

根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施例，公開(kāi)了一種用于多址接入通信系統(tǒng)的基站，所述多址接入通信系統(tǒng)具有多個(gè)多路復(fù)用碼域?qū)右约岸鄠€(gè)移動(dòng)設(shè)備，所述基站包括至少一個(gè)存儲(chǔ)器；以及，至少一個(gè)處理器，與所述至少一個(gè)存儲(chǔ)器耦合，所述至少一個(gè)處理器配置用于：從所述多個(gè)移動(dòng)設(shè)備中，在共享時(shí)頻和空間資源上調(diào)度移動(dòng)設(shè)備對(duì)，其中所述調(diào)度包括為每個(gè)所述移動(dòng)設(shè)備分配一個(gè)或多個(gè)所述層；為調(diào)度對(duì)中的每個(gè)移動(dòng)設(shè)備分配傳輸功率，以使所述多個(gè)多路復(fù)用層之間共享總傳輸功率；以及，根據(jù)所述多個(gè)移動(dòng)設(shè)備中的至少一個(gè)移動(dòng)設(shè)備的功率和信道質(zhì)量，調(diào)整所述至少一個(gè)移動(dòng)設(shè)備的速率。

根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施例，公開(kāi)了一種用于多址接入通信系統(tǒng)的接收機(jī)，所述多址接入通信系統(tǒng)具有多個(gè)多路復(fù)用碼域?qū)右约岸鄠€(gè)移動(dòng)設(shè)備，所述接收機(jī)包括：至少一個(gè)存儲(chǔ)器；以及，至少一個(gè)處理器，與所述至少一個(gè)存儲(chǔ)器耦合，所述至少一個(gè)處理器用于：從基站接收所述接收機(jī)正與第二接收機(jī)配對(duì)的指示，所述接收機(jī)與所述第二接收機(jī)配對(duì)以使用共享時(shí)頻以及空間資源，其中所述指示包括向所述接收機(jī)以及所述第二接收機(jī)中的每一個(gè)分配的至少一個(gè)或多個(gè)所述層；從所述基站接收向所述配對(duì)的接收機(jī)和第二接收機(jī)分配的傳輸功率，其中所述基站的總傳輸功率在所述多個(gè)多路復(fù)用層之間共享；以及，根據(jù)所述接收機(jī)的功率和信道質(zhì)量調(diào)整接收機(jī)的速率。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以從下面的附圖、說(shuō)明以及權(quán)利要求中很容易地想到其他技術(shù)特征。

附圖說(shuō)明

為了更全面地理解本發(fā)明及其有益效果，下面將結(jié)合附圖進(jìn)行說(shuō)明，相同的數(shù)字表示相同的對(duì)象，其中：

圖1示出了一個(gè)簡(jiǎn)化的SCMA系統(tǒng)框圖；

圖2示出了一種典型的SCMA碼結(jié)構(gòu)，該SCMA碼有六層，每層對(duì)應(yīng)一個(gè)碼本，每個(gè)碼本中有四個(gè)碼字，擴(kuò)頻因子為4，并且每個(gè)碼字有兩個(gè)非零元素；

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明原理的MU-SCMA發(fā)送機(jī)中使用的算法的流程圖；

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明原理的MU-SCMA系統(tǒng)的框圖；

圖5示出了聯(lián)合檢測(cè)的容量區(qū)域，其中點(diǎn)C表示在用戶設(shè)備(UE1)處進(jìn)行用戶設(shè)備(UE2)的單用戶檢測(cè)，并在UE2的完美硬串行干擾消除(successive interference cancellation，SIC)后進(jìn)行UE1的檢測(cè)；

圖6示出了在給定功率共享因子α以及用戶2的檢測(cè)邊界Δ時(shí)，為了確保在UE1處進(jìn)行x₁的檢測(cè)以及在UE2處進(jìn)行x₂的檢測(cè)所需的容量區(qū)域；

圖7示出了基于資源塊組(resource block group，RBG)的配對(duì)策略與基于UE的配對(duì)策略的對(duì)比；

圖8示出了根據(jù)本發(fā)明原理的基于RBG的UE配對(duì)調(diào)度的流程圖；

圖9示出了根據(jù)本發(fā)明原理的基于UE的UE配對(duì)調(diào)度的流程圖；

圖10示出了OFDM、NOMA以及MU-SCMA在采用不同的公平指數(shù)進(jìn)行寬帶調(diào)度(wideband，WB)時(shí)的總體對(duì)比圖；

圖11示出了一種示例性通信系統(tǒng)；以及，

圖12A和圖12B示出了可以實(shí)施本發(fā)明提供的方法及教導(dǎo)的示例性設(shè)備。

具體實(shí)施方式

為了清楚起見(jiàn)，首先說(shuō)明本發(fā)明使用的特定詞或短語(yǔ)的定義。術(shù)語(yǔ)“包括”和“包括”，還有其衍生表述，均意味著不加限制的包括。術(shù)語(yǔ)“或者”是包容性的，表示和/或。短語(yǔ)“相關(guān)聯(lián)”以及“與此關(guān)聯(lián)”，還有其衍生表述，意味著包括、被包括在其中、互相連通、包含、被包含在其中、連接至或與之連接、耦合至或與之耦合、可以通信、相互合作、交織、并列、近似于、相連或緊密聯(lián)系、具有、擁有屬性或其類似。術(shù)語(yǔ)“算法”在此處用于描述計(jì)算函數(shù)的方法。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，本發(fā)明的各方面可以具體為方法、系統(tǒng)、設(shè)備或計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。相應(yīng)地，本發(fā)明的各方面可以以完全硬件、完全軟件(包括固件、常駐軟件、微代碼等)的方式實(shí)施，或以軟硬件結(jié)合的方式實(shí)施，包括所有涉及到的方面，如“電路”、“模塊”或“系統(tǒng)”?？梢圆捎梅蛛x的或者與相關(guān)軟件、固件以及膠合邏輯相結(jié)合的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(Field Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA)、專用集成電路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、數(shù)字信號(hào)處理器(Digital Signal Processor，DSP)以及通用用途的處理器，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。

除非特別定義，此處使用的所有技術(shù)及科技術(shù)語(yǔ)均與本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的涵義相同。通過(guò)示例而非限制，這里大量使用術(shù)語(yǔ)“基站”描述一臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)用戶設(shè)備(UE)與網(wǎng)絡(luò)之間無(wú)線通信的設(shè)備。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，該術(shù)語(yǔ)可以與其他術(shù)語(yǔ)互換，諸如基站收發(fā)信機(jī)(base transceiver station，BTS)、B節(jié)點(diǎn)(Node-B，NodeB)、演進(jìn)型B節(jié)點(diǎn)(evolved NodeB，eNodeB)、家庭NodeB、家庭eNodeB、站點(diǎn)控制器、接入點(diǎn)(access point，AP)、發(fā)送點(diǎn)(transmit point、TP)、無(wú)線路由器、服務(wù)器、路由器、交換機(jī)或其他具有有線或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的處理實(shí)體。使用鏈路自適應(yīng)或自適應(yīng)調(diào)制編碼(adaptive modulation and coding，AMC)表示調(diào)制、編碼以及其他信號(hào)和協(xié)議參數(shù)與無(wú)線鏈路條件之間的相互匹配。這些條件可以包括路徑損耗、來(lái)自其他傳輸機(jī)的信號(hào)所造成的干擾、接收機(jī)的敏感度以及可用的傳輸機(jī)功率邊界。這里使用術(shù)語(yǔ)“UE”和“用戶”可以表示任意適用的端用戶設(shè)備，可以包括(或可以表示)諸如無(wú)線發(fā)送/接收單元(wireless transmit/receive unit，WTRU)、移動(dòng)站、移動(dòng)節(jié)點(diǎn)、移動(dòng)設(shè)備、固定或移動(dòng)簽約單元、尋呼機(jī)、移動(dòng)電話、掌上電腦(personal digital assistant，PDA)、智能手機(jī)、筆記本型電腦、計(jì)算機(jī)、觸摸屏設(shè)備、無(wú)線傳感器或消費(fèi)電子設(shè)備等設(shè)備。此處的“移動(dòng)”站/節(jié)點(diǎn)/設(shè)備表示與無(wú)線(或移動(dòng))網(wǎng)絡(luò)連接的站/節(jié)點(diǎn)/設(shè)備，而并不一定與該站/節(jié)點(diǎn)/設(shè)備的實(shí)際移動(dòng)性有關(guān)。

MU-MIMO是一種在下行鏈路(downlink，DL)無(wú)線接入網(wǎng)中，由眾多用戶共享給定的時(shí)頻、空間和/或功率資源的眾所周知的技術(shù)。其目標(biāo)是通過(guò)在空間域進(jìn)行用戶復(fù)用增加總體的DL吞吐量。作為一般空間復(fù)用的另一種選擇，可以在碼域使用諸如多載波CDMA(multi-carrier CDMA，MC-CDMA)等技術(shù)對(duì)用戶進(jìn)行多路復(fù)用，該技術(shù)可以用于在配對(duì)UE間共享功率。具有感知服務(wù)質(zhì)量(quality of service，QoS)的功率分配的MC-CDMA能夠增加系統(tǒng)性能或提供更穩(wěn)健的鏈路自適應(yīng)。

MC-CDMA還可以用于使用高級(jí)接收機(jī)達(dá)到期望的頻譜效率。通過(guò)實(shí)現(xiàn)高級(jí)非線性接收機(jī)，MC-CDMA能夠支持過(guò)載系統(tǒng)(即用戶數(shù)量多于擴(kuò)頻因子)。假設(shè)擴(kuò)頻因子為K，可以通過(guò)擴(kuò)頻序列將各數(shù)據(jù)符號(hào)分布到K個(gè)資源元素(resource element，RE)上去。DL上的發(fā)送信號(hào)或者UL上的接收信號(hào)是J個(gè)簽名的疊加。當(dāng)J＜K時(shí)，該系統(tǒng)是欠載的，即傳輸?shù)臄?shù)據(jù)序列(層)少于由于CDMA擴(kuò)頻而可能的數(shù)據(jù)序列(層)。當(dāng)J≥K時(shí)，可以認(rèn)為該系統(tǒng)是過(guò)載的。在過(guò)載場(chǎng)景下，假設(shè)采用復(fù)雜的非線性接收機(jī)解碼傳輸數(shù)據(jù)，與欠載場(chǎng)景相比，可以利用潛在的頻譜效率增益發(fā)送更多的數(shù)據(jù)序列。在過(guò)載場(chǎng)景下，一般的線性接收機(jī)不能處理用戶間的干擾，特別是對(duì)于大量的重疊數(shù)據(jù)層，需要使用非線性接收機(jī)，其復(fù)雜度通常很高。一種處理這種高復(fù)雜度的方法是使用具有稀疏CDMA簽名的低密度簽名(low density signature，LDS)OFDM。LDS OFDM減少了與各資源元素(resource element，RE)碰撞的數(shù)據(jù)層的有效數(shù)量。利用上述簽名的稀疏性，可以基于受低密度奇偶校驗(yàn)碼(low density parity check channel codes，LDPC)啟發(fā)的消息傳遞算法(message passing algorithm，MPA)，開(kāi)發(fā)一種低復(fù)雜度的干擾消除檢測(cè)器。

與MC-CDMA系統(tǒng)類似，LDS-OFDM在多個(gè)子載波上發(fā)送符號(hào)。該符號(hào)的擴(kuò)頻版本u_j為x_j＝s_ju_j，其中s_j為在K個(gè)音調(diào)上擴(kuò)頻符號(hào)u_j的簽名向量。LDS的一個(gè)特征是允許一個(gè)簽名的K個(gè)元素中只有d_v＜K個(gè)非零元素。在DL上，合并擴(kuò)頻符號(hào)，并將發(fā)送符號(hào)表示為其中J為簽名的數(shù)量。一般地，簽名的數(shù)量可以比擴(kuò)頻因子大，以使該系統(tǒng)具有過(guò)載的非正交擴(kuò)頻序列。用s＝[s_j]，j＝1，…，J表示K×J的擴(kuò)頻矩陣。(1)給出了K＝4，J＝6時(shí)的LDS擴(kuò)頻矩陣的一個(gè)示例：

相應(yīng)地，在4個(gè)音調(diào)上使用LDS-OFDM，對(duì)該系統(tǒng)的過(guò)載率達(dá)到150％，此時(shí)可以服務(wù)多達(dá)6個(gè)用戶。根據(jù)簽名矩陣S，i)簽名并非必須正交，ii)簽名是稀疏的，以使每個(gè)簽名在K＝4個(gè)音調(diào)上具有d_v＝2個(gè)非零元素，iii)在J＝6個(gè)簽名中，僅有d_f＝3個(gè)簽名在每個(gè)音調(diào)上疊加(即每行的非零元素個(gè)數(shù))。每個(gè)音調(diào)上沖突簽名的數(shù)量d_f，對(duì)于使用MPA控制LDS非線性檢測(cè)器的復(fù)雜度水平具有重要作用。

DL接收信號(hào)可以用表示，其中h＝diag(h₁，...，h_K)為單輸入單輸出(single-input single-output，SISO)系統(tǒng)在K個(gè)子載波上的信道。特別地，所有信號(hào)在DL上通過(guò)相同的信道。

稀疏碼多址接入(sparse code multiple access，SCMA)為一種基于非正交碼本的多址接入技術(shù)，其可以在一些情況下提供近似最優(yōu)的頻譜效率。在SCMA中，將輸入比特直接映射至從預(yù)定義碼本集合中選取的多維復(fù)數(shù)碼字。在重疊的層上攜帶共同發(fā)送的擴(kuò)頻數(shù)據(jù)?？梢哉J(rèn)為SCMA是CDMA擴(kuò)頻/多路復(fù)用方案LDS-OFDM的增強(qiáng)方案。

下面參考圖1進(jìn)行說(shuō)明，圖1示出了一個(gè)簡(jiǎn)化的SCMA系統(tǒng)框圖的示例?；诙鄬拥姆钦欢嗦窂?fù)用研究SCMA。采用過(guò)載以增加總體速率和連通性。將二進(jìn)制域數(shù)據(jù)編碼為多維復(fù)數(shù)域碼字，該多維復(fù)數(shù)域碼字具有成形增益以及更好的頻譜效率。采用擴(kuò)頻以獲得穩(wěn)健的鏈路自適應(yīng)。通過(guò)生成多碼本實(shí)現(xiàn)多址接入和用戶的多路復(fù)用，每層對(duì)應(yīng)一個(gè)碼本。碼本中的碼字是稀疏的，以便在合適的復(fù)雜度下，應(yīng)用MPA多用戶檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)多路復(fù)用碼字。

對(duì)于J＝6，SCMA碼的一種典型結(jié)構(gòu)如圖2所示。每層均有自己的多維碼本，碼本中有M＝4個(gè)不同碼字，每個(gè)碼字?jǐn)y帶2比特。每個(gè)碼字的長(zhǎng)度與擴(kuò)頻因子K＝4相同?？梢栽O(shè)計(jì)碼字的稀疏度，以使所有屬于一個(gè)碼本的碼字都具有唯一的、與其他碼本不同的稀疏模式。在圖2所示的特定示例中，在K＝4個(gè)可能位置上，每個(gè)碼字包含2個(gè)非零元素。

當(dāng)層比特到達(dá)SCMA調(diào)制器后，由SCMA調(diào)制碼本映射器101將這些比特直接映射為屬于該層相應(yīng)碼本的碼字。作為一種多址接入碼，對(duì)多層的SCMA碼字進(jìn)行多路復(fù)用，以形成如圖2所示的多址接入碼方案。

可以用f：x＝f(b)描述SCMA編碼函數(shù)(也即SCMA編碼器)，其中，其基數(shù)K維復(fù)數(shù)碼字x表示稀疏向量，其具有N＜K個(gè)非零條目。用c表示在星座集合中定義的N維復(fù)數(shù)星座點(diǎn)，以使c＝g(b)?？梢灾匦聦CMA編碼器定義為f≡vg，其中二進(jìn)制映射矩陣將星座點(diǎn)的N個(gè)維度簡(jiǎn)單地映射為K維SCMA碼字。注意v包含K-N個(gè)全零行。從v中去掉這些全零行，剩余的可以用單位陣I_N表示，該單位陣意味著上述二進(jìn)制映射器在映射過(guò)程中并未置換子空間的維度。

SCMA編碼器包含J個(gè)分離的層，每層可以用定義。星座函數(shù)g_j生成具有M_j個(gè)長(zhǎng)度為N_j的字母的星座集合映射矩陣v_j將N_j維星座點(diǎn)映射為SCMA碼字，以形成碼字集為了不失通用性，假設(shè)所有層具有相同的星座大小和長(zhǎng)度，即總體而言，可以用表示SCMA碼。在K個(gè)共享的正交資源(比如OFDMA音調(diào)或MIMO空間層)上復(fù)用SCMA碼字。同步層多路復(fù)用后的接收信號(hào)可以表示為：

其中，x_j＝(x_1j，...，x_Kj)^T為層j的SCMA碼字，h_j＝(h_1j，…，h_Kj)^T為層j的信道向量，為背景噪聲。在由相同TP傳輸所有層的情況下，所有信道都是相同的，即因此上述公式可以簡(jiǎn)化為通過(guò)在K個(gè)資源上復(fù)用J個(gè)層，該碼的過(guò)載因子可以定義為λ：＝J/K。

特別地，資源k上的接收信號(hào)為由于碼字x_j是稀疏的，因此其中僅有一部分會(huì)在資源k上碰撞。由層j占用的資源集取決于映射矩陣v_j，且該集合是由二進(jìn)制指示向量中非零元素的索引確定的。為這些資源所用的總層數(shù)是由確定的。SCMA碼的整體結(jié)構(gòu)可以用定義為F＝(f₁，...，f_J)的因子圖矩陣表示。當(dāng)且僅當(dāng)(F)_kj＝1時(shí)，層j和資源k連接。對(duì)于將連接至資源節(jié)點(diǎn)k的層節(jié)點(diǎn)集合定義為或者，對(duì)于將連接至資源節(jié)點(diǎn)j的層節(jié)點(diǎn)集合定義為基于上述因子圖的定義，可以將資源k處的接收信號(hào)寫成：

注意該因子圖參數(shù)F、以及均表示相同信息，只是格式不同。

下表1對(duì)LDS和SCMA進(jìn)行了比較。LDS和SCMA均為多址接入方案，但LDS是簽名域的，而SCMA則是碼域的。SCMA的優(yōu)勢(shì)是能帶來(lái)多維星座成形增益，并且其編碼增益來(lái)自于碼本多址接入而非LDS中簡(jiǎn)單的符號(hào)擴(kuò)散。SCMA接收機(jī)是基于碼字的MPA?；诖a字的MPA與傳統(tǒng)的已用于LDS的基于符號(hào)MPA遵循相同的原則。在系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置相同時(shí)，它們的復(fù)雜度是相同的。

表1

在于2014年5月22號(hào)公開(kāi)的公開(kāi)號(hào)為US2014/0140360、名稱為“稀疏碼多址接入系統(tǒng)及方法”的美國(guó)專利申請(qǐng)中，詳細(xì)描述了SCMA，上述專利申請(qǐng)的全部公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)引用結(jié)合至本申請(qǐng)中。

本發(fā)明實(shí)施例提供多用戶SCMA(Multi-User SCMA，MU-SCMA)的系統(tǒng)及方法。與MU-MIMO不同，MU-MIMO是一種閉環(huán)空間域多路復(fù)用方案，其增益是有限的(特別是對(duì)反饋帶寬有限的車載用戶或系統(tǒng))，而MU-SCMA則是一種開(kāi)環(huán)多路復(fù)用方案。MU-SCMA可以在無(wú)需全面了解CSI的情況下，提供碼域及功率域的多路復(fù)用。因此，MU-SCMA甚至可以為高速用戶提供吞吐量增益。此外，MU-SCMA中的反饋開(kāi)銷遠(yuǎn)小于MU-MIMO。

此處公開(kāi)的MU-SCMA系統(tǒng)及方法提供了對(duì)信道衰落具有低敏感度，并且具有低反饋開(kāi)銷的開(kāi)環(huán)多路復(fù)用。上述系統(tǒng)及方法對(duì)用戶移動(dòng)性的敏感度低，并且對(duì)信道知識(shí)的依賴性最小。按照平均信道質(zhì)量索引，在僅有最少信道知識(shí)的情況下，能夠?qū)⒂脩襞鋵?duì)，從而增加網(wǎng)絡(luò)的總吞吐量，并改善步行用戶及車載用戶的用戶體驗(yàn)。

公開(kāi)的實(shí)施例以在相同的時(shí)頻及空間資源上進(jìn)行用戶的碼域及功率域多路復(fù)用為特征。向多個(gè)用戶分配SCMA層。在某些實(shí)施例中，可以向用戶分配一個(gè)或多個(gè)層。公開(kāi)的實(shí)施例基于用戶知識(shí)，比如用戶信道的平均質(zhì)量(如CQI)、用戶的平均速率、調(diào)度準(zhǔn)則如加權(quán)求和速率，或任何其他合適的系統(tǒng)或用戶參數(shù)，為多路復(fù)用的用戶提供配對(duì)及功率分配。

此處公開(kāi)的實(shí)施例以用于配對(duì)用戶的鏈路自適應(yīng)機(jī)制為特征，該機(jī)制包括基于用戶參數(shù)對(duì)配對(duì)用戶進(jìn)行MCS(碼本大小和碼率)以及層調(diào)整，這里的用戶參數(shù)比如可以是分配的功率、信道質(zhì)量、平均速率以及其他類似參數(shù)。多路復(fù)用用戶的非線性檢測(cè)可以包括SIC、MPA以及其他類似方式。該檢測(cè)策略可能取決于多路復(fù)用用戶中該用戶的質(zhì)量和速率。

公開(kāi)的實(shí)施例還提供一種動(dòng)態(tài)信令機(jī)制，用以向多路復(fù)用用戶指示如下信息：配對(duì)用戶的數(shù)量、各用戶占用的層索引、各層(或用戶)的功率分配因子、各層(或用戶)的碼本大小、各層(或用戶)的碼率，或者任何其他可以有助于在各用戶處進(jìn)行聯(lián)合檢測(cè)的動(dòng)態(tài)參數(shù)?？梢詫⒃撔畔@示地或隱式地傳輸給用戶。在一些實(shí)施例中，多路復(fù)用用戶的一些參數(shù)是公共的，而另一些參數(shù)則是用戶專用的。在一些實(shí)施例中，可以用一些預(yù)定義的參數(shù)或參數(shù)值映射限制動(dòng)態(tài)信令開(kāi)銷。比如，可以將功率分配因子或其他控制信息參數(shù)限制在一些有限數(shù)量的選項(xiàng)中，網(wǎng)絡(luò)側(cè)(比如基站)及用戶側(cè)事先已知這些選項(xiàng)。作為一個(gè)特例，可以將一種預(yù)定義選項(xiàng)(比如選項(xiàng)#1)映射為一系列參數(shù)，這些參數(shù)指定兩個(gè)用戶、每個(gè)用戶有兩層、用戶1對(duì)應(yīng)第一個(gè)兩層，并且用戶間有5dB的功率偏移，其中為用戶2分配更多功率。也可以將其他預(yù)定義選項(xiàng)(如選項(xiàng)#2、選項(xiàng)#3等)與其他參數(shù)或參數(shù)值相關(guān)聯(lián)?？梢岳冒腱o態(tài)高層信令將這些預(yù)定義選項(xiàng)的映射(或設(shè)置)從網(wǎng)絡(luò)廣播至用戶。一旦廣播至用戶，各用戶就能將這些預(yù)定義選項(xiàng)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。

下面參考圖3進(jìn)行說(shuō)明，圖3示出了根據(jù)本發(fā)明原理的用于MU-SCMA基站傳輸機(jī)(TP)的DL傳輸算法300的流程圖。在MU-SCMA DL上傳輸?shù)膶訉儆诓恢挂粋€(gè)用戶。用戶可以有不止一層。從基站服務(wù)的用戶池302中選擇用戶。在步驟304中，對(duì)用戶進(jìn)行配對(duì)，比如使用下面將詳細(xì)描述的加權(quán)和速率(weighted-sum-rate，WSR)最大化策略或其他合適的調(diào)度準(zhǔn)則。用戶的配對(duì)可以包括將層分配給用戶對(duì)。可以在總功率的約束條件下，用天線將要發(fā)送給配對(duì)用戶的信號(hào)發(fā)送出去。因此，在步驟306中，根據(jù)用戶的信道條件，在配對(duì)用戶間劃分功率，從而將傳輸功率分配給各用戶設(shè)備。根據(jù)功率分配，在步驟308中，調(diào)整各用戶的速率、各用戶的層抑或二者，以抵消功率分配的影響，并匹配目標(biāo)錯(cuò)誤速率和鏈路質(zhì)量。碼本大小、碼率以及層數(shù)為用于調(diào)整各配對(duì)用戶速率的參數(shù)。重復(fù)步驟304-308，直至檢測(cè)到配對(duì)選項(xiàng)以及單用戶選項(xiàng)使得上述WSR(或者其他實(shí)用參數(shù)或準(zhǔn)則)最大化。在步驟310中，進(jìn)行如下文詳述的鏈路自適應(yīng)。

假設(shè)UE池的瞬時(shí)后處理信號(hào)與干擾加噪聲比(signal to interference plus noise ratio，SINR)為γ_u，u＝1，...，U，及其平均速率為R_u。在沒(méi)有配對(duì)UE時(shí)，基于比例公平調(diào)度，選擇最佳用戶以最大化加權(quán)速率：

其中，根據(jù)可用信道質(zhì)量信息(channel quality information，CQI)確定r_u，比如r_u＝log₂(1+γ_u)。在配對(duì)的情況下，目標(biāo)是在相同的時(shí)頻及空間資源上對(duì)兩個(gè)或更多用戶進(jìn)行配對(duì)，以最大化加權(quán)和速率。假設(shè)有兩個(gè)用戶，上述WSR可以表示為：

其中，(u₁，u₂；功率共享)為配對(duì)后用戶的調(diào)整速率。特別地，上述調(diào)整速率取決于配對(duì)用戶u₁，u₂以及功率共享策略。作為一種窮舉的搜索方法，遍歷所有U(U-1)個(gè)配對(duì)選項(xiàng)以及U個(gè)單用戶選項(xiàng)，以最大化(2)中的WSR并選取要調(diào)度的最佳用戶或配對(duì)用戶。這種窮舉調(diào)度的復(fù)雜度大約以U²增加，特別是對(duì)于大規(guī)模的用戶池，實(shí)際上是不可行的。

可以采用貪婪算法降低進(jìn)行用戶配對(duì)的復(fù)雜度。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以很容易地意識(shí)到，貪婪算法是受一種問(wèn)題解決方案啟發(fā)的算法，這種解決方案是在各階段選擇局部最優(yōu)，以期找到全局最優(yōu)。在目前的情況下，根據(jù)(1)式的單用戶調(diào)度準(zhǔn)則選取第一用戶，然后將第二用戶與選擇的第一用戶，以數(shù)量級(jí)為U-1的復(fù)雜度進(jìn)行配對(duì)。例如，可以將貪婪算法概括為：

選擇用戶1：

選擇用戶2：

以及僅當(dāng)配對(duì)增加上述加權(quán)和速率時(shí)，選擇用戶2。

也就是說(shuō)，配對(duì)條件是：

也可以在第二用戶的選擇準(zhǔn)則中增加額外要求。比如，可以考慮SINR邊界以方便接收機(jī)側(cè)的多用戶檢測(cè)。對(duì)于用戶2選擇的不同變化如下所列：

僅用SNR邊界將用戶1與更差的用戶配對(duì)

選擇用戶2：

僅用SNR邊界將用戶1與更好的用戶配對(duì)

選擇用戶2：

用SNR邊界將用戶1與任意用戶配對(duì)

選擇用戶2：

可以將單用戶傳輸?shù)腄L單輸入單輸出(single input multiple output，SIMO)OFDMA系統(tǒng)建模為：

其中，h為SIMO衰落信道向量，n為高斯噪聲向量，其相關(guān)矩陣為R_nn，s為單位功率下的發(fā)送符號(hào)，P為總發(fā)送功率。假設(shè)R_nn＝N₀I，采用線性最大比合并(maximal ratio combining，MRC)接收機(jī)的模型，其后處理SINR可以表示為：

假設(shè)兩個(gè)用戶的單用戶信道質(zhì)量滿足將它們配在一起，其配對(duì)后速率滿足在用戶間以比率P₁＝αP和P₂＝(1-α)P共享總功率P，以使功率共享因子α∈(0，1.0)。用s_k表示用戶k以單位功率發(fā)送的符號(hào)。用戶k處的接收信號(hào)模型為：

用于計(jì)算α的速率調(diào)整及檢測(cè)策略

如果用戶1想要檢測(cè)它的速率為的目標(biāo)符號(hào)s₁，它應(yīng)當(dāng)同樣能夠檢測(cè)具有較低速率的s₂?？梢圆捎么懈蓴_消除(successive interference cancellation，SIC)檢測(cè)器在用戶1處檢測(cè)s₁和s₂。

為了便于計(jì)算，我們假設(shè)可以在用戶1處進(jìn)行理想SIC檢測(cè)，即，首先檢測(cè)用戶2的低速率信號(hào)，并將其移除出去，以便于檢測(cè)用戶1的高速率信號(hào)。根據(jù)k＝1時(shí)的公式(11)，用于s₂檢測(cè)的等效SINR為：

僅當(dāng)下式成立時(shí)，才可在用戶1處檢測(cè)到用戶2：

F1：

如果成功檢測(cè)到用戶2，那么就可以將接收信號(hào)移除出去。簡(jiǎn)化公式(11)，在用戶1處進(jìn)行聯(lián)合配對(duì)干擾消除后的等效信號(hào)為：

此時(shí)，僅當(dāng)下式成立時(shí)，才可以檢測(cè)到用戶1：

F2：

其中，

參考圖4，其示出了根據(jù)本發(fā)明原理的MU-SCMA系統(tǒng)400的框圖。TP401(比如基站)發(fā)送以兩個(gè)或更多UE(比如UE1和UE2)為目標(biāo)的多路復(fù)用SCMA層。如圖所示，空口接口包括UE1的信道405a以及UE2的信道405b。UE1包括用于在402a處進(jìn)行聯(lián)合MPA檢測(cè)的檢測(cè)器，而UE2包括用于在402b處進(jìn)行聯(lián)合MPA檢測(cè)的檢測(cè)器，這里的聯(lián)合MPA檢測(cè)在上文已有描述。UE1包括用于在404a處解碼UE1的預(yù)期層的解碼器，而UE2包括用于在404b處解碼UE2的預(yù)期層的解碼器，這里的解碼器在上文已有描述。

下面參照?qǐng)D5進(jìn)行說(shuō)明，圖5示出了聯(lián)合檢測(cè)的容量區(qū)域，其中點(diǎn)C表示在用戶設(shè)備(UE1)處進(jìn)行用戶設(shè)備(UE2)的單用戶檢測(cè)，并在UE2的完美硬串行干擾消除(successive interference cancellation，SIC)后進(jìn)行UE1的檢測(cè)。已有的實(shí)際非線性MIMO接收機(jī)實(shí)例，如最大似然(maximum likelihood，ML)或最大似然檢測(cè)器(maximum likelihood detector，MLD)本質(zhì)上是基于窮舉的星座檢索。與一般的線性接收機(jī)相比，MLD更依賴于處理，但其在相同的信道條件下，能夠提供顯著更高的比特速率。在掌握了早先的速率條件前提下，如果和速率(sum-rate)小于總?cè)萘?，那么理想?lián)合MLD能夠檢測(cè)s₁和s₂，即：

F3：

由于用戶2的信道質(zhì)量較差，因此，它不能解碼用戶1的高速率。與此同時(shí)，如圖5中的C點(diǎn)所示，可以用單UE檢測(cè)器在用戶1處解碼用戶2，但這并不能保證在用戶2處成功檢測(cè)用戶2。假設(shè)用戶1為用戶2的聯(lián)合配對(duì)干擾，基于公式(11)，可以將用戶2處的接收信號(hào)寫作：

用于s₂的單用戶檢測(cè)的等效SINR即為：

可以在用戶2處檢測(cè)用戶2的信號(hào)，僅當(dāng)：

F4：

下面參考圖6進(jìn)行說(shuō)明，圖6示出了在給定功率共享因子α以及用戶2的檢測(cè)邊界Δ時(shí)，為了確保在UE1處進(jìn)行x₁的檢測(cè)以及在UE2處進(jìn)行x₂的檢測(cè)所需的容量區(qū)域。陰影區(qū)域保證了當(dāng)功率共享因子為α?xí)r，在UE1處進(jìn)行的UE1信號(hào)的檢測(cè)，以及在UE2處進(jìn)行的UE2信號(hào)的檢測(cè)。

理論上來(lái)說(shuō)，最佳傳輸點(diǎn)為A或B，這取決于用戶1和用戶2的權(quán)重。B點(diǎn)的WSR為：

若R₁＞R₂，B處的WSR僅在α＝0時(shí)達(dá)到最大。在這種情況下，調(diào)度結(jié)果即回退為單用戶調(diào)度。因此，如果配對(duì)提供了更好的WSR，那么唯一讓人感興趣的期望場(chǎng)景將是圖6中的A點(diǎn)。

假設(shè)配對(duì)在A點(diǎn)提供了增益，那么在用戶1處對(duì)用戶2信號(hào)進(jìn)行單用戶檢測(cè)的質(zhì)量，要好于在用戶2處對(duì)用戶2信號(hào)的檢測(cè)?？梢詮暮偷谋容^中看出這一點(diǎn)。參照(12)、(19)以及圖6，可以將用戶2的檢測(cè)邊界定義為：

OFDMA的信道質(zhì)量指示(channel quality indicator，CQI)調(diào)整好功率共享優(yōu)化

優(yōu)選地，優(yōu)化兩個(gè)配對(duì)用戶間的功率共享因子α。參照?qǐng)D6中與配對(duì)的A點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的(16)和(19)，優(yōu)選地，在配對(duì)后，調(diào)整用戶1和用戶2的單用戶CQI，以使：

A點(diǎn)處配對(duì)用戶的WSR為：

最優(yōu)的α為的解，

特別地，僅當(dāng)α^*∈(0，1)時(shí)，α^*為有效解。為了提高檢測(cè)質(zhì)量，也可以將α限制在更小范圍內(nèi)。

參照(22)和(27)，對(duì)于最優(yōu)的α＝α^*，可以將用戶2的檢測(cè)邊界簡(jiǎn)化為：

這個(gè)發(fā)現(xiàn)表明當(dāng)采用最優(yōu)功率分配時(shí)，用戶2的檢測(cè)邊界(Δ)與配對(duì)用戶(Δ_TH)的SINR邊界是無(wú)關(guān)的。因此，為了提高用戶2處的多用戶檢測(cè)和/或硬SIC檢測(cè)，可以在調(diào)度時(shí)，同時(shí)應(yīng)用SINR和檢測(cè)邊界限制。

即使有檢測(cè)邊界存在，在實(shí)際中，在UE1處進(jìn)行的UE2的單用戶檢測(cè)仍可能因信道錯(cuò)誤而失敗。在這種情況下，采用帶外環(huán)的聯(lián)合ML檢測(cè)有助于改善用戶1的檢測(cè)質(zhì)量。如果鏈路自適應(yīng)的目標(biāo)為在UE1和UE2處達(dá)到10％誤塊率(block error rate，BLER)，那么在UE1處進(jìn)行UE2的單用戶檢測(cè)的錯(cuò)誤概率應(yīng)遠(yuǎn)小于10％(比如1％)。因此，當(dāng)在UE1處進(jìn)行UE2的單用戶檢測(cè)失敗時(shí)，聯(lián)合檢測(cè)器可以改善1％。

LDS用戶配對(duì)及功率共享

可以將一個(gè)擁有K×J簽名矩陣s和DL SIMO信道h的LDS-OFDM系統(tǒng)建模為如下的MIMO傳輸系統(tǒng)：

其中x為J維發(fā)送符號(hào)向量，它的每個(gè)向量元素具有單位功率，H為MIMO等效信道，其定義為：

h_n＝(h)_n為SIMO衰落信道的第n個(gè)路徑，并且，假設(shè)其對(duì)于LDS塊的所有K個(gè)音調(diào)均相同。該假設(shè)對(duì)于LDS塊的局部資源分配是近似有效的。沒(méi)有任何限制，可以將該模型延伸至LDS塊的分布式分配，在該分布式分配中，LDS塊的每個(gè)音調(diào)在時(shí)頻音調(diào)以及空間上均經(jīng)歷不同的衰落信道。

眾所周知，開(kāi)環(huán)MIMO系統(tǒng)的容量可以表示為：

假設(shè)R_nn＝N₀I，則(31)將簡(jiǎn)化為：

在矩陣?yán)碚撝?，可以用Sylvester行列式定理評(píng)估特定類型的行列式。根據(jù)Sylvester行列式定理，可以將(32)等效為：

參考(30)，可以看出：

H^HH＝h²(S^HS) (34)

將(34)代入(33)，得到：

或者根據(jù)(10)：

(36)中的容量公式C表明如果UE僅上報(bào)其SIMO等效后處理SINR，只要發(fā)送和接收點(diǎn)均已知簽名矩陣，那么就可以在下行鏈路連接的發(fā)送點(diǎn)處進(jìn)行鏈路及秩自適應(yīng)。在OFDMA的s＝[1]，并且J＝1時(shí)，可以將(36)簡(jiǎn)化為OFDMA信道容量，即：

C＝log₂(1+γ) (37)

LDS的CQI調(diào)整和功率共享優(yōu)化

第一LDS配對(duì)用戶的調(diào)整速率可以表示為：

其中，S₁為有J₁個(gè)簽名的用戶1的簽名矩陣?？梢詫⒂脩?的接收信號(hào)建模為：

其中，為用戶1在用戶2處的等效信道，為用戶2在用戶2處的等效信道，S₂為有J₂個(gè)簽名的用戶2的簽名矩陣。AWGN噪聲n₂的噪聲功率為N₂，以使γ₂＝||h₂||²/N₂。假設(shè)用戶1為用戶2的聯(lián)合配對(duì)干擾，用戶2看到的等效干擾相關(guān)矩陣為：

可以看出，意味著即使背景噪聲是白噪，用戶2處的等小干擾也是有色的。為了便于進(jìn)行鏈路自適應(yīng)及速率調(diào)整，可以如下所示將等效干擾近似為白噪：

以及

因此，

R₂≈(N₂+αPh₂²)I(43)

有了上述近似，第二用戶的調(diào)整速率可以表示為：

或者等效地，

權(quán)重為w_i＝1/R_i的WSR可表示為：

可以將埃爾米特矩陣S^HS分解為UΛU^H，因此：

根據(jù)(47)，可以將(46)寫作：

最優(yōu)功率共享因子為的解，

上述多項(xiàng)式的解為α^*，且僅在α^*為實(shí)數(shù)并且屬于區(qū)間(0，1.0)時(shí)，此解有效。當(dāng)有不止一個(gè)解時(shí)，選擇使WSR(α^*)最大化的解。

在上述公式中，假設(shè)層數(shù)在配對(duì)后并未發(fā)生變化。而在實(shí)際中，層數(shù)可能會(huì)根據(jù)功率分配發(fā)生變化，以獲得更好的鏈路自適應(yīng)及頻譜效率。功率和層數(shù)可以在每個(gè)RBG上變化。上述公式僅限于LDS。后續(xù)將詳細(xì)討論基于LDS到SCMA的映射技術(shù)，將LDS延伸至SCMA。

SCMA和LDS的調(diào)度方法

在OFDMA中，資源是按照時(shí)間和頻率來(lái)調(diào)度或分配的，其中，可以認(rèn)為時(shí)間和頻率是調(diào)度的不同“維度”。在SCMA和LDS中，可以認(rèn)為“層”是另一個(gè)資源調(diào)度的維度。通過(guò)使用不同的層，UE可以與其他UE在為其分配的RBG上重疊。盡管多個(gè)UE在相同RGB上重疊，仍可避免沖突。對(duì)于調(diào)度和潛在的配對(duì)增益來(lái)說(shuō)，對(duì)重疊的容忍程度提供了增強(qiáng)的靈活性。然而，由于UE能與不止一個(gè)用戶在多個(gè)RBG上重疊，這種靈活性是以檢測(cè)信號(hào)的復(fù)雜度為代價(jià)的。為了實(shí)現(xiàn)具有可行復(fù)雜度的檢測(cè)，可以加以約束，以使該UE在整個(gè)分配的RBG上，僅與另一個(gè)配對(duì)UE共享為其分配的RBG。通過(guò)僅與另一個(gè)配對(duì)UE共享分配的RBG，為調(diào)度增加了額外限制，這可能會(huì)降低配對(duì)增益，但與此同時(shí)，也會(huì)使UE側(cè)的檢測(cè)復(fù)雜度變得容易控制。

下面參照?qǐng)D7進(jìn)行說(shuō)明，圖7示出了基于RBG進(jìn)行UE調(diào)度的配對(duì)與基于UE進(jìn)行調(diào)度的配對(duì)。在圖7中，根據(jù)基于RBG的UE調(diào)度，分配多個(gè)可用資源700，并根據(jù)基于UE的調(diào)度，分配多個(gè)可用資源702?？梢詫⑦@些資源分給不止一個(gè)UE。例如，資源700包括第一UE的RBG 711、第二UE的RBG 712、第三UE的RBG 713、第四UE的RBG 714以及第五UE的RBG 715。資源702包括上述第一UE的RBG 721以及上述第二UE的RBG722。在根據(jù)基于RBG調(diào)度分配的資源700中，第一UE的RBG 711與第二UE的RBG 712以及第三UE的RBG 713共享時(shí)隙。相反，在根據(jù)基于UE調(diào)度分配的資源702中，第一UE的RBG 721僅與第二UE的RBG 722共享時(shí)隙。在基于RBG的調(diào)度中，UE在分配的RBG上自由地享有不同的功率共享因子。而在基于UE的調(diào)度中，為了限制傳輸?shù)男帕铋_(kāi)銷，所有分配的RBG上的功率共享因子都是相同的。

下面參照?qǐng)D8進(jìn)行說(shuō)明，圖8示出了基于RBG的UE配對(duì)調(diào)度器800的步驟流程圖。在一些實(shí)施例中，調(diào)度器800可以為一個(gè)或多個(gè)圖11中繪示的基站170a的一部分，或是由一個(gè)或多個(gè)圖11中繪示的基站170a執(zhí)行，下文將對(duì)它們進(jìn)行詳細(xì)描述。在其他實(shí)施例中，調(diào)度器800可以為用于為多個(gè)基站服務(wù)的中央調(diào)度器(比如，基于“云”的調(diào)度器)的一部分。比例公平調(diào)度是在最大化整體吞吐量和為所有用戶保證至少最低水平的服務(wù)的沖突利益間取得平衡。它是通過(guò)為各數(shù)據(jù)流分配數(shù)據(jù)速率或調(diào)度優(yōu)先級(jí)實(shí)現(xiàn)的，該調(diào)度優(yōu)先級(jí)與其期望的資源消耗成反比。在步驟802中，對(duì)于給定的RBG j，在所有可選用戶i中，選擇最大化比例公平(proportional fair，PF)度量PF_ij的UE，其中，PF_ij＝r_ij/PR_j。選擇該UE作為上述UE配對(duì)的第一UE。在步驟804中，用PF度量初始化WSR，比如最大PF度量，并且，保存將第一UE用作上述配對(duì)的選擇。在步驟806中，從上述基站服務(wù)的UE用戶池中選擇候選的第二UE k用于與上述第一UE配對(duì)。在步驟808中，基于步驟806中的配對(duì)假設(shè)，計(jì)算功率共享因子α。在步驟810中，用上述功率共享因子α調(diào)整配對(duì)用戶的速率。在步驟812中，為上述第一UE和步驟806中選擇的作為候選的第二UE的配對(duì)，計(jì)算WSR。在步驟814中，若該WSR比先前的WSR大，則更新該WSR，并將上述配對(duì)假設(shè)以及上述功率共享因子α作為該RBG的配對(duì)決定存儲(chǔ)起來(lái)。在步驟816中，確定是否有另一UE可供選擇，以作為候選用戶與上述第一UE進(jìn)行配對(duì)。如果有另一候選的第二UE，選擇該候選的第二UE，并為該新選擇的作為候選的第二UE重復(fù)步驟806-814。對(duì)于池中各候選的第二UE，重復(fù)步驟806-814。在步驟818中，確定是否有更多RBG待處理。如果有更多RBG，選擇下一個(gè)RBG，并重復(fù)步驟802-818直至處理完所有候選的第二UE以及RBG。

下面參照?qǐng)D9進(jìn)行說(shuō)明，圖9示出了基于UE的UE配對(duì)調(diào)度器900的步驟流程圖。調(diào)度器900為一個(gè)或多個(gè)圖11中繪示的基站170a的一部分，或是由一個(gè)或多個(gè)圖11中繪示的基站170a執(zhí)行，下文將對(duì)它們進(jìn)行詳細(xì)描述。

在步驟902中，對(duì)于給定的RBG j，在所有可選用戶i中，選擇最大化比例公平(proportional fair，PF)度量PF_ij的UE，其中，PF_ij＝r_ij/PR_i。在步驟904中，確定是否有任何剩余的RBG待處理。如果有剩余的RBG待處理，選擇下一個(gè)RBG，并重復(fù)步驟902直至處理完所有RBG。在步驟906中，調(diào)度器900為所有分配給第一用戶f的RBG生成列表，{RBG}_f，并且，為這些RBG中調(diào)度的所有UE生成列表，F(xiàn)＝{f}。在步驟908中，在{RBG}_f上，計(jì)算UE f的平均LDS速率。在步驟910中，將上述平均LDS速率轉(zhuǎn)化為有效SIMO SINR。在一些實(shí)施例中，可以將步驟908和910合并為一個(gè)步驟，在此步驟中，確定有效SIMO SINR。在步驟912中，選取用戶f和其相應(yīng)的RBG集合{RBG}_f，并計(jì)算總WSR＝sum(PF_fj)，其中j∈{RBG}_f。在步驟914中，從UE用戶池中選取UE k，該UE k不屬于第一UE集合F。該UE k是用于與用戶f配對(duì)的候選用戶。在步驟916中，在{RBG}_f(即與上述第一UE相同的RBG)上計(jì)算UE k的平均LDS速率。在步驟918中，將上述平均LDS速率轉(zhuǎn)化為有效SIMO SINR。在步驟920中，為基于上述有效SIMO SINR的配對(duì)假設(shè)，計(jì)算功率共享因子α。在步驟922中，用給定的功率共享因子α調(diào)整配對(duì)用戶的速率。該速率調(diào)整在每個(gè)分配的RBG上單獨(dú)進(jìn)行。在步驟924中，若{RBG}_f比前一個(gè)大，在{RBG}_f上，為上述第一UE和步驟806中選擇的作為候選的第二UE的配對(duì)，計(jì)算總WSR，并將上述配對(duì)假設(shè)以及上述功率共享因子α作為該RBG的配對(duì)決定存儲(chǔ)起來(lái)。在步驟926中，處理下一個(gè)第二UE，并重復(fù)步驟902-926。

MU-SCMA的信令支持

在SU-SCMA或SU-LDS之上，可能需要附加信息來(lái)支持MU-SCMA或MU-LDS DL信令?？梢韵蛴脩魟?dòng)態(tài)發(fā)送該附加信息，該附加信息可以包括以下一個(gè)或多個(gè)：配對(duì)用戶的數(shù)量、各用戶的層數(shù)、各用戶的層索引、各層(或用戶)的功率分配因子、各層(或用戶)的碼本大小、各層(或用戶)的碼率，或者任何其他可能有助于在各用戶處進(jìn)行聯(lián)合檢測(cè)的動(dòng)態(tài)參數(shù)。若用戶和層是以預(yù)定義順序排列，那么僅需每個(gè)用戶的層數(shù)即可。可以將該信息顯示地或隱式地發(fā)送給用戶。

與實(shí)施例有關(guān)，用信令通知各用戶(或?qū)?的功率分配因子(或簡(jiǎn)單的“功率因子”)的格式可以是絕對(duì)的或相對(duì)的。比如，假設(shè)有四層(比如層1至層4)的功率分配因子需要用信令通知。該信令可以包括各層的絕對(duì)表示(如，0.3、0.1、0.2、0.4(注意0.3+0.1+0.2+0.4＝1.0))。或者，該信令可以包括關(guān)于參考層的相對(duì)表示(比如，若參考層為層1：N/A、1/3、2/3、4/3)?；蛘撸撔帕羁梢园P(guān)于上一層的相對(duì)表示(比如，N/A、1/3、2、2)。

在一些實(shí)施例中，也可以將功率因子限制在一個(gè)預(yù)定義的集合內(nèi)。在U個(gè)配對(duì)的用戶中，僅需U-1個(gè)功率因子。既然功率因子的平方和為1(假設(shè)總發(fā)送功率固定)，那么，可以計(jì)算剩余的一個(gè)功率因子(比如，第U個(gè)功率因子)。例如，第一或最后一個(gè)配對(duì)用戶可以從其他配對(duì)用戶的功率因子，計(jì)算它自己的功率因子。

總體而言，每個(gè)RBG均需要上述信息，但采用層和/或功率歸一，可以減少基于RBG和基于UE調(diào)度的信令開(kāi)銷。在那些情況下，每個(gè)用戶上報(bào)一個(gè)層和/或功率因子。

性能評(píng)估及仿真結(jié)果

在仿真中，假設(shè)下述環(huán)境：ITU-TU信道、1×2SIMO、57個(gè)小區(qū)以及UE速度為3千米/小時(shí)。認(rèn)為寬帶(wideband，WB)調(diào)度時(shí)，其中，1個(gè)RBG＝50個(gè)RB，子帶(sub-band，SB)調(diào)度時(shí)，1個(gè)RBG＝5個(gè)RB。

下面參考圖10進(jìn)行說(shuō)明，圖10示出了OFDM、非正交多址接入(non-orthogonal multiple access，NOMA)以及MU-SCMA在采用不同的公平指數(shù)進(jìn)行WB時(shí)的總體對(duì)比圖。通過(guò)變換用于計(jì)算PF度量的公平指數(shù)，在固定覆蓋下，比較OFDM、NOMA和MU--SCMA方案。例如，當(dāng)覆蓋為700kbps，NOMA和MU--SCMA相對(duì)于OFDMA，分別具有42.7％和51.8％的增益。在相同覆蓋下，MU--SCMA比NOMA勝出6.4％。

下面的表2和表3給出了在WB和SB調(diào)度下，OFDM、NOMA和SCMA的附加性能對(duì)比。在SU-SCMA的仿真中包括了層自適應(yīng)(layer adaptation，LA)。在仿真中，相對(duì)于OFDMA的基線，在SU和MU時(shí)，SCMA均提供了大幅增益。相對(duì)于NOMA，MU-SCMA在吞吐量及覆蓋方面的改進(jìn)分別約為2％-3％和6％-7％。

表2

表3

層自適應(yīng)(Layer Adaptation，LA)利用UE的快衰落信道，動(dòng)態(tài)調(diào)整發(fā)送給各UE的層數(shù)。LA對(duì)于低幾何分布(比如，低SNR和信道質(zhì)量)的UE尤為有用；可以獲得近30％的覆蓋增益。表4示出了層自適應(yīng)(Layer Adaptation，LA)的性能增益。

表4

表5示出了不同的配對(duì)策略。表5中僅給出了SB。在NOMA和MU-SCMA中，相對(duì)于OFDMA，基于UE和基于RBG的策略均提供大幅增益?；赗BG的方案比基于UE的方案更優(yōu)，因?yàn)樵谂鋵?duì)UE以及在配對(duì)UE間共享傳輸功率方面，基于RBG更加靈活。

表5

圖11示出了一種示例性通信系統(tǒng)100，用以實(shí)施本發(fā)明。通常，系統(tǒng)100使多址接入用戶可以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)以及其他內(nèi)容。系統(tǒng)100可以實(shí)施一種或多種信道接入方法，比如碼分多址(code division multiple access，CDMA)、時(shí)分多址(time division multiple access，TDMA)、頻分多址、(frequency division multiple access，F(xiàn)DMA)、正交FDMA(orthogonal FDMA，OFDMA)、單載波FDMA(single-carrier FDMA，SC-FDMA)、低密度簽名(low density signature，LDS)以及稀疏碼多址接入(sparse code multiple access，SCMA)。

在這個(gè)示例中，通信系統(tǒng)100包括用戶設(shè)備(user equipment，UE)110a-110c、無(wú)線接入網(wǎng)(radio access network，RAN)120a-120b、核心網(wǎng)130、公共交換電話網(wǎng)絡(luò)(public switched telephone network，PSTN)140、互聯(lián)網(wǎng)150以及其他網(wǎng)絡(luò)160。圖11中示出了一定數(shù)量的上述組件或元件，系統(tǒng)100可以包括任意數(shù)量的上述組件或元件。

UE 110a-110c配置用于在系統(tǒng)100中工作和/或通信。例如，UE 110a-110c配置用于發(fā)送和/或接收無(wú)線信號(hào)或有線信號(hào)。每個(gè)UE 110a-110c表示任意適用的端用戶設(shè)備，可以包括(或可以表示)諸如用戶設(shè)備/裝置(UE)、無(wú)線發(fā)送/接收單元(wireless transmit/receive unit，WTRU)、移動(dòng)站、固定或移動(dòng)簽約單元、尋呼機(jī)、移動(dòng)電話、掌上電腦(personal digital assistant，PDA)、智能手機(jī)、筆記本型電腦、計(jì)算機(jī)、觸摸屏設(shè)備、無(wú)線傳感器或消費(fèi)電子設(shè)備等設(shè)備。

這里的RAN 120a-120b分別包括基站170a-170b。每個(gè)基站170a-170b配置用于與UE 110a-110c無(wú)線地連接，以使其接入核心網(wǎng)130、PSTN140、互聯(lián)網(wǎng)150和/或其他網(wǎng)絡(luò)160。例如，基站170a-170b可以包括(或者是)一些眾所周知的設(shè)備中的一個(gè)或多個(gè)，如基站收發(fā)信機(jī)(base transceiver station，BTS)、B節(jié)點(diǎn)(Node-B，NodeB)、演進(jìn)型B節(jié)點(diǎn)(evolved NodeB，eNodeB)、家庭NodeB、家庭eNodeB、位置控制器、接入點(diǎn)(access point，AP)、傳輸點(diǎn)(transmit point、TP)、或無(wú)線路由器、或服務(wù)器、路由器、交換機(jī)或其他具有有線或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的處理實(shí)體。

在圖11所示的實(shí)施例中，基站170a組成了RAN 120a的一部分，RAN 120a可以包括其他基站、元件和/或設(shè)備。同樣，基站170b組成了RAN 120b的一部分，RAN 120b可以包括其他基站、元件和/或設(shè)備。每個(gè)基站170a-170b在特定地理范圍或區(qū)域，有時(shí)也稱為“小區(qū)”內(nèi)，發(fā)送和/或接收無(wú)線信號(hào)。在一些實(shí)施例中，可以對(duì)各小區(qū)，采用具有多個(gè)收發(fā)機(jī)的多輸入多輸出(multiple-input multiple-output，MIMO)技術(shù)。

基站170a-170b使用無(wú)線通信連接，通過(guò)一個(gè)或多個(gè)空中接口190，與UE 110a-110c中的一個(gè)或多個(gè)通信。這些空中接口190可以應(yīng)用任意適用的無(wú)線接入技術(shù)。

可以預(yù)見(jiàn)的是，系統(tǒng)100可以使用多信道接入功能，包括上面描述的那些方案。在個(gè)別的實(shí)施例中，基站和UE實(shí)施LTE、LTE-A和/或LTE-B。當(dāng)然，也可以使用其他多址接入方案以及無(wú)線協(xié)議。

RAN 120a-120b與核心網(wǎng)130通信，以為UE 110a-110c提供語(yǔ)音、數(shù)據(jù)應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)電話(voice over internet protocol，VoIP)或其他服務(wù)?？梢岳斫獾氖?，RAN 120a-120b和/或核心網(wǎng)130可以與一個(gè)或多個(gè)其他RAN(未示出)進(jìn)行直接或間接的通信。核心網(wǎng)130也可以用作其他網(wǎng)絡(luò)(如PSTN140、互聯(lián)網(wǎng)150和其他網(wǎng)絡(luò)160)的網(wǎng)關(guān)接入。此外，UE 110a-110c中的某些或全部可以包括通過(guò)不同無(wú)線鏈路，采用不同無(wú)線技術(shù)和/或協(xié)議，與不同無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的功能。

雖然圖11只示出了通信系統(tǒng)的一個(gè)示例，可以對(duì)圖11進(jìn)行各種變化。比如，通信系統(tǒng)100可以包括任意數(shù)量的，采用任意適當(dāng)配置的UE、基站、網(wǎng)絡(luò)或其他組件，還可以包括文中任意附圖所示的UE配對(duì)調(diào)度器和層自適應(yīng)方案。圖12A和圖12B示出了可以實(shí)施本發(fā)明提供的方法及教導(dǎo)的示例性設(shè)備。特別地，圖12A示出了UE 110的一個(gè)示例，圖12B示出了基站170的一個(gè)示例?？梢栽谙到y(tǒng)400或任何其他合適的系統(tǒng)中使用這些組件。

如圖12A所示，UE 110包括至少一個(gè)處理單元220。該處理單元220執(zhí)行UE 110的各種處理操作。例如，處理單元220能夠執(zhí)行信號(hào)編碼、數(shù)據(jù)處理、功率控制、輸入/輸出處理或其他任何能使UE 110在系統(tǒng)400中工作的功能。處理單元220也支持前文詳述的方法及教導(dǎo)。每個(gè)處理單元220包括任何用于執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)操作的合適的處理或計(jì)算設(shè)備。每個(gè)處理單元220例如可以包括，微處理器、微控制器、數(shù)字信號(hào)處理器、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列或?qū)Ｓ眉呻娐贰?/p>

UE 110還包括至少一個(gè)收發(fā)機(jī)202。該收發(fā)機(jī)202用于，用至少一個(gè)天線204調(diào)制傳輸?shù)臄?shù)據(jù)或其他內(nèi)容。收發(fā)機(jī)202還用于，用至少一個(gè)天線204解調(diào)數(shù)據(jù)或其他內(nèi)容。每個(gè)收發(fā)機(jī)202包括任何適于生成無(wú)線傳輸信號(hào)和/或處理無(wú)線接收信號(hào)的結(jié)構(gòu)。每個(gè)天線204包括任何適于發(fā)送和/或接收無(wú)線信號(hào)的結(jié)構(gòu)?？梢栽赨E 110中使用一個(gè)或多個(gè)收發(fā)機(jī)202，并在UE 110中使用一個(gè)或多個(gè)天線204。盡管是以分離的功能單元示出的，仍可以用至少一個(gè)發(fā)送機(jī)和至少一個(gè)分離的接收機(jī)實(shí)現(xiàn)收發(fā)機(jī)202。

UE 110還包括一個(gè)或多個(gè)輸入/輸出設(shè)備206。該些輸入/輸出設(shè)備206促進(jìn)了與用戶之間的交互。每個(gè)輸入/輸出設(shè)備206包括任何適于向用戶提供信息或接收來(lái)自用戶的信息的結(jié)構(gòu)，如揚(yáng)聲器、麥克風(fēng)、小型鍵盤、鍵盤、顯示器或觸摸屏。

此外，UE 110包括至少一個(gè)存儲(chǔ)器208。存儲(chǔ)器208將UE 110使用、生成或收集的指令和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來(lái)。例如，存儲(chǔ)器208可以存儲(chǔ)由處理單元200執(zhí)行的軟件或固件指令，以及用于降低或消除輸入信號(hào)中干擾的數(shù)據(jù)。每個(gè)存儲(chǔ)器208包括任意適用的易失和/或非易失存儲(chǔ)器和可恢復(fù)設(shè)備。可以使用任何類型合適的存儲(chǔ)器，比如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(random access memory，RAM)、只讀存儲(chǔ)器(read only memory，ROM)、硬盤、光盤、用戶身份模塊(subscriber identity module，SIM)卡、記憶棒、安全數(shù)字(secure digital，SD)記憶卡、記憶卡以及其他類似設(shè)備。

如圖12B所示，基站170包括至少一個(gè)處理單元250、至少一個(gè)傳輸機(jī)252、至少一個(gè)接收機(jī)254、至少一個(gè)天線256以及至少一個(gè)存儲(chǔ)器258。處理單元250執(zhí)行基站170的各種處理工作，如信號(hào)編碼、數(shù)據(jù)處理、功率控制、輸入/輸出處理或其他功能。處理單元250也能支持前文詳述的方法及教導(dǎo)。每個(gè)處理單元250包括用于執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)操作的任何合適的處理或計(jì)算設(shè)備。每個(gè)處理單元220可以包括，比如，微處理器、微控制器、數(shù)字信號(hào)處理器、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列或?qū)Ｓ眉呻娐贰?/p>

每個(gè)發(fā)送機(jī)252包括任何適于生成無(wú)線傳輸信號(hào)的結(jié)構(gòu)，該無(wú)線傳輸信號(hào)是發(fā)往一個(gè)或多個(gè)UE或其他設(shè)備的信號(hào)。每個(gè)接收機(jī)254包括任何適于處理無(wú)線接收信號(hào)的結(jié)構(gòu)，該無(wú)線接收信號(hào)是來(lái)自一個(gè)或多個(gè)UE或其他設(shè)備的信號(hào)。盡管是以分離的組件示出，可以將至少一個(gè)發(fā)送機(jī)252以及至少一個(gè)接收機(jī)254合并為收發(fā)機(jī)。每個(gè)天線256包括任何適于發(fā)送和/或接收無(wú)線信號(hào)的結(jié)構(gòu)。盡管此處示出的通用天線256是與發(fā)送機(jī)252和接收機(jī)254耦合的，可以將一個(gè)或多個(gè)天線256耦合至發(fā)送機(jī)252，并將一個(gè)或多個(gè)分離的天線256耦合至接收機(jī)254。每個(gè)存儲(chǔ)器258包括任意適用的易失和/或非易失存儲(chǔ)器和可恢復(fù)設(shè)備。

本領(lǐng)域技術(shù)人員已知關(guān)于UE 110和基站170的其他細(xì)節(jié)。因此，為了清楚起見(jiàn)，這里不再詳述這些細(xì)節(jié)。

盡管本發(fā)明描述了某些實(shí)施例以及通用關(guān)聯(lián)的方法，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，這些實(shí)施例和方法的修改和置換是顯而易見(jiàn)的。相應(yīng)地，上述示例實(shí)施例中的描述并不用于定義或限制本發(fā)明。在不脫離所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可以進(jìn)行其他的變形、替代以及改變。