相關(guān)申請的交叉參考

本專利文件要求2014年9月29日提交的標(biāo)題為“用于干擾網(wǎng)絡(luò)的編碼的方法和設(shè)備(methodsandapparatusforcodingforinterferencenetwork)”的第62/057,193號(hào)美國臨時(shí)專利申請的優(yōu)先權(quán)的權(quán)益。上述專利申請的全部內(nèi)容以引用方式并入，作為本專利文件的一部分。

關(guān)于由聯(lián)邦贊助的研發(fā)的聲明

本發(fā)明是基于由國家科學(xué)基金會(huì)(nsf)給予的政府支持項(xiàng)目ccf-1320895而展開的。政府享有本發(fā)明的某些權(quán)利。

本專利文件涉及用于對(duì)通信信道的數(shù)據(jù)流進(jìn)行編碼和解碼的方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

為了獲得高數(shù)據(jù)速率和大量的連接，預(yù)期下一代蜂窩網(wǎng)絡(luò)將部署很多小基站。盡管這種密集的部署提供使無線電更靠近終端用戶的益處，但它也增加了來自鄰近小區(qū)的干擾量。因此，對(duì)干擾的智能管理將成為實(shí)現(xiàn)高頻譜利用率、低功耗、覆蓋廣的無線通信技術(shù)的一個(gè)關(guān)鍵。

各種現(xiàn)有通信系統(tǒng)基于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道代碼進(jìn)行操作并且將干擾處理成噪聲。盡管此類技術(shù)能夠在干擾較弱時(shí)以較低的計(jì)算復(fù)雜性取得可接受的性能，但隨著干擾變強(qiáng)，性能變會(huì)降低，而這在密集無線網(wǎng)絡(luò)下是常有的情況。具體而言，在高信噪比/干擾噪聲比界限下，將干擾處理成噪聲的性能與同時(shí)解碼具有極大差距。將干擾處理成噪聲和連續(xù)消除解碼(沒有速率分裂)通常是實(shí)踐中使用的兩個(gè)主要的解碼方案，它們實(shí)現(xiàn)比同時(shí)解碼嚴(yán)格意義上小的速率區(qū)域。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

公開用于利用多對(duì)發(fā)送器和接收器對(duì)通信信道的數(shù)據(jù)流進(jìn)行編碼和解碼的方法和系統(tǒng)。所述方法和系統(tǒng)可以利用任何數(shù)量的發(fā)送器和接收器來實(shí)現(xiàn)針對(duì)一般干擾信道的同步解碼的性能，而無需使用高復(fù)雜性多用戶序列檢測。所述方法和系統(tǒng)還可以通過并入速率分裂技術(shù)來實(shí)現(xiàn)han-kobayashi編碼方案的性能。已知同步解碼是han-kobayashi編碼方案的組成部分，其中每個(gè)接收器對(duì)預(yù)定消息(intendedmessage)以及干擾消息的一部分進(jìn)行解碼，而不是將干擾處理成噪聲。然而，傳統(tǒng)han-kobayashi中的同時(shí)解碼使用高復(fù)雜性多用戶序列檢測，這在實(shí)施過程中成本可能較高。

本文件描述可以尤其克服干擾信道中的同時(shí)解碼的上述限制的技術(shù)。在一方面，公開用于包括多對(duì)發(fā)送器和接收器的通信信道的低復(fù)雜性編碼技術(shù)。來自發(fā)送器的信號(hào)彼此相互干擾，因此，在每個(gè)接收器處觀察到的信號(hào)是期望信號(hào)以及一個(gè)或多個(gè)干擾信號(hào)和一些噪聲的混合。

在一些公開的實(shí)施例中，將數(shù)據(jù)流分解成多個(gè)子流。這些子流經(jīng)由時(shí)間/頻率/空間維度的跨度上的多個(gè)單元(“塊”)傳送到接收器。每個(gè)發(fā)送器將其子流中的每個(gè)編碼成跨越多個(gè)塊的碼字，并且通過以交錯(cuò)的方式疊加多個(gè)碼字來同時(shí)傳輸多個(gè)碼字。在一些實(shí)施例中，碼字的特性(編碼調(diào)制)和疊加它們的機(jī)制(疊加原理)可以相對(duì)于通信信道參數(shù)以及其他傳輸約束進(jìn)行優(yōu)化。每個(gè)接收器通過經(jīng)由多個(gè)塊的滑動(dòng)窗口對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行解碼而恢復(fù)來自期望發(fā)送器的碼字以及來自干擾發(fā)送器的一些碼字。在示例性方面，針對(duì)每個(gè)窗口，可以一個(gè)接一個(gè)地(連續(xù)消除解碼)恢復(fù)多個(gè)碼字(期望碼字和干擾碼字)，從而允許每個(gè)解碼步驟具有低復(fù)雜性。在一些實(shí)施方案中，可以優(yōu)化對(duì)將要恢復(fù)的碼字的選擇以及碼字的解碼順序。

附圖說明

圖1示出示例性兩用戶高斯干擾信道的說明性圖解。

圖2示出利用三個(gè)虛擬輸入信號(hào)的疊加編碼的說明性圖解。

圖3a到圖3c示出編碼和解碼操作的說明性圖解。

圖4a到圖4d示出實(shí)施例的性能評(píng)估的說明性圖解。

圖5示出實(shí)施例的性能評(píng)估的另一說明性圖解。

圖6a示出同時(shí)解碼內(nèi)邊界和角點(diǎn)的說明性圖解。

圖6b示出滑動(dòng)窗口疊加編碼方案的說明性調(diào)度表。

圖7示出無線通信系統(tǒng)的說明性圖解。

圖8示出用于傳輸信號(hào)流和接收信號(hào)流的示例性方法。

圖9示出用于傳輸信號(hào)流和接收信號(hào)流的示例性設(shè)備。

具體實(shí)施方式

本專利文件涉及用于利用多對(duì)發(fā)送器和接收器而針對(duì)通信信道來對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行編碼和解碼的方法和系統(tǒng)。使用傳統(tǒng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道編碼的大多數(shù)現(xiàn)有通信系統(tǒng)將干擾處理成噪聲。盡管這個(gè)簡單的方案可以在干擾較弱時(shí)以較低的計(jì)算復(fù)雜性實(shí)現(xiàn)良好的性能，但隨著干擾變強(qiáng)，性能降低，而這在密集無線網(wǎng)絡(luò)下是常有的情況。

在過去的數(shù)十年里，已經(jīng)提議不同協(xié)議層處的若干技術(shù)來減輕無線網(wǎng)絡(luò)中干擾的不利影響。物理層處的一個(gè)重要的概念技術(shù)是同時(shí)解碼，其中每個(gè)接收器對(duì)期望信號(hào)以及干擾的一部分或全部進(jìn)行解碼。當(dāng)干擾較強(qiáng)時(shí)，同時(shí)解碼技術(shù)使用良好的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)代碼而針對(duì)兩用戶高斯干擾信道實(shí)現(xiàn)最佳性能。另外，當(dāng)編碼器被限于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)隨機(jī)代碼全體時(shí)，同時(shí)解碼技術(shù)通常實(shí)現(xiàn)最佳的最大似然解碼性能。實(shí)現(xiàn)通用兩用戶干擾信道的最好已知性能的han-kobayashi編碼方案也將同時(shí)解碼用作關(guān)鍵組成部分。然而，主要缺點(diǎn)在于，同時(shí)解碼中的每個(gè)接收器不得不使用多用戶序列檢測的某一形式，這在實(shí)施時(shí)通常需要較高的計(jì)算復(fù)雜性。這個(gè)問題近來已經(jīng)由基于新出現(xiàn)的空間耦合的極性代碼的一些方法解決，但這些解決方案需要開發(fā)新的代碼家族(而不是使用傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道代碼，諸如，ldpc代碼和渦輪碼)并且涉及非常長的塊長度。

在本文件中，公開滑動(dòng)窗口疊加編碼(swsc)方案，該方案利用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道代碼和低復(fù)雜性解碼實(shí)現(xiàn)同時(shí)解碼的理論性能。這個(gè)方案以網(wǎng)絡(luò)信息原理的基本組成部分為基礎(chǔ)，將下列理念相結(jié)合：塊馬爾可夫編碼和滑動(dòng)窗口解碼(常用于多跳中繼和反饋通信，但不用于單跳通信)以及疊加編碼和連續(xù)消除解碼(允許利用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)代碼進(jìn)行的低復(fù)雜性解碼)。將了解，在若干操作場景下，所公開的方案的實(shí)施例可以在移動(dòng)電話和基站中的任一個(gè)(或兩者)處實(shí)施。

所公開的滑動(dòng)窗口疊加編碼(swsc)方案利用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道代碼和低復(fù)雜性解碼實(shí)現(xiàn)同時(shí)解碼的性能。本文件公開該編碼方案如何利用兩個(gè)或更多發(fā)送器-接收器對(duì)針對(duì)一般干擾信道在概念層面進(jìn)行工作以及該編碼方案在調(diào)制約束下可以如何轉(zhuǎn)變?yōu)楦咚垢蓴_信道的實(shí)際編碼技術(shù)。模擬結(jié)果表明，在適中的塊長度(例如，2048)處使用標(biāo)準(zhǔn)lte渦輪碼，滑動(dòng)窗口疊加編碼有時(shí)可以使將干擾處理成噪聲的傳統(tǒng)方法的性能翻倍。盡管模擬結(jié)果與涉及兩個(gè)用戶的示例性場景有關(guān)，但所公開的技術(shù)可以容易應(yīng)用于具有兩個(gè)以上用戶的場景。

使用至多兩個(gè)疊加層，所公開的swsc技術(shù)實(shí)現(xiàn)用于任何兩用戶對(duì)干擾信道的同時(shí)解碼內(nèi)邊界，而無需使用高復(fù)雜性同時(shí)多用戶序列檢測。所公開的編碼方案也可以擴(kuò)展以實(shí)現(xiàn)一般干擾網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)解碼的理論性能，包括han–kobayashi內(nèi)邊界。

在用于干擾信道的大多數(shù)現(xiàn)有編碼技術(shù)中，干擾通常作為噪聲的一部分而被忽略，從而合并信號(hào)結(jié)構(gòu)(調(diào)制順序)和/或干擾的功率。當(dāng)將調(diào)制/功率信息用作編碼技術(shù)的一部分時(shí)，這樣的技術(shù)在本文中被稱為“將干擾處理成噪聲”。當(dāng)只將功率信息用作編碼技術(shù)的一部分時(shí)，這樣的技術(shù)在本文中被稱為“將干擾處理成高斯噪聲”。

根據(jù)編碼技術(shù)，接收器可以相繼地恢復(fù)一些干擾碼字和期望碼字，而忽略作為噪聲的一部分的剩余部分(例如，不將被恢復(fù)的碼字)。這個(gè)編碼方案可以被稱為“連續(xù)干擾消除”。因此，將干擾處理成噪聲與連續(xù)干擾消除之間的一個(gè)差異在于，在將干擾處理成噪聲時(shí)，不恢復(fù)干擾碼字。

根據(jù)另一編碼技術(shù)，接收器可以同時(shí)恢復(fù)所有碼字(例如，期望碼字和干擾碼字)。這個(gè)技術(shù)在本文中稱為“同時(shí)解碼”或“聯(lián)合解碼”。已知，同時(shí)解碼優(yōu)于上述兩種編碼技術(shù)，并且它實(shí)現(xiàn)所有編碼技術(shù)上的最佳性能。在上述技術(shù)的一些實(shí)施例中，假設(shè)單個(gè)數(shù)據(jù)子流由在單個(gè)塊上傳送的單個(gè)碼字?jǐn)y載。

圖1示出示例性兩用戶高斯干擾信道的說明性圖解。所公開的swsc技術(shù)實(shí)現(xiàn)兩者的最優(yōu)特征-在低復(fù)雜性的連續(xù)消除解碼時(shí)的同時(shí)解碼的性能。針對(duì)一些實(shí)施方式，連續(xù)消除解碼無法實(shí)現(xiàn)同時(shí)解碼的性能，然而，swsc通過下列方式規(guī)避了連續(xù)消除解碼的這個(gè)限制：

(1)通過將數(shù)據(jù)流分解成多個(gè)子流來傳送數(shù)據(jù)流；

(2)由跨過多個(gè)塊的碼字?jǐn)y載每個(gè)子流；

(3)疊加多個(gè)碼字以用于傳輸；

(4)以交錯(cuò)(異步)方式傳輸疊加的多個(gè)碼字；

(5)經(jīng)由塊的滑動(dòng)窗口對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行解碼；以及

(6)依次恢復(fù)來自期望發(fā)送器和干擾發(fā)送器的碼字。

文獻(xiàn)中已經(jīng)直接或間接地建立了這些組成技術(shù)中的每個(gè)。(1)和(2)中的組成部分通常被稱為“塊馬爾可夫編碼”，已廣泛用于中繼。(3)中的組成部分大多用在單塊編碼中并且被稱為“疊加編碼”，已經(jīng)用于廣播來自單個(gè)發(fā)送器的多個(gè)數(shù)據(jù)流。(4)中的組成部分已經(jīng)用于多個(gè)訪問系統(tǒng)(諸如，ev-doreva)或多個(gè)天線通信系統(tǒng)(諸如，d-blast或貝爾實(shí)驗(yàn)室對(duì)角分層空時(shí))。(5)中的組成部分被稱為“滑動(dòng)窗口解碼”并且同樣常用于中繼。(6)中的組成部分被稱為“連續(xù)消除解碼”或“連續(xù)干擾消除”并且已經(jīng)廣泛用于多個(gè)訪問系統(tǒng)。有關(guān)所公開的技術(shù)的一個(gè)新穎的方面是這些組成部分以仔細(xì)的方式組合并且將組合的產(chǎn)物應(yīng)用于減輕干擾，以實(shí)現(xiàn)干擾信道的更佳性能。

swsc具有一些額外的特征。首先，如本文中論述，swsc可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)解碼的性能。這通過優(yōu)化發(fā)送器處的碼字疊加結(jié)構(gòu)和接收器處的解碼順序來獲取。然而，即使是對(duì)疊加結(jié)構(gòu)和解碼順序的次優(yōu)選擇，也可以使用網(wǎng)絡(luò)信息原理中的基本工具來輕松地評(píng)估最終的性能。因此，當(dāng)系統(tǒng)具有不允許最優(yōu)疊加結(jié)構(gòu)或解碼順序的額外限制時(shí)，次優(yōu)選擇是有幫助的。另外，隨著信道條件改變，解碼順序可以從一個(gè)結(jié)構(gòu)到另一結(jié)構(gòu)適應(yīng)性地切換。最終，可以容易使用現(xiàn)有的現(xiàn)成信道代碼(諸如，渦輪碼和ldpc代碼)來實(shí)施swsc。事實(shí)上，swsc可以以相當(dāng)簡單的方式與針對(duì)單塊通信開發(fā)的多數(shù)現(xiàn)有技術(shù)(諸如，速率分裂、多級(jí)編碼和混合arq)相結(jié)合。

用于高斯干擾信道的滑動(dòng)窗口疊加編碼

圖1示出兩用戶高斯干擾信道的說明性圖解。將兩用戶高斯干擾信道定義為：

y1＝g11x1+g12x2+z1,

y2＝g21x1+g22x2+z2,(1)

此處，x1∈xⁿ，i＝1、2是來自發(fā)送器i的具有平均功率約束pi的傳輸信號(hào)，其中n是塊長度，并且是接收器i處的接收信號(hào)，i＝1、2是噪聲成分。假設(shè)每個(gè)接收器i知道來自兩個(gè)發(fā)送器的本地信道增益系數(shù)所述增益系數(shù)在通信期間保持固定。

滑動(dòng)窗口疊加編碼(swsc)技術(shù)基于網(wǎng)絡(luò)信息理論中的若干基礎(chǔ)構(gòu)建塊，諸如，疊加編碼、塊馬爾可夫編碼、連續(xù)消除解碼和滑動(dòng)窗口解碼。發(fā)送器i通過使用利用多個(gè)疊加層的疊加編碼和多個(gè)塊中的塊馬爾可夫編碼來對(duì)它的消息進(jìn)行編碼。接收器i根據(jù)預(yù)定解碼順序在窗口長度內(nèi)對(duì)來自發(fā)送器i的所有疊加層和來自其他發(fā)送器的一些疊加層執(zhí)行連續(xù)消除解碼，并且滑動(dòng)解碼窗口，直到到達(dá)塊的末尾為止。現(xiàn)在更詳細(xì)地闡述本專利文件中考慮的swsc的具體版本的編碼/解碼過程。

針對(duì)塊j＝1.....b，m(j)∈{1,2.....2^nr,}是從發(fā)送器i傳送到接收器i的消息。類似地，x1(j)、y1(j)和z1(j)是塊j中的發(fā)送器/接收器i的信道輸入、輸出和噪聲。

在一些實(shí)施例中，所公開的swsc技術(shù)允許疊加層的數(shù)量、疊加編碼的輔助隨機(jī)變量的數(shù)量和結(jié)構(gòu)以及解碼順序完全靈活。出于論述和說明的目的，提供的示例涉及通過疊加和固定解碼順序形成4-pam(脈沖幅度調(diào)制)信號(hào)的bpsk(二進(jìn)制相移鍵控)信號(hào)的兩個(gè)層。具體而言：

其中u(j)、v(j)和w(j)∈{-1,+1}ⁿ是bpsk信號(hào)。

圖2示出利用三個(gè)虛擬輸入信號(hào)(兩個(gè)輸入信號(hào)用于發(fā)送器1并且一個(gè)輸入信號(hào)用于發(fā)送器2)的疊加編碼的說明性圖解。具體而言，圖2代表疊加編碼，其中u和v用于x1并且w用于x2。在圖3a至圖3c中論述與疊加編碼相關(guān)聯(lián)的編碼和解碼操作。

圖3a至圖3c示出與疊加編碼相關(guān)聯(lián)的編碼和解碼操作的說明性圖解。具體而言，圖3a示出針對(duì)7個(gè)塊的編碼和解碼操作。消息m1(2)由信號(hào)v(2)和u(3)攜載，而消息m2(5)由w(5)攜載。在接收器1處對(duì)m1(2)進(jìn)行的滑動(dòng)窗口解碼是基于其在兩個(gè)塊上接收到的信號(hào)y1(2)和y1(3)進(jìn)行的。接收器1首先恢復(fù)m1(2)(相當(dāng)于v(2)和u(3))，隨后恢復(fù)m2(3)(相當(dāng)于w(3))。從先前的解碼窗口中已知信號(hào)u(2)和w(2)。接收器2的操作略有不同，首先基于兩個(gè)塊y1(5)和y1(6)恢復(fù)m1(5)隨后恢復(fù)m2(5)。

圖3b示出發(fā)送器1處的4個(gè)信號(hào)層和發(fā)送器2處的3個(gè)子流的交錯(cuò)，其中表示用于初始化和終止化的預(yù)定信號(hào)。針對(duì)具有兩個(gè)發(fā)送器-接收器對(duì)的干擾信道示出swsc技術(shù)。發(fā)送器1傳輸信號(hào)x1，接收器1接收信號(hào)y1，發(fā)送器傳輸信號(hào)x2，并且接收器2接收信號(hào)y2。假使發(fā)送器1想要將數(shù)據(jù)流a傳送到接收器1并且發(fā)送器2想要將數(shù)據(jù)流b傳送到接收器2。數(shù)據(jù)流a和b分成子流a1、a2……和b1、b2……。這些子流經(jīng)由多個(gè)塊以交錯(cuò)的方式傳輸，如圖3b所示。

在圖3b中，u11到u14是這樣的信號(hào)，其經(jīng)過疊加以生成x1，并且u21到u23是這樣的信號(hào)，其經(jīng)過疊加以生成x2。這些信號(hào)被稱為“層”，并且層的數(shù)量可以是任意的且從一個(gè)發(fā)送器到另一發(fā)送器不同。針對(duì)u個(gè)信號(hào)，這個(gè)疊加操作可以以任意方式在任意空間上執(zhí)行。如圖3b所示，每個(gè)子流由跨過多個(gè)塊和層的碼字?jǐn)y載。例如，子流a1被編碼到跨過塊1中的層u14、塊2中的層u13、塊3中的層u12和塊4中的層u11的碼字中。在每個(gè)塊中，發(fā)送器將它們的u個(gè)信號(hào)疊加，以生成x個(gè)信號(hào)并且傳輸它們。例如，在塊3中，發(fā)送器2將用于b1的碼字的層u21部分、用于b2的碼字的層u22部分和用于b3的碼字的層u23部分疊加，以生成x2并且傳輸x2。根據(jù)層的數(shù)量，在通信開始和結(jié)束時(shí)，傳輸預(yù)定的信號(hào)(圖3b中標(biāo)記為)。應(yīng)注意，圖3b中的交錯(cuò)結(jié)構(gòu)僅僅是為了說明的目的。在一些實(shí)施例中，可以通過給更高維陣列中的塊編索引來使用更復(fù)雜的交錯(cuò)。在一些實(shí)施例中，從每個(gè)發(fā)送器進(jìn)行的傳輸可以相對(duì)于彼此移位。例如，為了將來自發(fā)送器1的傳輸延遲1個(gè)塊的偏移，可以將圖3b中的子流a1設(shè)置成

每個(gè)接收器通過在多個(gè)塊的窗口上對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行解碼來恢復(fù)它的期望子流。接收器可以從多個(gè)選項(xiàng)中進(jìn)行選擇，以對(duì)它的信號(hào)進(jìn)行解碼。在一些實(shí)施例中，解碼器可以通過將干擾信號(hào)作為噪聲忽略而只針對(duì)期望的子流進(jìn)行解碼，或者解碼器可以針對(duì)期望子流和干擾子流進(jìn)行解碼。當(dāng)針對(duì)期望子流和干擾子流進(jìn)行解碼時(shí)，解碼器可以執(zhí)行連續(xù)消除解碼，即，它可以恢復(fù)一個(gè)子流、消除它，隨后恢復(fù)另一子流。子流的解碼順序可以是任意的。隨著接收器滑動(dòng)解碼窗口，解碼順序以及針對(duì)干擾解碼與否的選項(xiàng)可以從一個(gè)接收器切換到另一接收器。

盡管本文中的示例論述了兩個(gè)用戶對(duì)，但本文件的實(shí)施例可以容易擴(kuò)展到多個(gè)用戶對(duì)。另外，本文件的實(shí)施例也可以與其他編碼技術(shù)相結(jié)合，諸如，速率分裂、多級(jí)編碼和混合arq。

參考圖3c，提供示例以示出swsc如何工作。假設(shè)每個(gè)塊由n個(gè)傳輸單元(ofdm中的副載波和時(shí)間單元)構(gòu)成。發(fā)送器1使用兩個(gè)信號(hào)層，表示為u和v，它們中的每個(gè)是bpsk。這兩個(gè)bpsk信號(hào)適當(dāng)?shù)乜s放并且相加，以生成4-pam信號(hào)x1。發(fā)送器2使用單個(gè)層；因此，發(fā)送器2的信號(hào)u是bpsk信號(hào)x2。子流a1、a2……的碼字由速率為r1和長度為2n的渦輪碼進(jìn)行編碼；每個(gè)碼字超過2個(gè)塊并且由一個(gè)u序列和一個(gè)v序列構(gòu)成。例如，子流a2由具有塊2中的信號(hào)v和塊3中的信號(hào)u的碼字?jǐn)y載。子流b1、b2的碼字由速率為r2和長度為n的渦輪碼直接編碼到x2。在此示例中，假設(shè)兩個(gè)接收器恢復(fù)兩個(gè)子流。接收器1按下列順序相繼地恢復(fù)子流：b1(來自塊1)、a1(來自塊1和2)、b2(來自塊2)、a2(來自塊2和3)等。例如，在消除已知信號(hào)，即，u(2)[從a1的先前解碼可知]和x2(2)[從b2的先前解碼可知]之后，通過在塊2和3中對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行解碼來恢復(fù)a2。

接收器2按下列順序相繼地恢復(fù)子流：a1(來自塊1和2)、b1(來自塊1)、a2(來自塊2和3)、b2(來自塊2)等。例如，在消除u(5)之后，通過在塊5和6中對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行解碼來恢復(fù)a5；隨后，在消除u(5)和v(5)之后，通過在塊5中對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行解碼來恢復(fù)b5。

圖3c中描繪編碼和解碼操作。信號(hào)u(j)攜載來自前一塊的消息m1(j-1)，并且v(j)和w(j)分別攜載來自當(dāng)前塊的m1(j)和m2(j)。按照慣例，m1(0)＝m1(b)＝1。參數(shù)α確定被分成u(j)和v(j)的功率的比。在本文中，α＝0.8，使得是等間隔的4-pam信號(hào)。

對(duì)應(yīng)的信道輸出是：

在塊j+1的最后，接收器1首先對(duì)y1(j)和y1(j+1)進(jìn)行解碼，以恢復(fù)由v(j)和u(j+1)攜載的m1(j)。此處，u(j)和w(j)從先前的解碼窗口中已知，因此，來自y1(j)的有效信道輸出是如果滿足下列項(xiàng)，則該解碼步驟成功：

r1≤i(u；y1)+i(v；y1|u,w)(3)

接收器1隨后對(duì)y1(j+1)進(jìn)行解碼，以恢復(fù)由w(j+1)攜載的m2(j+1)，其中u(j+1)從第一步驟中已知，并且v(j+1)是干擾。如果滿足下列項(xiàng)，則該解碼步驟成功：

r2≤i(w；y1|u).(4)

在塊j+1的最后，接收器2首先對(duì)y2(j)和y2(j+1)進(jìn)行解碼，以恢復(fù)由v(j)和u(j+1)攜載的m1(j)，其中u(j)從先前的解碼窗口中已知，并且v(j)是干擾。接收器2隨后對(duì)y2(j)進(jìn)行解碼，以恢復(fù)由w(j)攜載的m2(j)，其中u(j)和v(j)是已知的。如果滿足下列項(xiàng)，則這些解碼步驟成功：

r1≤i(u,v；y2),(5)

r2≤i(w；y2|u,v)(6)

在最后一個(gè)塊j＝b的最后，接收器2另外對(duì)y2(b)進(jìn)行解碼以恢復(fù)由w(b)攜載的m2(b)，如果(6)成立，則這再次成功。由于在b個(gè)塊上發(fā)送m1(1)、……、m1(b-1)和m2(1)、……、m2(b)，因此，發(fā)送器/接收器1的實(shí)際速率是r1＝r1(b-1)/b，并且發(fā)送器/接收器2的實(shí)際速率是r2＝r2。將這些結(jié)果(4)到(6)相結(jié)合，可以利用swsc漸進(jìn)地實(shí)現(xiàn)下列速率區(qū)域：

r1≤min{i(u；y1)+i(v；y1|u,w),i(u,v；y2)}

r2≤min{i(w；y1|u),i(w；y2|u,v)},(7)

其中u、v和w是獨(dú)立的unif{-1,+1}隨機(jī)變量。

圖4a至圖4d和圖5示出實(shí)施例的性能評(píng)估的說明性圖解400a、400b、400c、400d和500。具體而言，在這些圖中，針對(duì)信道增益g的各種值，將滑動(dòng)窗口疊加編碼的理論性能(sws(a))410與(i)同時(shí)非唯一解碼的理論性能(snd(a))420和(ii)將干擾處理成噪聲(ian(a))430進(jìn)行比較。另外，圖4a到圖4d中示出重疊的實(shí)施方式的模擬結(jié)果sws(s)440，以及理論性能曲線。

在原始swsc方案中，可以最佳地選擇輔助信號(hào)u、v和w以及疊加映射x1(u,v)，從而確保sws(a)410與snd(a)420相同。在性能評(píng)估示例中，將輔助信號(hào)視作bpsk，以便x1是等間隔的4-pam。因此，先驗(yàn)地不清楚sws(a)410是否將接近于snd(a)420。

為簡單起見，假設(shè)對(duì)稱速率、功率和信道增益，換言之，r1＝r2＝r，p1＝p2＝p，g11＝g22＝1并且g12＝g21＝g。為了評(píng)估性能，改變傳輸功率p，從而實(shí)現(xiàn)信噪比(snr)和干擾噪聲比(inr)，并且相應(yīng)地找到實(shí)現(xiàn)snd(a)420、ian(a)430和sws(a)410的給定速率r的最小功率p。針對(duì)g＝0.9、1.0、1.1、1.2，圖4a到圖4d中示出最小對(duì)稱傳輸功率p(在軸404上顯示)與可達(dá)對(duì)稱速率r(在軸402上顯示)的曲線圖。應(yīng)注意，sws(a)410與snd(a)420之間的差距是因?yàn)閡和v的次優(yōu)選擇，例如，使用bpsk調(diào)制方案。盡管如此，sws(a)410接近snd(a)420并且在較高snr下顯著優(yōu)于ian(a)430。可以驗(yàn)證，實(shí)施的性能sws(s)440遵循sws(a)410的理論性能，從而確認(rèn)滑動(dòng)窗口疊加編碼的可行性。應(yīng)注意，sws(s)440在較高snr下優(yōu)于ian(a)430。應(yīng)注意，ian(a)是將干擾處理成噪聲的理論性能界限，它的實(shí)際性能(在公平比較下)甚至將更差。

為了利用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道代碼來實(shí)施swsc，使用[v(j)|u(j+1)]的長度為2n且速率為r1/2的二元線性代碼，因?yàn)閡(j+1)和v(j)共同攜載m1(j)。類似地，使用w(j)的長度為n且速率為r2的二元線性代碼來攜載m2(j)。使用lte標(biāo)準(zhǔn)中所用的渦輪碼，從而允許碼率和塊長度具有靈活性。具體而言，以速率1/3的母代碼來開始性能評(píng)估，并且根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中的速率匹配算法來調(diào)整速率和長度。應(yīng)注意，針對(duì)r1<2/3，重復(fù)一些代碼位，并且針對(duì)r1>2/3，刪除一些代碼位。為了評(píng)估swsc的性能，分別將塊長度n和塊數(shù)量b設(shè)置為2048和20。此處，應(yīng)注意，b是塊的總數(shù)，而不是解碼窗口的尺寸(該尺寸是2)。以一個(gè)塊的延遲來恢復(fù)每一條消息。盡管較大的b會(huì)減小1/b的速率懲罰，但也引起多個(gè)塊上的誤差傳播，在速率和ber計(jì)算時(shí)應(yīng)適當(dāng)考慮這兩種情況。使用用于turbo解碼的log-map算法，其中針對(duì)解碼的每個(gè)階段，將迭代的最大次數(shù)設(shè)置為8。如果得到的誤碼率(ber)在模擬的1000個(gè)獨(dú)立集合上低于0.001，那么假設(shè)針對(duì)給定的pi和gij實(shí)現(xiàn)速率對(duì)(r1,r2)。

首先論述對(duì)稱情況的性能評(píng)估，即，其中有對(duì)稱速率、功率和信道增益，也就是，r1＝r2＝r，p1＝p2＝p，g11＝g22＝1并且g12＝g21＝g。圖4a到圖4d中的模擬的結(jié)果與理論性能曲線重疊。

現(xiàn)在參考圖5，示出實(shí)施例的性能評(píng)估的說明性圖解。作為另一可行性測試，考慮高斯衰落干擾信道，其中g(shù)ij是i.i.d.～n(0,1)。出于模擬的目的，生成獨(dú)立信道增益系數(shù)的25個(gè)集合，以便評(píng)估各種信道條件下的swsc的性能。針對(duì)r＝0.3、0.4、0.5、0.6，計(jì)算25個(gè)信道實(shí)現(xiàn)上的平均最小功率pavg(在軸504上顯示)，其中r在軸502上顯示。如圖5所示，sws(a)410非常接近snd(a)420，由實(shí)際實(shí)施sws(s)440來跟蹤。應(yīng)注意，sws(s)440始終比ian(a)430好，其中差距在較高速率/較高snr范圍下變大。

根據(jù)本文中論述的實(shí)施例，圖4a到圖4d和圖5中的曲線表明滑動(dòng)窗口疊加編碼(swsc)方案具有用于干擾管理的實(shí)際信道編碼技術(shù)的潛力。在一些實(shí)施例中，可以進(jìn)一步優(yōu)化接收器處的解碼順序。例如，在某些解碼順序下，swsc可以始終實(shí)現(xiàn)將干擾處理成噪聲的性能。在一些實(shí)施例中，尤其是可以通過功率比控制來優(yōu)化疊加映射的結(jié)構(gòu)(α≠0.8)。

理論性能比較

在此部分中，考慮針對(duì)(1)中的信道模型的將干擾處理成噪聲和同時(shí)非唯一解碼，并且將swsc的理論性能與它們進(jìn)行比較。

a.將干擾處理成噪聲

將干擾處理成噪聲的可達(dá)速率區(qū)域由下列項(xiàng)表征：

r1≤i(x1；y1)，

r2≤i(x2；y2)(8)

其中x1是并且x2是如在(2)中。此處，接收器使用干擾的星座(調(diào)制)信息，而不是簡單的信號(hào)-干擾-噪聲比(sinr)度量，但它們不對(duì)干擾碼字進(jìn)行解碼。

b.同時(shí)非唯一解碼

在同時(shí)解碼中，每個(gè)接收器將來自兩個(gè)發(fā)送器的碼字進(jìn)行恢復(fù)。此處，考慮同時(shí)解碼的變體(該變體被稱為同時(shí)非唯一解碼)，它通過忽視干擾碼字的唯一性而提供改進(jìn)性能。同時(shí)非唯一解碼的可達(dá)速率區(qū)域由以下項(xiàng)表征：

r1≤i(x1；y1|x2)，

r2≤i(x2；y2|x1)，

r1+r2≤min{i(x1,x2；y1),i(x1,x2；y2)}，(9)

其中x1和x2同樣在(2)中給出。當(dāng)干擾較強(qiáng)，也就是，并且時(shí)，同時(shí)非唯一解碼實(shí)現(xiàn)容量區(qū)域。

圖6a示出同時(shí)解碼內(nèi)邊界和角點(diǎn)的說明性圖解。圖6b示出滑動(dòng)窗口疊加解碼的說明性調(diào)度表。在此部分，公開滑動(dòng)窗口疊加編碼方案，該方案解決了單塊速率分裂的困難。所公開的編碼方案適用于一般的離散無記憶干擾信道。出于說明和論述的目的，論述集中于當(dāng)并且總速率相等時(shí)，即，

i(x1,x2；y1)＝i(x1,x2；y2)(11)

如何實(shí)現(xiàn)同時(shí)解碼內(nèi)邊界的角點(diǎn)：

(r1,r2)＝(i(x1；y2),i(x2；y2|x1))(10)

如圖6a所示。在圖6a中，由(10)示出同時(shí)解碼內(nèi)邊界和角點(diǎn)(并且在圖6a中說明性地表示為角點(diǎn)610)。至于對(duì)稱高斯干擾信道，這是證明了本文中之后論述的單塊速率分裂的不足之處的完全相同的點(diǎn)。

定理1：如果針對(duì)某一pmfp(u,x1)p(x2)滿足以下條件，則可利用滑動(dòng)窗口疊加編碼方案來實(shí)現(xiàn)速率對(duì)(r1,r2)

r1＜min{i(u；y1)+i(x1；y1|u,x2),i(x1；y2)}：＝i1，

r2＜min{i(x2；y1|u),i(x2；y2|x1)}：＝i2

此外，存在pmfp(u,x1)p(x2)，使得(i1,i2)＝(i(x1；y2),i(x2；y2|x1))；換言之，可實(shí)現(xiàn)角點(diǎn)(10).

粗略地講，替代于將消息m1分割成兩個(gè)部分并且單獨(dú)地恢復(fù)所述兩個(gè)部分，根據(jù)一些公開的實(shí)施例，在不分割的情況下經(jīng)由兩個(gè)連續(xù)的塊來發(fā)送m1，并且使用滑動(dòng)窗口解碼來恢復(fù)m1。細(xì)節(jié)如下。

碼本生成。獲得目標(biāo)速率對(duì)的pmfp(u,x1)p(x2)是固定的。隨機(jī)且獨(dú)立地生成用于每個(gè)塊的碼本。按照慣例，假設(shè)m10＝m1b＝1。針對(duì)j∈[1:b]，個(gè)序列每個(gè)均根據(jù)p(u)的積來隨機(jī)且獨(dú)立地生成，針對(duì)每個(gè)m1,j-1，個(gè)序列每個(gè)均根據(jù)p(x1|u)的積隨機(jī)且有條件地獨(dú)立地生成個(gè)序列，每個(gè)序列都。此外，個(gè)序列每個(gè)均根據(jù)p(x2)的積隨機(jī)且獨(dú)立地生成個(gè)序列，每個(gè)序列都。這定義了碼本：

編碼。在塊j∈[1:b]中，發(fā)送器1傳輸并且發(fā)送器2傳輸

解碼和誤差分析。解碼器1(和2分別)相繼地恢復(fù)和(和)，j∈[1:b]，其中由滑動(dòng)窗口解碼在塊j和j+1上完成的解碼。圖6b示出用于編碼和解碼的滑動(dòng)窗口疊加編碼的說明性調(diào)度表。在本文中之后的標(biāo)題為“swsc方案的示例性實(shí)施例”的部分中提供與調(diào)度表相關(guān)的額外論述。

令塊j中的接收序列為和針對(duì)接收器1，在塊1中，找到唯一消息使得

(并且如果不存在消息或存在一個(gè)以上消息，則聲明出現(xiàn)誤差)。通過標(biāo)準(zhǔn)分析，如果r2＜i(x2；y1|u)-δ(∈)，則誤差的概率趨近于零。在塊j+1,j∈[1:b-1]中，接收器1找到唯一消息使得同時(shí)

如果r1＜i(x1；y1|u,x2)+i(u；y1)-2δ(∈)，則誤差的概率趨近于零。隨后，找到唯一使得

如果r2＜i(x2；y1|u)-δ(∈)，則誤差的概率趨近于零。針對(duì)接收器2，在塊j+1,j∈[1:b-1]中，找到唯一使得同時(shí)

如果r1＜i(x1；y2|u)+i(u；y2)-2δ(∈)＝i(x1；y2)-2δ(∈)，則誤差的概率趨近于零。隨后，接收器找到唯一使得

如果r2＜i(x2；y2|x1)-δ(∈)，則誤差的概率趨近于零。最后，接收器2找到唯一使得

如果r2＜i(x2；y2|x1)-δ(∈)，則誤差的概率趨近于零。

最后，應(yīng)注意i(x2；y1)≤i(x2；y2|x1)≤i(x2；y1|x1)，從而保證存在p(u|x1)，使得i(x2；y1|u)＝i(x2；y2|x1)。與(4)相結(jié)合，這表明i(x1；y2)＝i(u；y1)+i(v；y1|x2,u)，并且可達(dá)到角點(diǎn)。針對(duì)對(duì)稱高斯干擾信道，當(dāng)u～n(0,αp),v～n(0,(1-α)p)并且x1＝u+v時(shí)，達(dá)到角點(diǎn)，其中u和v是獨(dú)立的并且α＝(s²+s-i)/s²。

單塊速率分裂的不足之處

在此部分，考慮對(duì)稱高斯干擾信道。表明使用速率分裂利用連續(xù)取消編碼不可達(dá)到同時(shí)解碼內(nèi)邊界的角點(diǎn)。假設(shè)平均功率約束p。針對(duì)輸入x1和x2，接收器處的信道輸出是

y1＝x1+gx2+z1，

y2＝gx1+x2+z2，

其中g(shù)是固定常數(shù)并且z1,z2～n(0,1)是附加高斯噪聲分量，獨(dú)立于(x1,x2)。將接收到的信噪比定義為i＝g²p。

將(s,t,d1,d2,f)速率分裂方案及其可達(dá)速率區(qū)域定義如下：

速率分裂。消息m1由分別采用速率r11、r12、……、r1s的s個(gè)獨(dú)立部分m11、m12、……、m1s表示，并且消息m2由分別采用速率r21、r22、……、r2t的t個(gè)獨(dú)立部分m21、m22、……、m2t表示。

碼本生成。使用疊加編碼。cdff＝f(q)f(u^s|q)f(v^t|q)是固定的，使得q是有限的，e[(vt)²]≤p。根據(jù)隨機(jī)且獨(dú)立地生成qⁿ。隨機(jī)且有條件地獨(dú)立生成個(gè)序列每個(gè)序列都根據(jù)f(u1|q)的積cdf。對(duì)于j∈[2:s]，針對(duì)隨機(jī)且有條件地獨(dú)立生成個(gè)序列，每個(gè)序列都根據(jù)f(uj|u^j-1,q)的積cdf。隨機(jī)且有條件地獨(dú)立生成個(gè)序列，每個(gè)序列都根據(jù)f(v1|q)的積cdf。對(duì)于j∈[2:t]，針對(duì)每個(gè)隨機(jī)且有條件地獨(dú)立生成個(gè)序列，每個(gè)序列都根據(jù)f(vj|v^j-1,q)的積cdf。

編碼。為了發(fā)送消息對(duì)編碼器1傳輸并且編碼器2傳輸

解碼。使用連續(xù)消除解碼。將解碼器1處的解碼順序d1定義為中元素的順序，并且將解碼器2處的d2定義為{ub,v^t}中的元素的順序，其中并且

作為示例，假定將消息m1分割成兩個(gè)部分，而不分割消息m2。解碼順序是

d1:u→x2→x1，

d2:u→x1→x2，

其中在單個(gè)分割的情況下，編寫(u,x1)＝(u1,u2)并且x2＝v1。這意味著解碼器1相繼地恢復(fù)m11、m2和m12，并且解碼器2相繼地恢復(fù)m11、m12和m2。更準(zhǔn)確地說，在解碼器1處接收到之后，在三個(gè)步驟中進(jìn)行解碼：

1)解碼器1找到唯一消息使得

2)如果找到則解碼器1找到唯一使得

3)如果找到則找到唯一使得

類似地，在接收到之后，在三個(gè)步驟中進(jìn)行解碼：

1)解碼器2找到唯一消息使得

2)如果找到則解碼器2找到唯一使得

3)如果找到則找到唯一使得

根據(jù)對(duì)誤差概率的標(biāo)準(zhǔn)分析，如果滿足以下條件，則趨近于零，n→∞

r11＜i(u；y1|q)-δ(∈),(11a)

r2＜i(x2；y1|u,q)-δ(∈),(11b)

r12＜i(x1；y1|u,x2,q)-δ(∈),(11c)

r11＜i(u；y2|q)-δ(∈),(11d)

r12＜i(x1；y2|u,q)-δ(∈),(11e)

r2＜i(x2；y2|x1,q)-δ(∈),(11f)

通過fourier–motzkin消除，如果滿足以下條件，則可達(dá)到(r1,r2)

應(yīng)注意，文獻(xiàn)中關(guān)于(11a)到(11f)中的r11和r12的一些常見誤解簡化成r1＜min{i(u；y1|q)+i(x1；y1|u,x2,q),i(x1；y2|q)}，從而導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)論：han-kobayashi內(nèi)邊界可以由速率分裂實(shí)現(xiàn)且連續(xù)消除是顯著的。連續(xù)解碼需要獨(dú)立的速率約束(11d)和(11e)，而不是總速率約束r1＜i(x1；y2|q)。此外，對(duì)fourier–motzkin取消過程的適當(dāng)應(yīng)用需要取總速率的四個(gè)情況的最小值，從而導(dǎo)致(12)。

針對(duì)分割的更多層和一般解碼順序，可以按類似方式執(zhí)行解碼。因此，由下列項(xiàng)指定(s,t,d1,d2,f)速率分裂方案

·消息中的獨(dú)立部分的數(shù)量s和t

m1＝(m11,...,m1s)andm2＝(m21,...,m2t),

·cdff＝f(q)f(u^s|q)f(v^t|q)，以及

·解碼順序d1和d2。

令表示(s,t,d1,d2,f)速率分裂方案的可達(dá)速率區(qū)域。令為的閉合集。將定義為最大可達(dá)速率r1，使得r2處于獨(dú)立容量處。

現(xiàn)在，在定理的幫助下陳述此部分的主要結(jié)果。假設(shè)對(duì)稱高斯干擾信道具有較強(qiáng)但不是非常強(qiáng)的干擾，即s＜i＜s(s+1)。容量區(qū)域是速率對(duì)(r1,r2)的集合，使得

r1≤c(s),

r2≤c(s),

r1+r2≤c(i+s),

這由同時(shí)解碼來實(shí)現(xiàn)，其中x1,x2～n(0,p)并且定理2(下文提供)說明使用任何(s,t,d1,d2,f)速率分裂方案均不可達(dá)到此區(qū)域的角點(diǎn)(例如，圖6a中的角點(diǎn)610)。

定理2：對(duì)于具有s＜i＜s(s+1)的對(duì)稱高斯干擾信道

以用于任何有限的s、t和解碼順序d1、d2。

用于多個(gè)訪問信道的標(biāo)準(zhǔn)速率分裂方案的想法是用多個(gè)部分來表示每個(gè)消息，并且將所述部分編碼到疊加的層中。與連續(xù)消除解碼相結(jié)合，這個(gè)疊加編碼方案將多訪問信道變換成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道的序列。然而，針對(duì)由兩個(gè)基礎(chǔ)的多訪問信道p(y1|x1,x2)(i＝1、2)構(gòu)成的干擾信道，這個(gè)想法不再有用。此處，速率分裂引起一般具有不同質(zhì)量的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道的兩個(gè)序列。為了確保可靠的通信，消息必須以每個(gè)層上的糟糕信道的速率加載，這一般會(huì)引起總速率損失。定理2基本上說明對(duì)每個(gè)層上的兩個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道的質(zhì)量進(jìn)行均衡的消息沒有分割，甚至在對(duì)層的解碼順序進(jìn)行優(yōu)化時(shí)也是如此。速率分裂替代地被視作將一個(gè)多訪問速率區(qū)域的邊界點(diǎn)映射到高維空間中的另一多訪問速率區(qū)域的角點(diǎn)。定理2表明，一般沒有此類映射，在所述映射下兩個(gè)多訪問信道的對(duì)應(yīng)角點(diǎn)一致。

定理2的證明

為符號(hào)的簡單起見，證明所要求的的要求。一般的q的情況遵循相同的邏輯。需要以下三個(gè)論點(diǎn)。

論點(diǎn)1：針對(duì)實(shí)現(xiàn)的任何(s,t,d1,d2,f)速率分裂方案，在不失一般性的情況下假設(shè)s＝t，并且解碼順序是

論點(diǎn)2：(2,2,d1,d2,f)速率分裂方案達(dá)到角點(diǎn)的必要條件是分布f使得x1,x2～n(0,p)。

論點(diǎn)3：令f(u,x)為任何分布使得x～n(0,p)并且i(u；y)＝0，其中y＝x+z，而z～n(0,1)獨(dú)立于x。那么，i(u；x)＝0?，F(xiàn)在建立不足之處。檢查情況s＝1比較簡單。針對(duì)s＝2，由矛盾證明。編寫(u,x1)＝(u1,u2)并且(v,x2)＝(v1,v2)。速率分裂方案的可達(dá)速率區(qū)域是速率對(duì)(r1,r2)的集合，使得

r1＜min{i(u；y1),i(u；y2)}

+min{i(x1；y1|u,v),i(x1；y2|u)}：＝i1,

r2＜min{i(v；y1|u),i(v；y2|x1)}

+i(x2；y2|x1,v)：＝i2,

假設(shè)容量區(qū)域的角點(diǎn)由速率分裂方案達(dá)到，也就是，

i1＝c(i/(1+s)),(13)

i2＝c(s).(14)

隨后，根據(jù)論點(diǎn)2，要求x1～n(0,p)并且x2～n(0,p)?？紤]

i1＝min{i(u；y1),i(u；y2)}

+min{i(x1；y1|u,v),i(x1；y2|u)},

≤i(u；y1)+i(x1；y2|u)(15)

＝h(y1)-h(y1|u)+h(y2′|u)-h(y2′|x1),(16)

其中y2′＝y(tǒng)2/g＝x1+(x2+z2)/g。由于因此存在α∈[0,1]，使得h(y2′|u)＝(1/2)log(2πe(αi+s+1)/g²)。另外，由于x2～n(0,p)并且i＜s(1+s)，因此，信道x1→y1是信道x1→y2′的退化版本，即，y1＝y(tǒng)2′+z′，其中z′～n(0,i+1-(s+1)/g²)獨(dú)立于x1和x2。根據(jù)熵冪不等式，因此，由(16)推斷出

其中由于s＜i，得到(aaa)。為了匹配(13)中的持續(xù)假設(shè)，需要(aaa)中的等式，從而迫使α＝1并且h(y2′|u)＝(1/2)log(2πe(i+s+1)/g²)＝h(y2′)，即，i(u；y2′)＝0。應(yīng)注意，x1,x2～n(0,p)并且從x1到y(tǒng)2′的信道是高斯信道。應(yīng)用論點(diǎn)3產(chǎn)生出

i(u；x1)＝0.(17)

現(xiàn)在，可以將i2簡化成

其中由于i(u；y1|v)≤i(u；y1|x2)＝i(u；x1+z1)≤i(u；x1)＝0，得到(bbb)，從而表明i(v；y1|u)＝i(v；y1)。在(19)中，并且由于因此，存在β∈[0,1]，使得另外，由于x1～n(0,p)并且i＜s(1+s)，因此，y1是的退化版本，即，其中獨(dú)立于x1和x2。應(yīng)用熵冪不等式，因此，由(19)推斷出

其中從信道條件i＜(1+s)s得出(ccc)。為了匹配(14)中的持續(xù)假設(shè)，需要(ccc)中的等式，從而迫使β＝1，并且即，應(yīng)注意，x2～n(0,p)并且從x2到的信道是高斯信道。應(yīng)用論點(diǎn)3產(chǎn)生出

i(v；x2)＝0.(20)

然而，條件(17)和(20)表明

其中由于i(u；y1)≤i(u；x1)＝0并且i(v；y1|u)≤i(v；y1|x1)≤i(v；x2)＝0.，得出(ddd)。因此，

i1＝i(x1；y1)＝c(s/(1+i))＜c(i/(1+s)),

這否定了(13)并且完成了針對(duì)s＝2的證明。

最后，考慮當(dāng)s＞2時(shí)的情況。切換最小值和總和的順序受到束縛

應(yīng)注意，(21)和(22)具有分別與(15)和(18)相同的形式。因此，從與當(dāng)s＝2時(shí)相同的論證中推斷出次優(yōu)性。表明對(duì)于兩用戶對(duì)的對(duì)稱高斯干擾信道而言，任何單塊速率分裂方案在嚴(yán)格意義上是次優(yōu)的。然而，通過在多個(gè)塊上發(fā)送消息以及使用滑動(dòng)窗口解碼，同時(shí)的解碼內(nèi)邊界是可達(dá)到的。與實(shí)施需要多用戶序列檢測的同時(shí)解碼相比較，公開的滑動(dòng)窗口疊加編碼方案具有更簡單的實(shí)施方式，這是因?yàn)榭梢砸淮我粋€(gè)地解碼消息，而不需要多用戶序列檢測。

針對(duì)一般的k發(fā)送器l接收器干擾網(wǎng)絡(luò)，其中每個(gè)發(fā)送器傳輸獨(dú)立的消息并且每個(gè)接收器恢復(fù)k個(gè)消息的子集，可以類似地在兩個(gè)以上塊上發(fā)送消息。通過仔細(xì)地調(diào)度每個(gè)接收器的解碼順序，可以示出滑動(dòng)窗口疊加編碼方案，以實(shí)現(xiàn)用于干擾網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)解碼內(nèi)邊界，作為特殊情況，所述干擾網(wǎng)絡(luò)包括用于兩用戶干擾信道的han–kobayashi內(nèi)邊界。

盡管本文中示例性地論述了異構(gòu)(ux)疊加編碼，但一致(uv)疊加仍維持類似結(jié)論。針對(duì)高斯干擾信道，可以將x1分割成u和v，并且采用函數(shù)x1＝u+v。

swsc方案的示例性實(shí)施例

逐個(gè)符號(hào)的映射

將u和v映射到信道輸入信號(hào)x1的方式有很多。在一些實(shí)施例中，信號(hào)或?qū)觰和v的選擇可以基于從網(wǎng)絡(luò)操作收集的過去的數(shù)據(jù)。例如，可以根據(jù)概率分布，諸如，高斯分布或均勻分布從調(diào)制方案(諸如，bpsk、qpsk、qam等)中選擇u和v。例如，如果選擇qpsk星座方案，那么可以基于概率分布函數(shù)從四個(gè)可能星座點(diǎn)中的一個(gè)中選擇信號(hào)u和v。因此，信號(hào)u和v到輸入信號(hào)x1的映射可以是實(shí)施者的選擇。

例如，如果x1是具有功率p的高斯，那么可以將信號(hào)u和v選擇成分別具有功率αp和(1-α)p的高斯信號(hào)，其中p是功率的歸一化測量，并且令x1＝u+v。換言之，所公開的系統(tǒng)的一些實(shí)施例提供下列選項(xiàng)：選擇可以將多少功率分配到層中的每個(gè)。針對(duì)2層系統(tǒng)，這由參數(shù)α指定。因此，在對(duì)應(yīng)于n層疊加方案的實(shí)施例中，為n個(gè)層選擇的功率分配參數(shù)可以由n個(gè)參數(shù)α1、α2、α3、……αn表示。在一些實(shí)施例中，功率分配參數(shù)可以由例如發(fā)射器基于發(fā)射器與接收器之間的信道質(zhì)量而動(dòng)態(tài)地確定。因此，例如，在第一時(shí)間實(shí)例下，如果發(fā)射器-接收器對(duì)之間的信道質(zhì)量較差，那么參數(shù)將不同于相同發(fā)射器之間的信道質(zhì)量改進(jìn)的第二時(shí)間實(shí)例。此外，在所公開的系統(tǒng)的實(shí)施例中，由一個(gè)發(fā)射器選擇以傳輸?shù)浇o定接收器的參數(shù)或者在某一給定的功率條件下選擇的參數(shù)可以不同于由另一發(fā)射器針對(duì)相同接收器和類似功率條件選擇的參數(shù)。

作為另一示例，可以將u和v選擇成bpsk信號(hào)并且根據(jù)隨機(jī)分布unif{-1,+1}進(jìn)行分布。隨后，在一些實(shí)施例中，可以將x1表達(dá)成以形成4-pam信號(hào)。例如，選擇α＝0.8使x1成為等間隔的4-pam信號(hào)

作為第三示例，在一些實(shí)施例中，u和v可以是bpsk信號(hào)并且根據(jù)unif{-1,+1}進(jìn)行分布。通過選擇x1＝u·v，在此類實(shí)施例中，作為信號(hào)u和v的非線性組合的另一bpsk信號(hào)可以用作信道輸入。

在一些實(shí)施例中，針對(duì)給定類型的信道和信道的所需傳輸速率，可以通過至少解出上文提供的等式(3)和(4)來最佳地選擇層u和v。例如，信道類型可以是瑞利衰落信道(諸如，緩慢或快速衰落信道)、或多普勒信道、或加性高斯白噪聲(awgn)信道，或者發(fā)射器-接收器對(duì)之間的任何其他信道類型。在一些實(shí)施例中，接收器可以將關(guān)于信道質(zhì)量的反饋動(dòng)態(tài)地提供到發(fā)射器，例如，采用反饋到發(fā)射器的控制信息的形式。接收器可以確定(基于接收的信號(hào)強(qiáng)度指示器或?qū)ьl信號(hào))信道類型的質(zhì)量。此類信息可以由發(fā)射器用于選擇層u和v。例如，調(diào)制方案、概率分布、層之間分配的功率等可以由發(fā)射器基于來自接收器的控制信息進(jìn)行確定。在一些實(shí)施例中，發(fā)射器和接收器可以聯(lián)合確定(例如，基于預(yù)定規(guī)則或基于運(yùn)行中的動(dòng)態(tài)執(zhí)行的協(xié)商)調(diào)制方案、概率分布、層之間分配的功率等。在一些實(shí)施例中，層u和v的組合可以由發(fā)射器任意地選擇。例如，管理可以如何組合u和v的數(shù)學(xué)函數(shù)也可以由發(fā)射器確定。在上文論述的示例中，將信號(hào)u和v示為線性地組合(即，u+v)或者它們可以非線性地組合(即，u.v)。因此，所公開的系統(tǒng)的實(shí)施例促進(jìn)各種層根據(jù)任何合適的數(shù)學(xué)函數(shù)進(jìn)行組合。此類數(shù)學(xué)函數(shù)的選擇可以任意地確定，或者可以基于解出本文中公開的速率方程來確定。

解碼順序

在一些實(shí)施例中，接收器可以接收來自多個(gè)發(fā)送器的傳輸。在此類情境下，接收器必須確定對(duì)來自不同發(fā)送器的信號(hào)進(jìn)行解碼的解碼順序。也就是，接收器不僅要針對(duì)發(fā)送器的傳輸來確定解碼順序，而且另外，針對(duì)給定的發(fā)送器，要確定對(duì)發(fā)送器的傳輸?shù)牟煌瑢拥慕獯a順序。

例如，基于圖6b的示例性編碼順序，接收器i＝1,2可以將干擾處理成噪聲或者從下列解碼順序中選擇一個(gè)。圖6b中的示例假設(shè)接收的信號(hào)y1在接收器1處接收到，并且信號(hào)y2在接收器2處接收到。這些信號(hào)是分別來自發(fā)送器1和發(fā)送器2的穿過信道之后信號(hào)u和x2的接收版本。也假設(shè)在接收器1和接收器2處已知信號(hào)x1。另外，圖6b示出與對(duì)接收器1處的信號(hào)y1進(jìn)行解碼相比較，接收器2利用一個(gè)(1)塊的延遲對(duì)接收到的信號(hào)y2進(jìn)行解碼的示例。

針對(duì)解碼順序：

接收器i處的對(duì)應(yīng)速率區(qū)域是速率對(duì)(r1,r2)的集合，使得

r1＜i(u；yi)+i(v；y1|x2),

r2＜i(x2；yi|u).

針對(duì)解碼順序：

接收器i處的對(duì)應(yīng)速率區(qū)域是速率對(duì)(r1,r2)的集合，使得

r1＜i(x1；yi),

r2＜i(x2；yi|x1).

針對(duì)解碼順序：

接收器i處的對(duì)應(yīng)速率區(qū)域是速率對(duì)(r1,r2)的集合，使得

r1＜i(x1；yi|x2),

r2＜i(x2；yi).

將接收器i處的用于將干擾處理成噪聲的可達(dá)速率區(qū)域表示為它是速率對(duì)(r1,r2)的集合，使得

r1＜i(xi；yi).

因此，用于滑動(dòng)窗口疊加編碼的組合的可達(dá)速率區(qū)域是：

以用于一些pmfp(u)p(v)p(x2)和函數(shù)x1(u,v)。

疊加層

在一些實(shí)施例中，每個(gè)發(fā)送器處的疊加層的數(shù)量可以改變。例如，如果將x1分割成三個(gè)層(u1,u2,u3)，并且不分割x2，那么與在將x1分割成兩個(gè)層時(shí)相比，可以更靈活地選擇每個(gè)接收器處的解碼順序。因此，如果發(fā)送器處的層的數(shù)量增加，那么所公開的系統(tǒng)的實(shí)施例促成選擇解碼順序的更多可能性。接收器i＝1,2可以從解碼順序{dik:k∈[1:4]}中選擇一個(gè)，或者將干擾處理成噪聲。

針對(duì)解碼順序di1：可達(dá)速率區(qū)域是速率對(duì)(r1,r2)的集合，使得

r1＜i(x1；yi),

r2＜i(x2；yi|x1).

針對(duì)解碼順序di2：可達(dá)速率區(qū)域是速率對(duì)(r1,r2)的集合，使得

r1＜i(u1,u2；yi)+i(u3；yi|u1,u2,x2),

r2＜i(x2；yi|u1,u2).

針對(duì)解碼順序di3：可達(dá)速率區(qū)域是速率對(duì)(r1,r2)的集合，使得

r1＜i(u1；yi)+i(u2,u3；yi|u1,x2),

r2＜i(x2；yi|u1).

針對(duì)解碼順序di4：可達(dá)速率區(qū)域是速率對(duì)(r1,r2)的集合，使得

r1＜i(x1；yi|x2),

r2＜i(x2；yi).

用于在接收器i處將干擾處理成噪聲的可達(dá)速率區(qū)域表示成它是速率對(duì)(r1,r2)的集合，使得

ri＜i(xi；yi).

在給定當(dāng)前編碼的情況下，組合的可達(dá)速率區(qū)域是

以用于一些pmfp(u1)p(u2)p(u3)p(x2)和函數(shù)x1(u1,u2,u3)。

在一些實(shí)施例中，選擇最佳解碼順序可以包括解出上文公開的速率方程，或者給定類型的信道和信道的期望傳輸速率。例如，此類考慮可以類似于發(fā)射器在選擇層或者如上文論述的結(jié)合選擇層而選擇傳輸參數(shù)時(shí)進(jìn)行的考慮。

圖7示出具有兩對(duì)發(fā)送器和接收器的無線通信系統(tǒng)的說明性圖解。接收器1接收來自發(fā)送器1和發(fā)送器2的信號(hào)。類似地，接收器2接收來自發(fā)送器1和發(fā)送器2的信號(hào)。本文中公開的實(shí)施例可以用作減輕由其他通信實(shí)體造成的干擾的不利影響的系統(tǒng)范圍的方法，例如，結(jié)合5g蜂窩系統(tǒng)和wi-fi系統(tǒng)。

圖8示出用于從發(fā)送器傳輸數(shù)據(jù)流的示例性方法800。在802處，方法800將數(shù)據(jù)流分解成多個(gè)子流。在804處，方法800通過多個(gè)塊上的碼字來對(duì)多個(gè)子流中的子流進(jìn)行編碼。在806處，方法800疊加多個(gè)碼字，以便以異步的方式形成信號(hào)流。在808處，方法800傳輸信號(hào)流。

圖8示出用于由接收器接收信號(hào)流的示例性方法810。在812處，方法800對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行解碼，以在多個(gè)塊的滑動(dòng)窗口上恢復(fù)來自第一發(fā)送器的碼字，其中碼字是對(duì)來自發(fā)送器的數(shù)據(jù)流的子流的編碼。在814處，方法800消除來自接收到的信號(hào)的第一碼字的影響。在816處，方法800在多個(gè)塊的滑動(dòng)窗口上恢復(fù)來自第二發(fā)送器的碼字，并且消除第二碼字的影響。兩個(gè)碼字流可以作為一個(gè)信號(hào)同時(shí)被接收到。在一些實(shí)施例中，除其他特征外，方法810可以包括確定和應(yīng)用解碼順序，以恢復(fù)來自發(fā)送器的碼字。段落[0093]到[00114]中提供一些實(shí)施例和相關(guān)聯(lián)的考慮的示例。

圖9示出用于從發(fā)送器傳輸信號(hào)流的示例性設(shè)備900。該設(shè)備包括：用于將數(shù)據(jù)流分解成多個(gè)子流的模塊902；用于通過碼字來對(duì)多個(gè)子流中的子流進(jìn)行編碼的模塊904；用于疊加多個(gè)碼字以形成碼字流的模塊906；以及用于以異步方式傳輸碼字流的模塊908。

圖9示出用于由接收器接收信號(hào)流的示例性模塊910。該方法包括：用于接收來自第一發(fā)送器的第一碼字流的模塊912；用于接收來自第二發(fā)送器的第二碼字流的模塊914；以及用于在多個(gè)塊的滑動(dòng)窗口上對(duì)接收到的第一碼字流和第二碼字流進(jìn)行解碼的模塊916，其中通過疊加多個(gè)碼字生成碼字流，并且每個(gè)碼字是對(duì)來自發(fā)送器的信號(hào)流的子流的編碼。在一些實(shí)施例中，除其他特征外，方法900可以包括通過使用非線性數(shù)學(xué)函數(shù)來組合相應(yīng)的子流或碼字從而生成碼字流。段落[0093]到[00114]中提供一些實(shí)施例和相關(guān)聯(lián)的考慮的示例。

本專利文件中描述的主題、模塊和功能操作的實(shí)施可以在各種系統(tǒng)、數(shù)字電子電路或者計(jì)算機(jī)軟件、固件或硬件中實(shí)施，包括本說明書中公開的結(jié)構(gòu)和它們的結(jié)構(gòu)等效物或者它們中的一個(gè)或多個(gè)的組合。本說明書中描述的主題的實(shí)施可以被實(shí)施為一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，即，在有形的非瞬時(shí)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上編碼的計(jì)算機(jī)程序指令的一個(gè)或多個(gè)模塊，以便由數(shù)據(jù)處理設(shè)備執(zhí)行或控制數(shù)據(jù)處理設(shè)備的操作。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以是機(jī)器可讀存儲(chǔ)裝置、機(jī)器可讀存儲(chǔ)基底、存儲(chǔ)器裝置、影響機(jī)器可讀傳播信號(hào)的物質(zhì)的組成，或者它們中的一個(gè)或多個(gè)的組合。術(shù)語“數(shù)據(jù)處理設(shè)備”涵蓋用于處理數(shù)據(jù)的所有設(shè)備、裝置和機(jī)器，例如，包括可編程處理器、計(jì)算機(jī)或者多個(gè)處理器或計(jì)算機(jī)。除了硬件之外，設(shè)備可以包括為有疑問的計(jì)算機(jī)程序創(chuàng)建執(zhí)行環(huán)境的代碼，例如，構(gòu)成處理器固件、協(xié)議棧、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、操作系統(tǒng)或者它們中的一個(gè)或多個(gè)的組合的代碼。

計(jì)算機(jī)程序(也被稱為程序、軟件、軟件應(yīng)用、腳本或代碼)可以用任何形式的編程語言編寫，包括編譯或解釋語言，并且它可以用于任何形式，包括作為獨(dú)立程序或模塊、部件、子程序、適用于計(jì)算環(huán)境的其他單元。計(jì)算機(jī)程序不必對(duì)應(yīng)于文件系統(tǒng)中的文件。程序可以被存儲(chǔ)在保存其他程序或數(shù)據(jù)的文件的一部分中(例如，存儲(chǔ)在標(biāo)記語言文檔中的一個(gè)或多個(gè)腳本)、存儲(chǔ)在專用于有疑問的程序的單個(gè)文件中，或者存儲(chǔ)在多個(gè)協(xié)調(diào)文件中(例如，存儲(chǔ)一個(gè)或多個(gè)模塊、子程序或者代碼的部分的文件)。計(jì)算機(jī)程序可以在一個(gè)計(jì)算機(jī)上執(zhí)行或者在位于一個(gè)位置或分布在多個(gè)位置并由通信網(wǎng)絡(luò)互連的多個(gè)計(jì)算機(jī)上執(zhí)行。

本說明書中描述的過程和邏輯流程可以由一個(gè)或多個(gè)可編程處理器執(zhí)行，所述可編程處理器通過在輸入數(shù)據(jù)上操作并且生成輸出來執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)程序以執(zhí)行功能。過程和邏輯流程也可以由專用邏輯電路執(zhí)行，并且設(shè)備也可以被實(shí)施為專用邏輯電路，例如，fpga(現(xiàn)場可編程門陣列)或asic(專用集成電路)。

例如，適于執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序的處理器包括通用和專用微處理器，以及任何種類的數(shù)字計(jì)算機(jī)的任何一個(gè)或多個(gè)處理器。一般而言，處理器將接收來自只讀存儲(chǔ)器或隨機(jī)存取存儲(chǔ)器或者這兩者的指令和數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)的必要元件是用于執(zhí)行指令的處理器和用于存儲(chǔ)指令和數(shù)據(jù)的一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)器裝置。一般而言，計(jì)算機(jī)也將包括用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的一個(gè)或多個(gè)大容量存儲(chǔ)裝置，或者可操作地耦接以接收來自大容量存儲(chǔ)裝置的數(shù)據(jù)或?qū)?shù)據(jù)傳輸?shù)酱笕萘看鎯?chǔ)裝置，例如，磁盤、磁光盤或光盤。然而，計(jì)算機(jī)無需具有此類裝置。適于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)程序指令和數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)包括所有形式的非易失性存儲(chǔ)器、介質(zhì)和存儲(chǔ)器裝置，例如，包括半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置，例如，eprom、eeprom和閃存裝置。處理器和存儲(chǔ)器可以由專用邏輯電路補(bǔ)充或合并在專用邏輯電路中。

盡管本專利文件含有很多具體方面，但這些不應(yīng)被解釋為限制任何公開的方法或可要求的內(nèi)容的范圍，而是描述可專用于特定公開的方法的特定實(shí)施例的特征。本專利文件在單獨(dú)實(shí)施例的背景下描述的某些特征也可以在單個(gè)實(shí)施例中組合實(shí)施。相反，在單個(gè)實(shí)施例的背景下描述的各種特征也可以在多個(gè)實(shí)施例中單獨(dú)實(shí)施或者在任何合適的子組合中實(shí)施。此外，盡管特征可在上文描述為在某些實(shí)施例中作用并且甚至如最初要求的那樣，但在一些情況下，所要求的組合中的一個(gè)或多個(gè)特征可以從組合中刪除，并且所主張的組合可指向子組合或子組合的變化。

類似地，盡管附圖中按特定順序描繪操作，但這不應(yīng)被理解為要求此類操作按所示的特定順序或按先后順序執(zhí)行，或者所有所示的操作都被執(zhí)行，以實(shí)現(xiàn)所需結(jié)果。此外，本專利文件中描述的實(shí)施例中的各種系統(tǒng)部件的分開不應(yīng)被解釋為要求所有實(shí)施例中的此類分開。

只描述了一些實(shí)施和實(shí)例，并且可以基于本專利文件中描述和示出的內(nèi)容進(jìn)行其他實(shí)施、增強(qiáng)和變化。