无线通信系统中的传输方法和接收方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线通信系统中的传输方法和相应的接收方法。此外，本发明还涉及 一种传输设备、接收设备、计算机程序及其计算机程序产品。
【背景技术】
[0002] 电磁（无线电）频谱是一种稀缺而宝贵的资源，其有效利用对当前和未来无线通 信系统至关重要。第四代无线系统已经以每用户甚高数据速率为目标。未来传输系统的目 标不一定是要增加数据速率，而是要实现频谱效率的增加，以便能为大量同时通信的用户 提供更高的总体数据速率。
[0003] 多址接入（MultipleAccess，MA)方案用于使若干个用户或数据流可以同时使用 共享通信信道。下一代无线系统在能够为许多并发用户和/或应用提供可靠通信的同时， 将不得不面对更高总体数据速率的需求。如此高的数据速率将会通过信道的物理资源的日 益有效利用实现。
[0004] 相对于单流的性能，当在同一时间具有的SNR损失尽可能小时，将有益于设计出 实现更高总体频谱效率的非正交方案。此外，就给定数量的已分配资源的频谱效率来说，这 样的方案应该胜过最好的蜂窝系统（例如LTE)。
[0005]TCMA由于其单用户SNR损失低，是一项非常有发展前景的技术。然而，它的总体 SE仍远不及AWGN信道容量，尤其当流的数量多时。
[0006] 过载是在传输系统中根据若干数据流被多路复用到相同的时-频-空资源元素 (ResourceElements，RE)上进而导致数据速率增加的一个范例。将过载的概念应用到MA 场景（context)中时，过载多址接入（OverloadedMultipleAccess，0ΜΑ)方案一直计划能 提供明显高于传统MA方案的频谱效率（SpectralEfficiency，SE)。
[0007]基于用户/流的域分离（DomainofSeparation，DoS)，对0ΜΑ方案进行以下分类：
[0008] 1)功率DoS :例如非正交多址接入（Non-〇rthogonal Multiple Access，Ν0ΜΑ)方 案。其中，远处的用户和附近的用户多路复用在相同的时-频-空资源元素上。该方案基 于不同幅度的叠加信号的传输。
[0009] 2)星座DoS:例如星座扩展多址接入（ConstellationExpansionMultiple Access，CEMA)。其中，星座码元的子集被分配给不同的用户/流。
[0010] 3)扩展（spreading)序列DoS:例如低密度扩展（LowDensitySpread，LDS)CDMA、 LDS-0FDM。这些方案基于向不同用户/流分配不同的稀疏序列。
[0011] 4)扩展叠加码本DoS:例如LDS-CDMA、LDS-0FDM、稀疏编码多址接入（Sparse CodedMultipleAccess，SCMA)、交织分多址接入（Interleave-DivisionMultiple Access，IDMA)。这些方案均基于用户专用扩展和调制码本，为了使得不同用户/流的稀疏 扩展信号之间的最小欧氏距离最大化。
[0012] 5)非扩展叠加码本DoS:例如网格编码多址接入（TrellisCodedMultiple Access，TCMA)。该方案基于流专用交织的网格编码调制（Trellis-CodedModulation， TCM)，导致流专用非扩展码本。
[0013] 为了减缓接收器中多流检测器的非理想性能导致的退化，任一 0MA方案中增加的 SE是以每个多路复用的流/用户增加的所需的传输功率为代价实现的。传输功率的增加可 由所谓的单流信噪比（Signal-to-NoiseRatio,SNR)损失表征，该特征被定义为总体频谱 效率（SpectralEfficiency，SE)的函数，定义为：
[0014]SE(K) = (l-BLER)Rm〇K[bits/s/Hz]. (1)
[0015] 其中，BLER表示块误码率，R为信道编码速率，m。为每个码元的比特调制阶数，K为 过载因子，过载因子与TCMA系统中的流的个数相吻合。频谱效率是SNR的函数，表示为：
[0016]SE" (K) =limSNR -SE(K) (2)
[0017]渐进总体频谱效率（AsymptoticAggregateSpectralEfficiency，ASE)，我们评 估所要考虑的相关测度是单流SNR损失ASNR(K，P)，它表示当过载因子K> 1时，接收器为 达到给定的ASE的比率Ρ需要的SNR相对于单流SNR的增加。
[0018]Asnr(K,p) =SNR(SE(K) =pSE" (k))-snr(se(i)=
[0019]pSE① 1 ⑶
[0020]
[0021]图 1 中示出了TCMA方案的归一化SE(SE(K)/SE" (K))，以及Ρ=0·9，Κ= 2，···，7 时的单流SNR损失ΔSNR (Κ，Ρ)。表1总结了TCMA系统的单流SNR损失ΔSNR (Κ，0. 9)。
[0022] 表1 :TCMA方案的单流SNR损失
[0023]
[0024] 对上述0ΜΑ技术进行了评估和比较后，在表2中总结了产生的相关结果。可以看 出，在考虑到的系统中，TCMA是单流SNR损失最小的系统。事实上，当K= 2个流同时传输 时，单用户SNR损失在0. 6dB内，它的SE接近单流（(K= 1))的情形。并且，对于K> 2时， 单流SNR损失是适度的。因此，如此有吸引力的特性使TCMA方案成为今后开发的最佳方案。
[0025] 表2 :已知的过载多址接入方案对比
[0026]
[0028]TCMA方案是在UL场景下提出来的，其中多个设备（如用户设备，UEs)同时传输编 码、调制以及交织后的数据流。每个设备传输一个数据流，所有传输同时进行，即所有设备 使用相同的时-频-空资源元素。假定所有的传输是码元同步的，并执行了理想的功率控 制，这样所有的用户信号在到达接收器天线时具有相同的平均功率。
[0029] 利用众所周知的网格编码调制（TCM)方案，每个流独立编码和调制。在传输前，根 据流专用排列（permutation)对调制码元进行交织。
[0030] 在TCMA中，每个流可以使用不同的网格编码和调制方案进行编码和调制；这些流 专用特征有助于接收器分离属于不同流的信息。但是对于流分离最有效的特征是利用流专 用交织器。
[0031] 图2示出了TCMA传输概念的示意性方案，其中，Π表示流专用交织器。进一步， 图3示出了由连接于QPSK码元映射器的四态卷积编码器组成的TCM编码器-调制器的示 例。
[0032]由于无线信道的线性特性，接收信号是同时传输的信号的总和。接收器的任务是 分离属于不同流的信号，然后进行解调和译码，最后将信息交付给接收者。
[0033] 本领域提出了一种迭代TCMA接收器，虽然这种接收器复杂度较高，但性能良好。 尽管如此，如下所示，相对于AWGN信道容量，产生的方案仍有很大差距。
[0034]图4是现有技术中TCMA接收器的方框图。接收信号（4)为传输信号的总和加上 加性高斯白噪声w(l):
[0036] 其中介绍了模拟不同发送器之间载波相位和频率偏置的系数因为传输系 统中有交织器，所以系数^心ω假定为表示均匀分布的随机相位。
[0037] 在TCMA接收器中，TCM探测器和多流探测器（MultiStreamDetector，MSD)通过 交织器以迭代的方式通过交换称为编码比特dp⑴和dp⑴的软信息进行交互。这类软 信息可以包括概率分布、对数概率分布、似然比（LikelihoodRadios，LRs)或对数似然比(LogarithmsofLikelihoodRatios，LLRsh下面将利用概率分布来对MSD进行简要说 明。
[0038] MSD的任务包括分离属于不同流的信息。MSD通过PCdCGjrG))二
计算联合概率分布，这项任务的复杂度 随着流的个数K呈指数级增长。事实上，这个函数的域为d(l)e{〇，l}2K。
[0039] 每次迭代，对于每个第k流，MSD都要计算边缘概率=
，并将计算结果通过解交织器 nf发送到tcm解码器。
[0040]TCM解码器根据TCM编码的约束条件更新这些概率。通常执行根据相应 的卷积编码器的网格运行的算法。众所周知的网格解码算法包括维特比算法和 Bahl-Cocke-Jelinek-Raviv(BCJR)算法。TCM解码器获得改进后的涉及编码比特和 dp⑴的概率⑴和并将获得的概率通过交织器化反馈到MSD。最后，MSD利用这些改进后的概率更新其联合概率分布P(d(l)|r(1))。
[0041] 最常用的多流接收器算法是以并行或连续（串行）方式执行迭代检测和解码的。 通常认为连续的方法比并行方法表现更好。图5中描述了用于TCMA中的迭代检测和解码 (IDD)算法，其中r=(r(1)，…，r(L))代表接收信号，Nlt代表迭代的次数，K为流的个数。
[0042] 在接收器中，利用迭代IDD算法估计出了TCMA的总体频谱效率（参见图6,以所给 的加性高斯白噪声（AdditiveWhiteGaussianNoise，AWGN)信道的容量为参考）。可以看 出，尽管相对于单流SE，双流SE的SNR损失非常低，但是进一步增加流后，会使单流SNR损 失增加。并且，相对于AWGN信道容量，SNR差距随着流的个数而增加：使用K= 7个流时， 该差距接近12dB。
【发明内容】
[0043] 本发明的目的是提供一种缓解或解决现有技术方案的缺点和问题的方案。
[0044] 本发明的另一目的是提供相对于现有技术改进后的传输和接收TCM的方法，尤其 探索在AWGN信道上传输的改进后的总体频谱效率。
[0045] 根据本发明的第一方面，通过无线通信系统中的传输方法可以实现上述目的和其 他目的，该方法包括以下步骤：
[0046]-选择用于传输的K个数据流，其中每个数据流包括一个或多个数据消息；并且对 于每个数据流k= 0,…，K-1，独立地：
[0047]-利用网格编码调制TCM方案TCMk编码和调制第k数据流的数据消息，
[0048]-利用流专用交织器nk交织第k数据流的编码和调制后的数据消息，
[0049]-利用流专用加扰序列加扰第k数据流的交织后的数据消息；
[0050]-将K个数据流的所有加扰后的数据消息合并为至少一个传输信号s(1);以及
[0051] 在无线通信系统的无线电信道上传输至少一个传输信号s(l)。
[0052] 根据该传输方法的一实施例，K个数据流是基于所述无线电信道的诸如信噪比的 信道质量