聯合正交多址與非正交多址的上行多址接入方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及數字信息傳輸的多址接入技術領域，特別涉及一種聯合正交多址與非 正交多址的上行多址接入方法。
【背景技術】
[0002] 在典型無線/移動數字通信系統中，基站需要與覆蓋范圍內的多個用戶進行通 信，下行多址接入問題已經得到較大程度的解決。而對于上行多址接入（簡稱多址接入）問 題，仍然有許多問題亟待解決，例如蜂窩移動通信系統中存在大規模非對稱上行多址接入 用戶的情況。網絡信息論指出，對于多址接入，采用疊加編碼（SuperpositionCoding，SC) 技術可以最大化系統的總傳輸率，但是這時多個用戶信號互相干擾。
[0003] 在目前的典型無線/移動數字通信系統中，傳統的上行多用戶多址接入方案廣 泛采用正交多址接入技術，典型的正交多址接入技術包括：時分多址接入（TimeDivision MultipleAccess，TDMA)、頻分多址接入（FrequencyDivisionMultipleAccess，FDMA)和 正交頻分多址接入（OrthogonalFrequencyDivisionMultipleAccess，OFDMA)等。尤其 值得一提的是，3G系統中采用了直接序列擴頻的碼分多址（DS-CDMA)技術，多個用戶的信 號通過相互準正交的序列進行擴頻，接收端通過解擴頻來消除或抑制多用戶干擾，并且每 個用戶采用面向單用戶的編碼調制方案，因此，狹義的DS-CDMA技術是一種準正交的多址 接入技術。本質上，正交多址接入方法是對多址接入信道的帶寬資源或符號資源進行正交 分割，得到多個相互正交的正交子信道，每個正交子信道占用多址接入信道的一部分帶寬 資源或符號資源，傳輸一個用戶的信息。以TDMA為例，TDMA為每個用戶分配一段時間資源 (即一段傳輸時間對應的帶寬資源或符號資源），用于傳輸該上行用戶的信號。正交多址接 入技術實現簡單、靈活，但是，網絡信息論指出，采用正交多址接入技術時，其多用戶的可達 速率域上界距離采用最優SC技術時的多用戶的可達速率域上界差距較大，即多用戶聯合 可達傳輸速率損失較大。
[0004] 采用疊加編碼進行多址接入時，接收端通常采用串行干擾消除（Successive InterferenceCancellation，SIC)技術來接收并解調解碼多個用戶發送的信息。采用SIC 技術需要依次解調相互疊加的多個用戶的信號，并依次消除已解調用戶信號對后續用戶信 號的干擾，因此不同用戶信號的優先級是不同的。采用基于疊加編碼和SIC技術的多址接 入方法，本質上是將多址接入信道的資源在功率域上進行劃分，得到多個優先級不同的層 信道，每一層信道用于傳輸一個用戶的信號。SIC使得終端算法實現、導頻設計、信道估計和 系統調度復雜度隨用戶數增加而急劇上升；同時采用SIC會造成接收延時和誤碼擴散。除 此之外，采用基于疊加編碼和SIC技術的多址接入方法時，多用戶聯合可達信噪比域受限， 例如圖1所示的基于兩用戶疊加編碼和SIC技術的聯合可達信噪比域。
[0005] 同時譯碼（SimultaneousDecoding，SD)，又稱聯合譯碼（JointDecoding，JD)， 是采用疊加編碼進行多址接入的另一種解調解碼方式，也可以實現最優的傳輸性能。相比 于采用SIC技術，采用同時譯碼技術不是依次解出每個用戶的信息，而是采用聯合多用戶 檢測結合迭代譯碼的方式，經過迭代，可以同時解調出所有用戶的信息，因此不同用戶信號 的優先級是相同的。采用基于疊加編碼和SD的多址接入技術，本質上也是將多址接入信道 的資源在功率域上進行劃分，但是得到多個優先級相同的層信道，每一層信道用于傳輸一 個用戶的信號。所以，SD技術不存在SIC接收延時和誤碼擴散的缺點。采用基于疊加編碼 和SD技術的多址接入方法，其多用戶聯合可達信噪比域可以達到理論下界，如圖1中靠近 坐標軸的三段折線表示基于兩用戶疊加編碼和SD技術的聯合可達信噪比域的下界。但當 疊加用戶數量較大時，SD的實現復雜度依然很高。
[0006] 目前典型的基于疊加編碼和SIC/SD技術有，稀疏擴頻序列的多址接入（Low DensitySignature/Spreading-MultipleAccess，LDS-MA)、稀疏碼多址接入（Sparse CodeMultipleAccess，SCMA)和交織多址接入（InterleaveDivisionMultipleAccess， DMA) 〇
[0007] IDMA面向低信噪比和較低速率的應用場景設計，并且通常面向對稱信道設計。 IDMA可以同時接入的用戶數很多，并且有逼近多址接入信道容量域的理論界的性能。雖然 IDMA可顯著地增加系統同時接入的用戶數，但其迭代多用戶檢測方法依賴于最大似然多用 戶檢測方法在低信噪比下的近似，不適用于中高信噪比場景，在一定意義上限制了單個用 戶的最高速率，系統總體傳輸率不高。更為重要的是，IDMA不適用于非對稱信道，尤其是不 同用戶信噪比差別很大的信道。
[0008] LDS-MA和SCMA的接收端均采用消息傳遞算法（MessagePassingAlgorithm， MPA)算法實現近似最大似然的多用戶檢測。LDS-MA和SCMA均是多址接入信道的聯合編碼 技術（即基于疊加編碼和SD技術的多址接入技術），但是在已有文獻提供的具體方案中， 通常每個用戶均采用獨立的單用戶編碼調制方案，如采用第三代移動通信合作伙伴計劃 (3GPP)的長期演進（LTE和LTE-A)標準規范的規則QAM星座映射結合Turbo碼的編碼調制 方案，因此整個方案的性能距離多址接入信道容量域的理論界有一定距離。需要指出的是： 一些用戶的稀疏擴頻序列之間是相互正交的，因此在低負載時，SCMA和LDS-MA的方案和性 能接近正交多址接入。
【發明內容】
[0009] 本發明旨在至少在一定程度上解決上述相關技術中的技術問題之一。
[0010] 為此，本發明的目的在于提出一種聯合正交多址與非正交多址的上行多址接入方 法，該方法相比于傳統基于正交的多址接入方法，減小了多用戶聯合可達速率域上界與理 論界的距離；相比基于疊加編碼和SIC技術的多址接入技術，減少了接收延時并改善了誤 碼擴散；相比于基于疊加編碼和SD技術的多址接入方法，顯著降低了實現復雜度。
[0011] 為了實現上述目的，本發明的實施例提出了一種聯合正交多址與非正交多址的上 行多址接入方法，包括以下步驟：基站根據其覆蓋范圍內的K個用戶的信道狀態信息和業 務需求，將多址接入信道的帶寬資源進行正交分割，得到所述多址接入信道的L個正交子 信道；所述基站根據其覆蓋范圍的K個用戶的信道狀態信息和業務需求，將得到的每個所 述正交子信道進行非正交劃分，得到一個或者多個子層信道；所述基站根據其覆蓋范圍內 的K個用戶的信道狀態信息、業務需求和所述多址接入信道的帶寬和功率資源劃分情況， 確定每個用戶的傳輸模式，并將所述傳輸模式分別對應地發送給每個用戶；每個用戶根據 其對應地傳輸模式對信息比特進行編碼調制，得到攜帶信息比特的發送信號，并將所述發 送信號輸出至所述多址接入信道。
[0012] 另外，根據本發明上述實施例的聯合正交多址與非正交多址的上行多址接入方法 還可以具有如下附加的技術特征：
[0013] 在一些示例中，其中，所述業務需求包括用戶傳輸率；所述信道狀態信息包括用戶 發送功率，信道增益和接收端噪聲，或信道增益和用戶在接收端的信噪比；每個所述正交子 信道的帶寬資源為所述多址接入信道的一部分或者全部的時域、頻域、空域或碼域資源。
[0014] 在一些示例中，其中，每個所述子層信道可被多個用戶共享使用，所述子層信道的 接收信號為：占用該子層信道中的所有用戶的發送信號在基站接收端的接收信號的疊加。
[0015] 在一些示例中，其中，對于離散基帶等效模型，每個所述子層信道的接收信號為： 占用該子層信道的所有用戶的發送符號序列在基站接收端的接收符號序列的疊加。
[0016] 在一些示例中，所述每個用戶的傳輸模式包括該用戶接入的子層信號以及對應每 個所述子層信道的發送功率和編碼調制模式，其中，所述編碼調制模式包括信道編碼、比特 交織和星座映射，所述每個用戶可以接入一個或者多個所述正交子信道中的一個或者多個 所述子層信道。
[001