CN104486035A - 联合叠加编码和正交复用的下行多用户传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种联合叠加编码和正交复用的下行多用户传输方法，包括：S1，获取覆盖范围内多个用户的信道质量和需求参数；S2，根据多个用户的信道质量和需求参数，对多个用户进行分组得到多个用户组，并确定分配给每个用户组的信道资源的比例；S3，根据每个用户组的信道资源的比例，将物理层信道资源在正交域上进行符号层次的分割，得到多个符号层次的物理层子信道；S4，根据每个用户组内用户的信道质量和需求参数，在每个用户组对应的符号层次的物理层子信道中，采用叠加编码技术传输每个用户组内用户的信息。本发明相对于最优SC技术，大大降低了终端实现复杂度和用户信息的延时，且相对于传统的正交复用技术，系统总传输率明显提升。

Description

联合叠加编码和正交复用的下行多用户传输方法

技术领域

本发明涉及数字信息传输技术领域，特别涉及一种联合叠加编码和正交复用的下行多用户传输方法。

背景技术

在无线数字通信系统中，发送端需要和覆盖范围内的多个用户进行通信，因此，需要解决广播信道的下行多址问题。

一般情况下，覆盖范围内的多个用户的信道质量存在差异。为了最大化系统的传输率，采用SC(Superposition Coding，叠加编码)技术进行下行多用户传输是最优的，但是采用SC技术后需要综合考虑所有用户，因此实现复杂度最高。另外，为了实现最优的传输性能，接收终端需要进行SIC(Successive Interference Cancellation，串行干扰消除)，SIC需要解调解码出第一层的信号，进而解调解码出第二层的信号，依此类推。但是，SIC使得接收终端实现复杂度较高，并且随用户数量增加复杂度急剧上升，同时，采用SIC会造成信息接收延时等问题。且综合考虑所有用户的SC，当用户信道质量差距较小时，SC技术相对于正交复用技术的传输率提升十分小，而SC技术的实现复杂度却远远高于正交复用技术。

在传统的多用户传输方案中，正交复用技术被广泛采用，传统的正交复用技术包括：TDM(Time Division Multiplexing，时分复用)、FDM(Frequency Division Multiplexing，频分复用)和OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)等。本质上，正交复用技术是在符号层次对物理层信道资源进行正交分割的方法。以TDM为例，TDM为每个用户分配一段时域资源，该时域资源用于传输该用户的信息。正交复用技术实现简单、灵活，但是当多个用户的信道质量差异较大时，采用正交复用技术时多用户传输的容量域上界与采用最优SC技术时多用户传输的容量域上界差距较大，即频谱效率损失较大。

BDM(Bit Division Multiplexing，比特分割复用)技术是非线性叠加编码技术的一种具体实现，是一种跨多个符号的比特层次的信道资源分割复用技术。当采用BDM技术传输多个用户的信息时，信道资源在比特层次上分割成多个比特层次的物理层子信道，每个比特层次的物理层子信道用于传输一个用户的信息。采用BDM技术的多用户传输方案，资源调度十分灵活，而且可以采用任意星座映射，频谱效率较正交复用技术更高。作为最优SC技术的一种具体实现，BDM技术也存在上述最优SC技术的一些问题。但是BDM技术的一个优势是，可以适当降低多用户的传输性能，从而在接收终端不需要进行SIC，大大降低接收终端实现复杂度。但是当采用BDM技术时，实际星座映射中对多个比特的不均等差错保护程度数目有限，因此，当覆盖范围内用户很多并且超过不均等差错保护程度的数目，将会有性能极限的损失。

发明内容

本发明的目的旨在至少从一定程度上解决上述的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种联合叠加编码和正交复用的下行多用户传输方法，该联合叠加编码和正交复用的下行多用户传输方法可以弥补最优叠加编码技术实现复杂度高、用户信息接收延时大的缺陷。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种联合叠加编码和正交复用的下行多用户传输方法，该联合叠加编码和正交复用的下行多用户传输方法包括：包括以下步骤：S1，获取覆盖范围内多个用户的信道质量和需求参数；S2，根据所述多个用户的信道质量和需求参数，对所述多个用户进行分组得到多个用户组，并确定分配给每个所述用户组的信道资源的比例；S3，根据每个所述用户组的信道资源的比例，将物理层信道资源在正交域上进行符号层次的分割，得到多个符号层次的物理层子信道，其中，每个所述符号层次的物理层子信道用于传输一个用户组的信息；以及S4，根据每个所述用户组内用户的信道质量和需求参数，在每个所述用户组对应的所述符号层次的物理层子信道中，采用叠加编码技术传输每个所述用户组内用户的信息。

本发明实施例提出的联合叠加编码和正交复用的下行多用户传输方法，在获取覆盖范围内多个用户的信道质量和需求参数后，根据多个用户的信道质量和需求参数，对多个用户进行分组得到多个用户组，并确定分配给每个用户组的信道资源的比例，进而根据每个用户组的信道资源的比例，将物理层信道资源在正交域上进行符号层次的分割，得到多个符号层次的物理层子信道，最后根据每个用户组内用户的信道质量和需求参数，在每个用户组对应的符号层次的物理层子信道中，采用叠加编码技术传输每个用户组内用户的信息。该联合叠加编码和正交复用的下行多用户传输方法可以降低最优叠加编码技术的实现复杂度和用户信息的接收延时，且相对于传统的正交复用技术，提升了系统总传输率。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述用户的需求参数包括用户要求的传输率。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述根据所述多个用户的信道质量和需求参数，对所述多个用户进行分组得到多个用户组，并确定分配给每个所述用户组的信道资源的比例具体为：

根据所述多个用户的信道质量和需求参数，对所述多个用户进行分组得到多个用户组，同时确定分配给每个所述用户组的信道资源的比例；或者

根据所述多个用户的信道质量和需求参数，先对所述多个用户进行分组得到多个用户组，然后确定分配给每个所述用户组的信道资源的比例。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述将物理层信道资源在正交域上进行符号层次的分割，得到多个符号层次的物理层子信道具体为：当对所述多个用户进行分组得到N个用户组，并确定分配给每个所述用户组的信道资源的比例为β_i时，将比例为β_i的符号归属为一个符号层次的物理层子信道，其中，1≤i≤N，0<β_i<1，β₁+β₂+...+β_N＝1，其中，N为大于1的整数。

进一步地，在本发明的一个实施例中，每个所述用户组的信道资源的比例为用于传输每个所述用户组信号的符号占总符号的比例。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述叠加编码技术为线性叠加编码技术或非线性叠加编码技术。

进一步地，在本发明的一个实施例中，当所述叠加编码技术为所述线性叠加编码技术时，所述采用叠加编码技术传输每个所述用户组内用户的信息包括以下步骤：对每个所述用户组内每个用户的信息比特分别进行信道编码和比特交织，得到每个所述用户的交织比特；将每个所述用户组内每个所述用户的交织比特分别进行星座映射，得到每个所述用户组内每个所述用户对应的符号；对每个所述用户组内所有用户对应的符号进行叠加，得到每个所述用户组对应的第一发送符号；以及发送每个所述用户组对应的所述第一发送符号。

进一步地，在本发明的一个实施例中，根据以下公式对每个所述用户组内所有用户对应的符号进行叠加，得到每个所述用户组对应的第一发送符号：

$x_t^i=\underset{j=1}{\overset{k_i}{\mathrm{\&Sigma;}}}\sqrt{{\mathrm{\&alpha;}}_j^i}{x}_j^i$

其中，为所述第i个用户组对应的第一发送符号，i为大于或者等于1的整数，k_i为所述第i个用户组内的用户总数，k_i为大于或等于1的整数，1≤j≤k_i，为所述第i个用户组内第j个用户对应的符号，为根据所述第i个用户组内用户的信道质量和需求参数分配给第j个符号的功率比例。

进一步地，在本发明的一个实施例中，当所述叠加编码技术为非线性叠加编码技术时，所述采用叠加编码技术传输每个所述用户组内用户的信息包括以下步骤：对每个所述用户组内每个用户的信息比特分别进行信道编码和比特交织，得到每个所述用户的交织比特；根据预设比特分配方案，对每个所述用户组内所有用户的交织比特共同进行星座映射以获取每个所述用户组对应的第二发送符号，其中，所述预设比特分配方案根据每个所述用户组内用户的信道质量和需求参数确定，所述预设比特分配方案确定用于传输每个所述用户组内每个所述用户的交织比特数目和位置；以及发送每个所述用户组对应的所述第二发送符号。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的联合叠加编码和正交复用的下行多用户传输方法的流程图；

图2(a)为根据本发明一个实施例的联合叠加编码和正交复用的下行多用户传输方法的两两用户配对算法中L＝2m时的用户分组示意图；

图2(b)为根据本发明另一个实施例的联合叠加编码和正交复用的下行多用户传输方法的两两用户配对算法中L＝2m+1时的用户分组示意图；

图3(a)为根据本发明一个实施例的联合叠加编码和正交复用的下行多用户传输方法的三三用户配对算法中L＝3m时的用户分组示意图；

图3(b)为根据本发明另一个实施例的联合叠加编码和正交复用的下行多用户传输方法的三三用户配对算法中L＝3m+1时的用户分组示意图；

图3(c)为根据本发明再一个实施例的联合叠加编码和正交复用的下行多用户传输方法的三三用户配对算法中L＝3m+2时的用户分组示意图；

图4为不同下行多用户传输方法的系统总传输率的示意图；

图5为根据本发明一个实施例的联合叠加编码和正交复用的下行多用户传输方法的流程图；

图6为不同下行多用户传输方法的两个用户联合可达传输率域的上界曲线的示意图；以及

图7为根据本发明一个具体实施例的联合叠加编码和正交复用的下行多用户传输方法中当采用BDM技术传输用户信息时的比特分配方案的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

下面参照附图来描述根据本发明实施例提出的联合叠加编码和正交复用的下行多用户传输方法。

如图1所示，本发明实施例的联合叠加编码和正交复用的下行多用户传输方法包括以下步骤：

S1，获取覆盖范围内多个用户的信道质量和需求参数。

在本发明的一个实施例中，用户的需求参数可以包括但不限于用户要求的传输率。

S2，根据多个用户的信道质量和需求参数，对多个用户进行分组得到多个用户组，并确定分配给每个用户组的信道资源的比例。

在本发明的一个实施例中，根据多个用户的信道质量和需求参数，对多个用户进行分组得到多个用户组，并确定分配给每个用户组的信道资源的比例，即步骤S2具体可以为：

S20，根据多个用户的信道质量和需求参数，对多个用户进行分组得到多个用户组，同时确定分配给每个用户组的信道资源的比例。

在本发明的另一个实施例中，根据多个用户的信道质量和需求参数，对多个用户进行分组得到多个用户组，并确定分配给每个用户组的信道资源的比例，即步骤S2具体可以为：

S21，根据多个用户的信道质量和需求参数，先对多个用户进行分组，得到多个用户组，然后确定分配给每个用户组的信道资源的比例。

其中，在步骤S20和S21中，分配给每个用户组的信道资源的比例，是根据系统传输率最优化计算得到。但是在实际系统中，分配给每个用户组的信道资源的比例存在最小值，分配给每个用户组的信道资源的比例可能无法按照最优情况进行分配。

S3，根据每个用户组的信道资源的比例，将物理层信道资源在正交域上进行符号层次的分割，得到多个符号层次的物理层子信道，其中，每个符号层次的物理层子信道用于传输一个用户组的信息。

其中，在通信系统的基带模型中，物理层信道可以等效为一个离散符号信道，该离散符号信道的输入和输出等效为符号，因此，信道资源在本发明中用符号流表示。另外，在本发明中，来自不同正交域中的不同位置的符号等效。在本发明的一个实施例中，每个用户组的信道资源的比例为用于传输每个用户组信号的符号占总符号的比例。

具体地，在本发明的一个实施例中，在满足多个用户的信道质量和需求参数的前提下，多个用户的分组情况(用户组数量)和分配给每个用户组的信道资源的比例，可以按照多个用户的总传输率最大的目标进行优化。具体地，在本发明的另一个实施例中，当覆盖范围内的用户的信道质量和需求参数发生变化时，多个用户的分组算法和分配给每个用户组的信道资源的比例也可以进行相应地调整。

具体地，在本发明的一个实施例中，将物理层信道资源在正交域上进行符号层次的分割，得到多个符号层次的物理层子信道，具体可以为：当对多个用户进行分组得到N个用户组，并确定分配给每个用户组的信道资源的比例为β_i时，将比例为β_i的符号归属为一个符号层次的物理层子信道，其中，1≤i≤N，0<β_i<1，β₁+β₂+...+β_N＝1，其中，N为大于1的整数。

S4，根据每个用户组内用户的信道质量和需求参数，在每个用户组对应的符号层次的物理层子信道中，采用叠加编码技术传输每个用户组内用户的信息。

进一步地，在本发明的一个实施例中，叠加编码技术可以为线性叠加编码技术或非线性叠加编码技术。其中，在本发明的一个实施例中，当叠加编码技术为线性叠加编码技术时，采用叠加编码技术传输每个用户组内用户的信息可以包括以下步骤：

S41，对每个用户组内每个用户的信息比特分别进行信道编码和比特交织，得到每个用户的交织比特。

S42，将每个用户组内每个用户的交织比特分别进行星座映射，得到每个用户组内每个用户对应的符号。

S43，对每个用户组内所有用户对应的符号进行叠加，得到每个用户组对应的第一发送符号。

具体地，在本发明的一个实施例中，可以根据以下公式对每个用户组内所有用户对应的符号进行叠加，得到每个用户组对应的第一发送符号：

$x_t^i=\underset{j=1}{\overset{k_i}{\mathrm{\&Sigma;}}}\sqrt{{\mathrm{\&alpha;}}_j^i}{x}_j^i$

其中，为第i个用户组对应的第一发送符号，i为大于或者等于1的整数，k_i为第i个用户组内的用户总数，k_i为大于或等于1的整数，1≤j≤k_i，为第i个用户组内第j个用户对应的符号，为根据第i个用户组内用户的信道质量和需求参数分配给第j个符号的功率比例。

S44，发送每个用户组对应的第一发送符号。

此外，在本发明的另一个实施例中，当叠加编码技术为非线性叠加编码技术时，采用叠加编码技术传输每个用户组内用户的信息包括以下步骤：

S45，对每个用户组内每个用户的信息比特分别进行信道编码和比特交织，得到每个用户的交织比特。

S46，根据预设比特分配方案，对每个用户组内所有用户的交织比特共同进行星座映射以获取每个用户组对应的第二发送符号，其中，预设比特分配方案根据每个用户组内用户的信道质量和需求参数确定，预设比特分配方案确定用于传输每个用户组内每个用户的交织比特数目和比特位置。

因此，一个发送符号或者多个发送符号的组合，由发送符号对应的用户组内所有用户的交织比特确定，一个发送符号或者多个发送符号的组合用于传输多个用户的信息。

S47，发送每个用户组对应的第二发送符号。

在本发明的一个具体实施例中，假设覆盖范围内的小区中，多个用户均匀分布在围绕基站的两个同心圆之间，两个同心圆的半径分别是d_min和d_max，因此，小区内用户到基站距离d的概率分布密度函数和分布函数分别为：

$f_D\left(d\right)=\frac{2d}{d_{\max }^2-d_{\min }^2}---\left(1\right)$

$F_D\left(d\right)=\frac{d^2-d_{\min }^2}{d_{\max }^2-d_{\min }^2}---\left(2\right)$

其中，d_min<d<d_max。

根据小区内用户到基站距离d的概率分布密度函数(1)可以随机产生L个用户的位置和信噪比，将L个用户的位置按照降序排列可以获得d₁，......，d_a，......，d_L。可以根据以下公式(3)计算L个用户到基站的期望距离：

$E\left(d_a\right)=a\left(\begin{array}{c}L\\ a\end{array}\right){\&Integral;}_{d_{\min }}^{d_{\max }}{d}_a{f}_D\left(d_a\right)F_D{\left(d_a\right)}^{L-a}{(1-F_D\left(d_a\right))}^{a-1}d\left(d_a\right)---\left(3\right)$

可以根据以下公式(4)计算L个用户的期望信噪比。

SNR_a＝10*log(β(E(d_a))^-α)     (4)

其中，α为路径损耗指数，β为与传输功率和天线增益相关的常数。

假设，输入用户信道的符号服从高斯分布，不同用户信道链路为加性高斯白噪声(AWGN，Additive White Gaussian Noise)信道，d_min＝1，d_max＝10，α＝3，β＝10³，系统工作点为：每个用户传输率的比例为每个用户的香农容量比例，即根据直接比例准则(DRP准则)：R₁:......R_a:......:R_L＝C₁:......C_a:......:C_L，其中C_a＝log₂(1+P/N_a)，P为输入符号的功率，N_a为用户a的接收噪声功率。对于最优SC，一个信号的输入符号中携带所有用户信息，在预设的功率分配方案中，

用户a的最高传输率由下式子给出：

$R_a={\log }_2(1+\frac{{\mathrm{\&alpha;}}_{a}P}{1+{\mathrm{\&Sigma;}}_{j=1}^L({\mathrm{\&alpha;}}_{j}P\&CenterDot;1({\mathrm{snr}}_a-{\mathrm{snr}}_j))})$

其中，P为输入符号的功率，α_a为发送端为用户a分配的功率，α^j为发送端为用户j分配的功率，需要合理设计以满足DRP准则，snr_a为用户a的信噪比，snr^j为用户j的信噪比，1≤j≤L，1(x)为示性函数，当x>0时，1(x)＝1，否则为1(x)＝0。

进一步地，根据L个用户的信道质量和需求参数，先对L个用户进行分组为多个用户组，然后确定分配给每个用户组的信道资源的比例。其中，对L个用户进行分组的算法可以采用以下两种分组算法(两两用户配对算法和三三用户配对算法)：

1)、将L个用户按照信噪比大小进行降序排列，当L可表示为2m时，如图2(a)所示，可将L个用户分成前后两部分，且前后两部分分别具有m个用户，序列中序号为c(1≤c≤m)的用户与序号为m+c的用户配对为一组，共获得m组用户。当L可表示为2m+1时，如图2(b)所示，可将用户分成三部分，即分别具有m个用户的前后两部分和序列中序号为m+1对应的用户，序列中序号为c(1≤c≤m)的用户与序号为m+c+1的用户配对为一组，共获得m组用户，序列中m+1对应的用户单独为一组。

2)将L个用户按照信噪比大小进行降序排列，当L可表示为3m时，如图3(a)所示，可将用户分成具有m个用户的前中后三部分，序列中序号为c(1≤c≤m)、m+c和2m+c的用户配对为一组，共获得m组用户。当L可表示为3m+1时，如图3(b)所示，可将用户分成四部分，即分别具有m个用户的前中后三部分和序列中序号为m+1对应的用户，序列中序号为c(1≤c≤m)、m+c+1和2m+c+1的用户配对为一组，共获得m组用户，序列中序号为m+1对应的用户单独为一组。当L可表示为3m+2时，如图3(c)所示，可将用户分成四部分，即分别具有m个用户的前中后三部分、序列中序号为1和m+2对应的两个用户，序列中序号为c+1(1≤c≤m)、m+c+2和2m+c+2的用户配对为一组，共获得m组用户，序列中序号为1和m+1对应的两个用户为一组。

根据以上分组算法，再根据DRP准则，即可确定分配给每个用户组的信道资源的比例。根据上述参数和策略，得到如图4所示的不同下行多用户传输方法的系统总传输率的示意图，其中，4-1为最优SC技术进行下行多用户传输时系统总传输率随小区内用户数目L的变化曲线，4-2为联合叠加编码和正交复用的下行多用户传输方法采用用户两两配对分组来进行下行多用户传输时，系统总传输率随小区内用户数目L的变化曲线，4-3为联合叠加编码和正交复用的下行多用户传输方法采用用户三三配对分组来进行下行多用户传输时，系统总传输率随小区内用户数目L的变化曲线，4-4为TDM技术进行下行多用户传输时系统总传输率随小区内用户数目L的变化曲线。从图4中可以看到，联合叠加编码和正交复用的下行多用户传输方法与TDM技术复杂度差不多，但联合叠加编码和正交复用的下行多用户传输方法较TDM技术的系统总传输率明显提升。另外，如图4所示，联合叠加编码和正交复用的下行多用户传输方法较最优SC技术的复杂度急剧降低，而系统总传输率却降低较少。

在本发明的一个实施例中，联合叠加编码和正交复用的下行多用户传输方法中联合叠加编码具体可以为BDM(比特分割复用)，正交复用具体可以为TDM(时分复用)，其中，BDM是非线性叠加编码的一种具体实现，TDM是正交复用的一种特例，即不同用户信号仅仅在时域中进行复用。如图5所示，此时，联合叠加编码和正交复用的下行多用户传输方法包括以下步骤：

S51，获取覆盖范围内多个用户的信道质量和需求参数。

S52，根据多个用户的信道质量和需求参数，对多个用户进行分组得到多个用户组，并确定分配给每个用户组的时域资源的比例。

在本发明的一个实施例中，根据多个用户的信道质量和需求参数，对多个用户进行分组得到多个用户组，并确定分配给每个用户组的时域资源的比例即步骤S52具体可以为：

S520，根据多个用户的信道质量和需求参数，对多个用户进行分组得到多个用户组，同时确定分配给每个用户组的时域资源的比例。

在本发明的另一个实施例中，根据多个用户的信道质量和需求参数，对多个用户进行分组为多个用户组，并确定分配给每个用户组的时域资源的比例即步骤S52具体可以为：

S521，根据多个用户的信道质量和需求参数，先对多个用户进行分组得到多个用户组，然后确定分配给每个用户组的时域资源的比例。

其中，在步骤S520和S521中，分配给每个用户组的时域资源的比例，是根据系统传输率最优化计算得到。但是在实际系统中，分配给每个用户组的时域资源的比例存在最小值，分配给每个用户组的时域资源的比例可能无法按照最优情况进行分配。

S53，根据每个用户组的时域资源的比例，将物理层信道资源在时域上进行符号层次的分割，得到多个符号层次的物理层子信道，其中，每个符号层次的物理层子信道用于传输一个用户组的信息。

在本发明的一个实施例中，每个用户组的时域资源的比例为用于传输每组用户信号的符号占总符号的比例。需要说明的是，在本发明实施例中，符号可以来自于多个正交空间，但是只是在时域上将物理层信道资源进行符号层次的分割。例如在MIMO(Multiple-InputMultiple-Output，多输入多输出)系统中，每组用户信号的符号占总符号的比例进一步可以为占总符号向量的比例，即每一个符号向量包括多个发送至不同天线的符号。

具体地，在本发明的一个实施例中，在满足多个用户的信道质量和需求参数的前提下，多个用户的分组情况(用户组数量)和分配给每个用户组的时域资源的比例，可以按照多个用户的总传输率最大的目标进行优化。具体地，在本发明的另一个实施例中，当覆盖范围内的用户的信道质量和需求参数发生变化时，多个用户的分组算法和分配给每个用户组的时域资源的比例也可以进行相应地调整。

具体地，在本发明的一个实施例中，将物理层信道资源在时域上进行符号层次的分割以获取多个符号层次的物理层子信道具体可以为：当对多个用户进行分组得到N个用户组，并确定分配给每个用户组的时域资源的比例为γ_i时，将比例为γ_i的符号归属为一个符号层次的物理层子信道，其中，1≤i≤N，0<γ_i<1，γ₁+γ₂+...+γ_N＝1，其中，N为大于1的整数。

S54，根据每个用户组内用户的信道质量和需求参数，在每个用户组对应的符号层次的物理层子信道中，采用BDM技术传输每个用户组内用户的信息。

进一步地，在本发明的一个实施例中，采用BDM技术传输每个用户组内用户的信息时，需先将对应符号层次的物理层子信道在比特层次上进行分割，以得到多个比特层次的物理层子信道。具体地，在本发明的一个实施例中，对于符号层次的物理层子信道，可以将传输的符号资源看成符号维度，把每个符号内的多个比特看成比特维度，进而根据每个用户组内用户的信道质量和需求参数，将该组用户对应的符号层次的物理层子信道中的一个或者多个符号作为一个整体，进行比特层次的分割，分割后的每一部分比特组成一个比特层次的物理层子信道。其中，每个比特层次的物理层子信道包括符号维度和比特维度中的一组比特。

具体地，在本发明的一个实施例中，将符号层次的物理层子信道中的E(E为大于或等于1的整数)个符号作为一个整体，进行比特层次的分割。假设需要在该符号层次的物理子信道中传输两个用户的信息，则需要将该符号层次的物理层子信道分割为两个比特层次的物理层子信道。假设一个符号包含F(F为大于或等于1的整数)个比特，则E个符号就包含F*E个比特。BDM技术在F*E个比特中，根据每个用户组内用户的信道质量和需求参数，优化地选择一部分比特传输一个用户的信息，其它比特传输另一个用户的信息，从而使得该组内多个用户的传输率，在满足多个用户的信道质量和需求参数的前提下最佳。

具体地，对于BDM技术，每个用户组内每个用户的信息比特经过各自的信道编码后进行比特交织，得到每个用户组内所有用户的编码比特。然后将每个用户组内所有用户的编码比特，分别映射到用户对应的比特层次的物理层子信道。

进一步地，在本发明的一个具体实施例中，BDM技术的比特分配过程如下：假设某一用户组内有两个用户，信噪比分别为15dB和5dB，BDM技术的比特分配在8个符号中进行，即E＝8，每个符号均采用DVB-T2标准中的256-Gray-QAM进行调制。根据两个用户的信噪比及符号的调制方式，可以获得如图6所示的采用BDM技术的可达传输率域的上界曲线6-1和采用TDM技术的可达传输率域的上界曲线6-2，同时理论上界曲线6-3也在图中示出以作为参考。此时，系统工作点，即实际的比特分配方案，可以根据DRP准则确定，即R₁:R₂＝C₁:C₂＝2.44:1，其中，(g＝1或2)为两个用户的香农容量。如图7所示，实际两个用户的比特分配方案可以如图7所示，其中8个符号携带的64个比特，有16个比特(阴影部分比特)分配给信噪比为5dB的用户，其它16个比特分配给信噪比为15dB的用户，从而近似满足DRP准则。

本发明实施例提出的联合叠加编码和正交复用的下行多用户传输方法，在获取覆盖范围内多个用户的信道质量和需求参数后，根据多个用户的信道质量和需求参数，对多个用户进行分组为多个用户组，并确定分配给每个用户组的信道资源的比例，进而根据每个用户组的信道资源的比例，将物理层信道资源在正交域上进行符号层次的分割以获取多个符号层次的物理层子信道，最后根据每个用户组内用户的信道质量和需求参数，在每个用户组对应的符号层次的物理层子信道中，采用叠加编码技术传输每个用户组内用户的信息。该联合叠加编码和正交复用的下行多用户传输方法相对于最优SC技术，以较小的系统总传输率降低为代价，大大降低了接收终端的实现复杂度和用户信息的延时，且相对于传统正交复用技术，系统总传输率有明显的提升。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (9)

1.一种联合叠加编码和正交复用的下行多用户传输方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，获取覆盖范围内多个用户的信道质量和需求参数；

S2，根据所述多个用户的信道质量和需求参数，对所述多个用户进行分组得到多个用户组，并确定分配给每个所述用户组的信道资源的比例；

S3，根据每个所述用户组的信道资源的比例，将物理层信道资源在正交域上进行符号层次的分割，得到多个符号层次的物理层子信道，其中，每个所述符号层次的物理层子信道用于传输一个用户组的信息；以及

S4，根据每个所述用户组内用户的信道质量和需求参数，在每个所述用户组对应的所述符号层次的物理层子信道中，采用叠加编码技术传输每个所述用户组内用户的信息。

2.如权利要求1所述的联合叠加编码和正交复用的下行多用户传输方法，其特征在于，所述用户的需求参数包括用户要求的传输率。

3.如权利要求1所述的联合叠加编码和正交复用的下行多用户传输方法，其特征在于，所述根据所述多个用户的信道质量和需求参数，对所述多个用户进行分组得到多个用户组，并确定分配给每个所述用户组的信道资源的比例具体为：

根据所述多个用户的信道质量和需求参数，对所述多个用户进行分组得到多个用户组，同时确定分配给每个所述用户组的信道资源的比例；或者

根据所述多个用户的信道质量和需求参数，先对所述多个用户进行分组，得到多个用户组，然后确定分配给每个所述用户组的信道资源的比例。

4.如权利要求1所述的联合叠加编码和正交复用的下行多用户传输方法，其特征在于，所述将物理层信道资源在正交域上进行符号层次的分割，得到多个符号层次的物理层子信道，具体为：

当对所述多个用户进行分组得到N个用户组，并确定分配给每个所述用户组的信道资源的比例为β_i时，将比例为β_i的符号归属为一个符号层次的物理层子信道，其中，1≤i≤N，0＜β_i＜1，β₁+β₂+...+β_N＝1，其中，N为大于1的整数。

5.如权利要求3或4中任一项所述的联合叠加编码和正交复用的下行多用户传输方法，其特征在于，每个所述用户组的信道资源的比例为用于传输每个所述用户组信号的符号占总符号的比例。

6.如权利要求1所述的联合叠加编码和正交复用的下行多用户传输方法，其特征在于，所述叠加编码技术为线性叠加编码技术或非线性叠加编码技术。

7.如权利要求6所述的联合叠加编码和正交复用的下行多用户传输方法，其特征在于，当所述叠加编码技术为所述线性叠加编码技术时，所述采用叠加编码技术传输每个所述用户组内用户的信息包括以下步骤：

对每个所述用户组内每个用户的信息比特分别进行信道编码和比特交织，得到每个所述用户的交织比特；

将每个所述用户组内每个所述用户的交织比特分别进行星座映射，得到每个所述用户组内每个所述用户对应的符号；

对每个所述用户组内所有用户对应的符号进行叠加，得到每个所述用户组对应的第一发送符号；以及

发送每个所述用户组对应的所述第一发送符号。

8.如权利要求7所述的联合叠加编码和正交复用的下行多用户传输方法，其特征在于，根据以下公式对每个所述用户组内所有用户对应的符号进行叠加，得到每个所述用户组对应的第一发送符号：

$x_t^i=\underset{j=1}{\overset{k_i}{\mathrm{\&Sigma;}}}\sqrt{{\mathrm{\&alpha;}}_j^i}{x}_j^i$

其中，为所述第i个用户组对应的第一发送符号，i为大于或者等于1的整数，k_i为所述第i个用户组内的用户总数，k_i为大于或等于1的整数，1≤j≤k_i，为所述第i个用户组内第j个用户对应的符号，为根据所述第i个用户组内用户的信道质量和需求参数分配给第j个符号的功率比例。

9.如权利要求6所述的联合叠加编码和正交复用的下行多用户传输方法，其特征在于，当所述叠加编码技术为非线性叠加编码技术时，所述采用叠加编码技术传输每个所述用户组内用户的信息包括以下步骤：

对每个所述用户组内每个用户的信息比特分别进行信道编码和比特交织，得到每个所述用户的交织比特；

根据预设比特分配方案，对每个所述用户组内所有用户的交织比特共同进行星座映射以获取每个所述用户组对应的第二发送符号，其中，所述预设比特分配方案根据每个所述用户组内用户的信道质量和需求参数确定，所述预设比特分配方案确定用于传输每个所述用户组内每个所述用户的交织比特数目和位置；以及

发送每个所述用户组对应的所述第二发送符号。