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灵活功率比的 Gray 叠加 | 带你读《5G非正交多址技术》之八

简介: 具有灵活功率比的 Gray 叠加在 3GPP MUST 的研究阶段也被称为 MUST Category 2。如前面所述,当复合星座图具有 Gray 映射的特性时,对接收机的 要求可以降低。
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第 2 章 下行非正交传输技术

| 2.3 直接符号叠加 |

| 2.4 灵活功率比的 Gray 叠加 |

具有灵活功率比的 Gray 叠加在 3GPP MUST 的研究阶段也被称为 MUST Category 2。如前面所述,当复合星座图具有 Gray 映射的特性时,对接收机的 要求可以降低。图 2-12 是两个 QPSK 的星座图,功率比为 4∶1,它们的复合 星座图符合 Gray 特性。
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2.4.1 发射侧过程

在发射侧有多种方式可以使复合星座图具有 Gray 映射,下面介绍两种典 型的方法。
1.镜像变换叠加
对于功率分配较少的用户(一般来说是离基站较近的用户,对应于两个 低数位),它在复合的星座图中的大体位置范围取决于相应的分配功率较多的 用户(一般来说是离基站较远的用户,对应于两个高数位)的星座点位置。 当采用镜像变换叠加的方法时,如果远端用户的星座点在第一象限,则复合星 座图的右上角的 4 个星座点不做变化,与直接叠加的情形一样。如果远端用户 的星座点在第二象限,则复合星座图的左上角的 4 个星座点需对直接叠加生成 的星座点做水平方向上的镜像翻转;如果远端用户的星座点在第三象限,复合 星座图的左下角的 4 个星座点则在水平方向和垂直方向同时做镜像翻转;如果 远端用户的星座点在第四象限,复合星座图的右下角 4 个星座点则得在垂直方 向做镜像翻转[6]。
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2.比特同或
图 2-14 是比特同或方法的框图。近端用户和远端用户编码后的比特先经过 一个比特转换表,输出为 c1, c2, …, cn 和 d1, d2, …, dm。这里的 n 和 m 分别代 表近端用户和远端用户的一个调制符号所承载的编码比特数。 转换表的一般表达式为
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当远端用户采用 QPSK 而且其分配的功率高于近端用户时,以上的比特转 换表达式可以简化成
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从式(2.23)可以看出,经过比特处理之后,近端用户的两个高位比特 分别等于近端用户原本的高位与远端用户高位的同或。比特转换之后的发 送侧处理与直接符号叠加的过程十分类似。各自的比特经过传统的 QPSK 或者 QAM 调制,调整功率后叠加。注意该方案中同或运算可以全部替换为异或运 算,其中原理及技术效果是类似的。
下面举例说明转换表的一种实现方式。令第一组比特信息 C1 为两个比特, 如图 2-15 所示,表示 C1 两个比特在星座图的映射,例如当 C1 为“10”时,映 射到图 2-15(a)中以实心圆表示的星座点上(其他星座点以空心圆表示)。 第二组比特信息 C2 为两个比特,如图 2-15(b)所示,表示 C2 两个比特在星座 图的映射,例如当 C2 为“10”时,映射到图 2-15(b)中以实心圆表示的星座 点上。
图 2-16 中第一组比特信息 C1 为“10”,第二组比特信息 C2 为“10”,运 用上述公式(2.23)可以得到,串联合成后的比特信息为“1011”。该方案中, 可以直接将串联合成后的比特信息进行星座调制,也可以将 C1,C 分别通过星 座调制后进行符号叠加。
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需要指出的是,尽管功率比的设定相对灵活,但是从接收机实现的角度, 除了需要保证复合星座图具有 Gray 映射的性质之外,还应避免星座簇的交叠。 这种情况会在近端用户的功率分配较大时出现,如图 2-17 所示[7]。由于远端用 户的 QPSK 的 4 个星座簇分得不够开,而每个簇(对应于近端用户的 16QAM 点)所铺开的范围较大,部分的星座点越界进入相邻的象限。虽然一个足够高 级的检测译码器,如大似然(Maximum Likelihood,ML)是能够应对星座簇 的交叠,但对于较简单的接收机,如 SLIC 等,其性能会有较大的损失。为保 证该情形不会发生,远端用户和近端用户的功率比分配需满足表 2-4 所示。
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2.4.2 接收机算法

由于镜像变换叠加能够保证复合星座图符合 Gray 映射的特点,接收端可 以采用相对简单的符号级干扰消除(Symbol-Level Interference Cancellation, SL-IC)。与上一节讲的码块级干扰消除不同,符号级干扰消除的干扰信号的 重构不需要知道干扰用户的信息比特,在对干扰信号进行解调之后,接收机 有一定的把握来推断干扰用户的调制符号,然后再根据干扰用户和目标用户 的发射功率比,以及估计的信道来重构干扰信号。尽管没有通过信道译码来 提高对干扰用户调制符号的估计精度,但这对于 Gray 映射的星座图一般是足 够了。
对于符号级干扰消除,有显示和隐示两种。显示干扰消除,会将功率较大 的符号重构后再消除。但符号判决和重构,依然有一定复杂度。由于符号判决 时没有利用信道译码进行纠错,这种方法性能有一定的损失。如果功率高的符 号判决错误,会带来错误传播,从而影响系统性能。隐示干扰消除将发端信号 作为高阶调制进行联合解调,计算每个比特的 LLR。小区中心用户和边缘用户 分别将计算出的对应 LLR 输入到相应的译码器进行译码,译码后得到小区中心 用户和边缘用户的传输比特。在此过程中,不存在干扰消除,包括符号级的干 扰消除和比特级的干扰消除。由于没有错误传播,这种方法与符号级干扰消除 相比,有性能优势;与码块级干扰消除相比,在一定调制方式、编码码率和功 率范围内,没有损失或性能损失很小。
注意,远端用户一般采用线性小二乘接收机即可。

| 2.5 比特分割 |

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