KR102049652B1 - Superposition transmission for uplink scma systems and codebook design thereof - Google Patents
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Abstract
상향링크 SCMA 시스템의 중첩 전송 방법 및 이를 적용한 이동통신 시스템이 개시된다. 일 실시예에 따른 상향링크 SCMA 시스템에서 사용자 단말에 의한 데이터 중첩 전송 방법은, 상기 사용자 단말기에게 SCMA 코드북을 동적으로 할당하는 단계; 상기 사용자 단말기에 동적으로 할당된 SCMA 코드북에 기반하여 SCMA 부호화를 수행하는 단계; 상기 SCMA 부호화를 수행함에 따라 상기 각 데이터 레이어에 대응하는 SCMA 코드북에 기반하여 SCMA 부호어를 식별하는 단계; 및 상기 식별된 SCMA 부호어를 중첩하여 기지국으로 전송하는 단계를 포함할 수 있다. Disclosed are an overlapping transmission method of an uplink SCMA system and a mobile communication system using the same. In a UL SCMA system according to an embodiment, a method of transmitting data overlap by a user terminal includes: dynamically allocating an SCMA codebook to the user terminal; Performing SCMA encoding based on the SCMA codebook dynamically allocated to the user terminal; Identifying an SCMA codeword based on an SCMA codebook corresponding to each data layer as the SCMA encoding is performed; And overlapping the identified SCMA codeword and transmitting the same to the base station.
Description
아래의 설명은 SCMA 기반의 비직교 다중 접속 기술이 적용된 상향 링크 이동통신 시스템에서 초연결 단말의 전송률 증가를 위한 송신 방법 및 시스템에 관한 것이다.
The following description relates to a transmission method and system for increasing the transmission rate of a super-connected terminal in an uplink mobile communication system to which SCMA-based non-orthogonal multiple access technology is applied.
4G 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 이유로, 5G 통신 시스템 또는pre-5G 통신 시스템은 4G 네트워크 이후(Beyond 4G Network) 통신 시스템 또는 LTE(Long Term Evolution) 시스템 이후(Post LTE) 이후의 시스템이라 불린다.In order to meet the increasing demand for wireless data traffic since the commercialization of 4G communication systems, efforts are being made to develop improved 5G communication systems or pre-5G communication systems. For this reason, a 5G communication system or a pre-5G communication system is called a system after a 4G network (Beyond 4G Network) or a system after a Long Term Evolution (LTE) system (Post LTE).
높은 데이터 전송률을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 초고주파(mmWave) 대역(예를 들어, 60기가(60GHz) 대역과 같은)에서의 구현이 고려되고 있다. 초고주파 대역에서의 전파의 경로손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO), 전차원 다중입출력(Full Dimensional MIMO: FD-MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔형성(analog beamforming), 및 대규모 안테나(large scale antenna) 기술들이 논의되고 있다.In order to achieve high data rates, 5G communication systems are being considered for implementation in the ultra-high frequency (mmWave) band (eg, such as the 60 Gigabit (60 GHz) band). In 5G communication system, beamforming, massive array multiple input / output (Full-Dimensional MIMO), and full dimensional multiple input / output (FD-MIMO) are used in 5G communication systems to increase path loss mitigation and propagation distance of radio waves in the ultra-high frequency band. Array antenna, analog beamforming, and large scale antenna techniques are discussed.
또한, 시스템의 네트워크 개선을 위해, 5G 통신 시스템에서는 진화된 소형 셀, 개선된 소형 셀(advanced small cell), 클라우드 무선 액세스 네트워크(cloud radio access network: cloud RAN), 초고밀도 네트워크(ultradense network), 기기 간 통신(Device to Device communication: D2D), 무선 백홀(wireless backhaul), 이동 네트워크(moving network), 협력 통신 (cooperative communication), CoMP(Coordinated Multi-Points) 및 수신 간섭제거 (interference cancellation) 등의 기술 개발이 이루어지고 있다.In addition, in order to improve the network of the system, in the 5G communication system, an evolved small cell, an advanced small cell, a cloud radio access network (cloud RAN), an ultra high density network (ultradense network), Device to Device communication (D2D), wireless backhaul, moving network, cooperative communication, Coordinated Multi-Points (CoMP), and interference cancellation Technology development is taking place.
이 밖에도, 5G 시스템에서는 진보된 코딩 변조(Advanced Coding Modulation: ACM) 방식인 FQAM(Hybrid FSK and QAM Modulation) 및 SWSC(Sliding Window Superposition Coding)과, 진보된 접속 기술인 FBMC(Filter Bank Multi Carrier), NOMA(non orthogonal multiple access), 및 SCMA(sparse code multiple access) 등이 개발되고 있다.In addition, in 5G systems, Hybrid FSK and QAM Modulation (FQAM) and sliding window superposition coding (SWSC), Advanced Coding Modulation (ACM), and FBMC (Filter Bank Multi Carrier) and NOMA (non orthogonal multiple access), and sparse code multiple access (SCMA), and the like are being developed.
특히, SCMA(sparse code multiple access)는 코드북 기반의 비직교 다중 접속 기술로서 다중 사용자들이 중첩된 시간-주파수 영역에서 신호를 전송하기 때문에 기존 기술 대비 자원 사용 효율이 더 높다. 상향링크 SCMA 시스템에서 각 레이어는 고유의 코드북에 기반하여 이진 데이터가 맵핑된 부호어를 기지국으로 전송하고 기지국은 시간-주파수 자원 상에서 중첩된 부호어를 각 사용자의 코드북 정보를 활용하여 검출한다. 상향링크 SCMA 시스템에서는 사용자 단말기(UE)가 다수의 데이터 스트림을 전송하기 위해서는 물리적 자원을 추가적으로 사용해야 한다. 일례로, 더 많은 시간-주파수 자원의 활용을 통하여 전송률을 증가시킬 수 있다. 더 많은 송신 안테나를 장착한다면 추가적으로 데이터 레이어 (혹은 SCMA 코드북)을 할당함으로써 멀티 스트림 전송을 통한 전송률이 증가되는 것을 고려할 수 있게 된다. In particular, sparse code multiple access (SCMA) is a codebook-based non-orthogonal multiple access technology, which is more resource efficient than conventional technologies because multiple users transmit signals in overlapping time-frequency domains. In the uplink SCMA system, each layer transmits a codeword mapped with binary data to a base station based on a unique codebook, and the base station detects codewords superimposed on time-frequency resources by using codebook information of each user. In the uplink SCMA system, the user equipment (UE) must additionally use physical resources to transmit a plurality of data streams. In one example, the rate can be increased by utilizing more time-frequency resources. If more transmitting antennas are installed, the additional data layer (or SCMA codebook) may be allocated to increase the transmission rate through multi-stream transmission.
한편, 상량링크 SCMA 시스템은 미래의 Mmtc 및 IoT 환경의 요구사항을 지원하는데 제약 및 한계가 존재한다. 초연결 사용자 단말기를 지원하기 위하여 매우 많은 수의 SCMA 코드북 자원이 시스템에 확보되어 있지만, 각 사용자 단말기는 드문 빈도로 트래픽을 발생시키는 특징을 가진다. 다시 말해서, 실제 활성 사용자 단말기는 전체 코드북 자원 수 대비 작은 비율을 차지하게 되기 때문에 시스템에 확보된 전체 코드북 자원을 고려하였을 때 시스템 자원의 사용이 비효율적이다. Meanwhile, the serial link SCMA system has limitations and limitations in supporting the requirements of the future Mmtc and IoT environments. Although a large number of SCMA codebook resources are secured in the system to support hyper-connected user terminals, each user terminal has a characteristic of generating traffic at a rare frequency. In other words, since the actual active user terminal occupies a small ratio to the total number of codebook resources, the use of system resources is inefficient when considering the total codebook resources secured in the system.
이에 따라 활성 사용자 단말기가 사용하지 않는 코드북 자원을 효율적으로 활용하는 개념 및 송신 방법에 대한 기술이 요구된다. Accordingly, there is a need for a concept and transmission method for efficiently utilizing codebook resources that are not used by an active user terminal.
참고자료: 한국공개특허 제10-2017-0042680, 한국공개특허 제10-2017-0015018
Reference: Korean Patent Publication No. 10-2017-0042680, Korean Patent Publication No. 10-2017-0015018
상향링크 SCMA 시스템에 대하여 코드북 자원을 효율적으로 활용함으로써 사용자 단말기(UE)의 중첩 전송을 통하여 다양한 범위의 전송률을 지원하는 송신 방법 및 동작 방법을 제안하고자 한다.
By efficiently utilizing codebook resources for an uplink SCMA system, a transmission method and an operation method supporting various ranges of transmission rates through overlapping transmission of a user equipment (UE) are proposed.
상향링크 SCMA 시스템에서 사용자 단말에 의한 데이터 중첩 전송 방법은, 상기 사용자 단말기에게 SCMA 코드북을 동적으로 할당하는 단계; 상기 사용자 단말기에 동적으로 할당된 SCMA 코드북에 기반하여 SCMA 부호화를 수행하는 단계; 상기 SCMA 부호화를 수행함에 따라 상기 각 데이터 레이어에 대응하는 SCMA 코드북에 기반하여 SCMA 부호어를 식별하는 단계; 및 상기 식별된 SCMA 부호어를 중첩하여 기지국으로 전송하는 단계를 포함할 수 있다. In the uplink SCMA system, a data superimposition transmission method by a user terminal may include dynamically allocating an SCMA codebook to the user terminal; Performing SCMA encoding based on the SCMA codebook dynamically allocated to the user terminal; Identifying an SCMA codeword based on an SCMA codebook corresponding to each data layer as the SCMA encoding is performed; And overlapping the identified SCMA codeword and transmitting the same to the base station.
상기 사용자 단말기에 동적으로 할당된 SCMA 코드북에 기반하여 SCMA 부호화를 수행하는 단계는, 상기 사용자 단말기에 동적으로 할당된 SCMA 코드북을 적어도 하나 이상의 데이터 레이어에 매핑함에 따라 각 데이터 레이어를 통하여 전송되는 이진 벡터(b j )로부터 모신호성좌를 생성하는 단계; 상기 생성된 모신호성좌에 기초하여 출력된 각 데이터 레이어에 대응하는 복소 다차원 심볼을 스프레딩(spreading) 하는 단계; 및 상기 스프레딩된 복소 다차원 심볼로 구성된 코드북을 각 데이터 레이어에 설정된 레이어 연산에 따라 SCMA 부호어로 출력하는 단계를 포함할 수 있다. Performing SCMA encoding based on the SCMA codebook dynamically allocated to the user terminal may include: a binary vector transmitted through each data layer by mapping the SCMA codebook dynamically allocated to the user terminal to at least one data layer generating a parent signal locus from ( b j ); Spreading a complex multi-dimensional symbol corresponding to each data layer output based on the generated mother signal locus; And outputting a codebook consisting of the spread complex multidimensional symbols according to a layer operation set for each data layer.
상기 식별된 SCMA 부호어를 중첩하여 기지국으로 전송하는 단계는, 상기 사용자 단말기가 동일한 안테나를 통하여 전송되는 중첩된 SCMA 부호어들이 동일한 채널을 통과하는 단계를 포함할 수 있다. Transmitting the identified SCMA codewords to the base station may include passing the overlapped SCMA codewords transmitted through the same antenna by the user terminal through the same channel.
상기 사용자 단말기에게 SCMA 코드북을 동적으로 할당하는 단계는, 상기 사용자 단말에 중첩 전송 모드를 지원하기 위하여 상기 사용자 단말기에게 특정 시간-주파수 영역에 대하여 적어도 하나 이상의 코드북을 할당하는 단계를 포함하고, 상기 사용자 단말기가 기 설정된 기준 이상의 전송률을 요구할 경우, 기 설정된 개수 이상의 코드북을 이용하고, 상기 사용자 단말기가 기 설정된 기준 이하의 전송률을 요구할 경우, 기 설정된 개수 이하의 코드북을 이용할 수 있다. Dynamically allocating an SCMA codebook to the user terminal includes allocating at least one codebook to the user terminal for a specific time-frequency domain to support an overlapping transmission mode for the user terminal. When the terminal requests a data rate higher than or equal to a predetermined reference value, a codebook having a predetermined number or more may be used. When the user terminal requests a data rate lower than or equal to a predetermined reference value, a codebook of a predetermined number or less may be used.
상기 사용자 단말기에 동적으로 할당된 SCMA 코드북에 기반하여 SCMA 부호화를 수행하는 단계는, 상기 각 데이터 레이어 간 간섭을 고려하여 레이어 연산을 도출하는 단계를 포함할 수 있다. Performing SCMA encoding based on the SCMA codebook dynamically allocated to the user terminal may include deriving a layer operation in consideration of interference between the data layers.
상기 각 데이터 레이어에 대응하는 SCMA 코드북에 기반하여 SCMA 부호화를 수행하는 단계는, 고정된 순열 함수의 튜플에 기초하여 회전 위상의 튜플을 결정하는 단계; 상기 회전 위상의 튜플을 결정하기 위하여 계산되는 메트릭의 곱에 기초하여 순열 함수의 튜플을 결정하는 단계; 및 상기 결정된 순열 함수에 대하여 상기 결정된 회전 위상 튜플을 레이어 연산으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다. Performing SCMA encoding based on the SCMA codebook corresponding to each data layer comprises: determining a tuple of rotation phase based on a tuple of a fixed permutation function; Determining a tuple of permutation functions based on a product of the metric calculated to determine the tuple of the rotational phase; And determining, by the layer operation, the determined rotation phase tuple with respect to the determined permutation function.
사용자 단말에 의한 데이터 중첩 전송을 수행하는 상향링크 SCMA 시스템에 있어서, 상기 사용자 단말기에게 SCMA 코드북을 동적으로 할당하는 할당부; 상기 사용자 단말기에 동적으로 할당된 SCMA 코드북에 기반하여 SCMA 부호화를 수행하는 부호화부; 상기 SCMA 부호화를 수행함에 따라 상기 각 데이터 레이어에 대응하는 SCMA 코드북에 기반하여 SCMA 부호어를 식별하는 식별부; 및 상기 식별된 SCMA 부호어를 중첩하여 기지국으로 전송하는 송수신부를 포함할 수 있다. An uplink SCMA system for performing data overlapping transmission by a user terminal, comprising: an allocator for dynamically allocating an SCMA codebook to the user terminal; An encoder for performing SCMA encoding based on an SCMA codebook dynamically allocated to the user terminal; An identification unit for identifying an SCMA codeword based on the SCMA codebook corresponding to each data layer as the SCMA encoding is performed; And a transmitter / receiver for transmitting the identified SCMA codewords to the base station.
상기 부호화부는, 상기 사용자 단말기에 동적으로 할당된 SCMA 코드북을 적어도 하나 이상의 데이터 레이어에 매핑함에 따라 각 데이터 레이어를 통하여 전송되는 이진 벡터(b j )로부터 모신호성좌를 생성하고, 상기 생성된 모신호성좌에 기초하여 출력된 각 데이터 레이어에 대응하는 복소 다차원 심볼을 스프레딩(spreading) 하고, 상기 스프레딩된 복소 다차원 심볼로 구성된 코드북을 각 데이터 레이어에 설정된 레이어 연산에 따라 SCMA 부호어로 출력할 수 있다. The encoder generates a mother signal locus from a binary vector b j transmitted through each data layer by mapping an SCMA codebook dynamically allocated to the user terminal to at least one data layer, and generates the mother signal. Spreading a complex multidimensional symbol corresponding to each data layer output based on the constellation, and outputting a codebook composed of the spread complex multidimensional symbols according to a layer operation set in each data layer. .
상기 송수신부는, 상기 사용자 단말기가 동일한 안테나를 통하여 전송되는 중첩된 SCMA 부호어들이 동일한 채널을 통과할 수 있다. The transceiver may allow overlapping SCMA codewords transmitted by the user terminal through the same antenna to pass through the same channel.
상기 할당부는, 상기 사용자 단말에 중첩 전송 모드를 지원하기 위하여 상기 사용자 단말기에게 특정 시간-주파수 영역에 대하여 적어도 하나 이상의 코드북을 할당하는 것을 포함하고, 상기 사용자 단말기가 기 설정된 기준 이상의 전송률을 요구할 경우, 기 설정된 개수 이상의 코드북을 이용하고, 상기 사용자 단말기가 기 설정된 기준 이하의 전송률을 요구할 경우, 기 설정된 개수 이하의 코드북을 이용할 수 있다. The allocator may include assigning at least one codebook to a specific time-frequency region to the user terminal in order to support an overlapping transmission mode to the user terminal. If a codebook with a predetermined number or more is used and the user terminal requests a data rate less than or equal to a preset reference, a codebook with a predetermined number or less may be used.
상기 부호화부는, 상기 각 데이터 레이어 간 간섭을 고려하여 레이어 연산을 도출할 수 있다. The encoder may derive a layer operation in consideration of the interference between the data layers.
상기 부호화부는, 고정된 순열 함수의 튜플에 기초하여 회전 위상의 튜플을 결정하고, 상기 회전 위상의 튜플을 결정하기 위하여 계산되는 메트릭의 곱에 기초하여 순열 함수의 튜플을 결정하고, 상기 결정된 순열 함수에 대하여 상기 결정된 회전 위상 튜플을 레이어 연산으로 결정할 수 있다. The encoder determines a tuple of a rotational phase based on a tuple of a fixed permutation function, determines a tuple of the permutation function based on a product of a metric calculated to determine the tuple of the rotational phase, and determines the determined permutation function. The determined rotation phase tuple may be determined by a layer operation.
SCMA 부호화 장치에 있어서, 적어도 하나의 프로세서(processor)와, 상기 적어도 하나의 프로세서와 기능적으로 연결된(operatively coupled to) 적어도 하나의 송수신부(transceiver)를 포함하고, 상기 적어도 하나의 프로세서는, 사용자 단말기에 동적으로 할당된 SCMA 코드북을 적어도 하나 이상의 데이터 레이어에 매핑함에 따라 각 데이터 레이어를 통하여 전송되는 이진 벡터(b j )에 대하여 모신호성좌를 생성하는 과정; 상기 생성된 모신호성좌에 기초하여 출력된 각 데이터 레이어에 대응하는 복소 다차원 심볼을 스프레딩(spreading) 하는 과정; 및 상기 스프레딩된 복소 다차원 심볼로 구성된 코드북을 각 데이터 레이어에 설정된 레이어 연산에 따라 SCMA 부호어로 출력하는 과정을 포함할 수 있다. An SCMA encoding apparatus, comprising: at least one processor, and at least one transceiver operatively coupled to the at least one processor, wherein the at least one processor comprises: a user terminal Generating a mother signal locus for the binary vector b j transmitted through each data layer by mapping the SCMA codebook dynamically allocated to the at least one data layer; Spreading a complex multi-dimensional symbol corresponding to each data layer output based on the generated mother signal locus; And outputting a codebook consisting of the spread complex multi-dimensional symbols according to a layer operation set in each data layer.
상기 스프레딩된 복소 다차원 심볼로 구성된 코드북을 각 데이터 레이어에 설정된 레이어 연산에 따라 SCMA 부호어로 출력하는 과정은, 상기 각 데이터 레이어 간 간섭을 고려하여 레이어 연산을 도출하는 과정을 포함할 수 있다. The outputting of the codebook composed of the spread complex multi-dimensional symbols by the SCMA codeword according to the layer operation set in each data layer may include deriving a layer operation in consideration of the interference between the data layers.
상기 스프레딩된 복소 다차원 심볼로 구성된 코드북을 각 데이터 레이어에 설정된 레이어 연산에 따라 SCMA 부호어로 출력하는 과정은, 고정된 순열 함수의 튜플에 기초하여 회전 위상의 튜플을 결정하고, 상기 회전 위상의 튜플을 결정하기 위하여 계산되는 메트릭의 곱에 기초하여 순열 함수의 튜플을 결정하고, 상기 결정된 순열 함수에 대하여 상기 결정된 회전 위상 튜플을 레이어 연산으로 결정하는 과정을 포함할 수 있다.
The process of outputting a codebook composed of the spread complex multidimensional symbols according to a layer operation set for each data layer may include determining a tuple of a rotation phase based on a tuple of a fixed permutation function and tuple of the rotation phase. The method may include determining a tuple of a permutation function based on a product of a metric calculated to determine a value, and determining the determined rotation phase tuple by a layer operation with respect to the determined permutation function.
일 실시예에 따른 상향링크 SCMA 시스템은 전체 가용 코드북 수 대비 적은 수의 활성 사용자 단말기에 대하여 전체 코드북 자원 및 데이터 레이어를 효율적으로 배분하고 활용함으로써 시스템 자원 사용의 효율을 증대시킬 수 있다. The uplink SCMA system according to an embodiment can increase the efficiency of system resource usage by efficiently allocating and utilizing the entire codebook resource and data layer for a small number of active user terminals compared to the total number of available codebooks.
일 실시예에 따른 상향링크 SCMA 시스템은 물리적 다중 접속 자원(시간, 주파수, 안테나)을 추가적으로 사용하지 않으면서도 코드북을 활용한 중첩 전송을 통하여 사용자 단말기의 전송률을 향상시킬 수 있다. The uplink SCMA system according to an embodiment can improve the transmission rate of a user terminal through overlapping transmission using a codebook without additionally using physical multiple access resources (time, frequency, antenna).
일 실시예에 따른 상향링크 SCMA 시스템은 중첩 전송에 기반하여 설계된 코드북을 적용함으로써 데이터 레이어 간 간섭을 효과적으로 제거할 수 있다. The uplink SCMA system according to an embodiment may effectively remove interference between data layers by applying a codebook designed based on overlapping transmission.
일 실시예에 따른 상향링크 SCMA 시스템은 코드북 상에서의 중첩 전송은 상향링크에 대한 송/수신단에 추가적으로 큰 오버헤드를 발생시키지 않는다.
In the uplink SCMA system according to an embodiment, the overlapping transmission on the codebook does not incur a large overhead additionally to the transmitter / receiver for uplink.
도 1은 상향링크 SCMA 시스템의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 SCMA 부호화기의 구성 및 부호화 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 코드북 상에서 중첩 전송을 지원하는 다중 접속 자원 구조 및 다중 접속 동작의 예이다.
도 4는 일 실시예에 따른 상향링크 SCMA 시스템의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 상향링크 SCMA 시스템의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 상향링크 SCMA 시스템에서 상향링크 SCMA 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 상향링크 SCMA 시스템에서 코드북을 생성하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 상향링크 SCMA 시스템에서 코드북 레이어간 간섭 제거를 비교한 그래프이다.
도 9는 일 실시예에 따른 상향링크 SCMA 시스템의 전송률을 비교한 그래프이다. 1 is a view for explaining the operation of the uplink SCMA system.
2 is a view for explaining the configuration and encoding process of the SCMA encoder.
3 is an example of a multiple access resource structure and multiple access operation supporting overlapping transmission on a codebook according to one embodiment.
4 is a diagram illustrating an operation of an uplink SCMA system according to an embodiment.
5 is a block diagram illustrating a configuration of an uplink SCMA system according to an embodiment.
6 is a flowchart illustrating an uplink SCMA method in an uplink SCMA system according to an embodiment.
7 is a flowchart illustrating a method of generating a codebook in an uplink SCMA system according to an embodiment.
8 is a graph comparing interference cancellation between codebook layers in an uplink SCMA system according to an embodiment.
9 is a graph comparing transmission rates of an uplink SCMA system according to an embodiment.
이하, 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
Hereinafter, exemplary embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 상향링크 SCMA 시스템의 동작을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining the operation of the uplink SCMA system.
도 1에서 일반적인 상향링크 SCMA 시스템의 동작을 설명하기로 한다. 일례로, J(J는 자연수)개의 데이터 레이어를 지원하는 상량링크 SCMA 시스템을 고려한다. 통상적으로 하나의 전송 안테나를 통하여 단일 데이터 스트림이 전송된다. 종래의 기술에서는 각 데이터에 레이어를 통하여 단일 데이터 스트림이 전송 가능함을 가정한다. 이에 따라 사용자 단말기(UE)는 보유한 송신 안테나의 수만큼 데이터 스트림을 최대로 전송할 수 있다. An operation of a general uplink SCMA system will be described in FIG. 1. As an example, consider a content link SCMA system supporting J (J is a natural number) data layers. Typically, a single data stream is transmitted through one transmit antenna. In the prior art, it is assumed that a single data stream can be transmitted through a layer for each data. Accordingly, the UE can transmit the maximum number of data streams by the number of transmit antennas held.
1≤j≤J 번째 데이터 레이어를 통하여 전송되는 벡터 b j 는 길이가 단위인 이진 벡터이다. SCMA 부호화(SCMA encoding)은 이진 벡터 b j 로부터 SCMA 코드북의 원소인 부호화 x j 로의 사상/맵핑(mapping)을 의미한다. 다시 말해서, 1≤j≤J 번째 SCMA 코드북은 X j ⊂C K , SCMA 코드북의 크기는 M=| X j |, SCMA 부호어의 길이는 K, SCMA 부호어 x j ∈ X j 는 'sparse'하다는 특징을 갖는다. 이때, d J 는 K개의 0이 아닌 원소를 가지고, 반대로, (K-d J )개의 원소는 0으로 채워진 형태로 구성될 수 있다.1 ≤ j ≤ vector b j transmitted through the J th data layer has a length Binary vector as a unit. SCMA encoding means mapping / mapping from binary vector b j to encoding x j , which is an element of the SCMA codebook. In other words, 1≤ j ≤ J th SCMA codebook is X j ⊂C K , SCMA codebook is M = | X j |, SCMA codeword length is K , The SCMA codeword x j ∈ X j is characterized as being 'sparse'. In this case, d J has K non-zero elements, on the contrary, ( K − d J ) elements may be configured to be filled with zeros.
SCMA 보호어의 전력은 1로 설정됨을 가정한다(). Assume that the power of the SCMA protector is set to 1 ( ).
SMMA 코드북의 구조는 다음과 같이 정의된 정수 집합에 의하여 설명이 가능하다. 1≤j≤J 번째 데이터 레이어가 사용하는 무선 자원의 인덱스 집합은 , 1≤k≤K번째 무선 자원을 사용하는 데이터 레이어의 인덱스 집합은 와 같이 나타낼 수 있다. The structure of an SMMA codebook can be described by a set of integers defined as follows: 1≤ j ≤ index set of radio resources used by the J th data layer , The index set of the data layer using the
시스템 자원의 효율은(Resource utilization efficiency)은 상향 링크 SCMA 시스템에 주어진 전체 코드북 자원 대비 실제 사용되는 자원의 비율을 의미할 수 있으며, 전체 코드북의 수 J 개에 대하여 실제 접속된 활성 UE(active UE)의 수를 U<J 로 정의하고, 종래 시스템에 대한 자원 사용 효율을 U/J 로 표현 가능하다. The resource utilization efficiency may refer to a ratio of resources actually used to total codebook resources given to the uplink SCMA system, and is actually connected to an active UE for the number J of the total codebooks. The number of times may be defined as U < J , and the resource use efficiency of the conventional system may be expressed as U / J.
도 2는 SCMA 부호화기의 구성 및 부호화 과정을 설명하기 위한 도면이다. (d J = 2, M=4, K=4).2 is a view for explaining the configuration and encoding process of the SCMA encoder. ( d J = 2, M = 4, K = 4).
SCMA 부호화기(SCMA encoder)는 데이터 레이어에 할당된 고유의 코드북에 기반하여 이진 벡터 b j 로부터 SCMA 부호어 x j 로의 맵핑을 수행한다. 일례로, SCMA 부호화 과정을 다음의 세 단계로 구분함으로써 준최적 코드북이 설계될 수 있다. SCMA encoder performs mapping from binary vector b j to SCMA codeword x j based on a unique codebook assigned to the data layer. For example, a suboptimal codebook can be designed by dividing the SCMA encoding process into three steps.
단계 1: 모신호성좌 맵핑(mother constellation mapping)- 복소 다차원 신호성좌(complex-domain multidimensional constellation)을 설계하고 이진 입력에 대한 복소 다차원 심볼을 출력Step 1: Mother constellation mapping-Design complex-domain multidimensional constellation and output complex multidimensional symbols for binary input
단계 2: 자원 맵핑(resource mapping)- 데이터 레이어에 할당된 무선 자원에 모신호성좌 심볼을 spreading Step 2: resource mapping-spreading parent signal locus symbols to radio resources assigned to the data layer
단계 3: 레이어 연산 (layer-specific operation)- 데이터 레이어에 할당된 고유의 연산을 적용하여 데이터 레이어 별로 서로 다른 부호어 심볼을 출력
Step 3: layer-specific operation-outputs a different codeword symbol for each data layer by applying a unique operation assigned to the data layer
단계 1에서 모신호성좌 맵핑 함수()는 길이가 인 이진 벡터 의 입력에 대하여 복소 차원 신호성좌 심볼을 출력하는 함수이다.In
예를 들면, 과 같이 나타낼 수 있다.For example, It can be expressed as
단계 2에서 번째 자원 맵핑 행렬()은 차원 복소 심볼을 K-차원 벡터 v j 로 변환하도록 0과 1로만 구성된 행렬을 의미한다(). 맵핑 행렬에서 모든 원소가 0으로 구성된 () 개의 행을 제거 시 크기가 인 항등 행렬(identity matrix)이 되는 특징을 가지고, 각 데이터 레이어에는 고유의 자원 맵핑 행렬이 할당된다. In
예를 들면, 일 때, 와 같이 나타낼 수 있다.For example, when, Can be expressed as:
단계 3에서 수행되는 번째 레이어 연산은 단계 1에서 이미 설계된 모신호성좌의 특성을 변화시키지 않는 유니터리 연산(unitary operation)으로서 자원 맵핑 출력 에 대한 순열(permutation) 및 위상 회전(phase rotation) 연산을 고려한다. 를 구성하는 0이 아닌 원소에 대한 순열 함수 를 로 정의하고, 순서 집합(ordered set) 에 대하여 원소의 순서가 변경된 순서 집합 를 고려하고, 에 대하여 순열 함수 는 의 맵핑을 수행할 수 있다. 예를 들면, 와 같이 나타낼 수 있다. 또한, 각 원소에 대한 위상 회전을 고려할 수 있다. 위상에 대한 K- 튜플은 , 정수 에 대하여 위상의 후보 집합 W를 다음과 같이 정의할 수 있다.Performed in
K- 튜플 의 번째 원소를 로 정의할 수 있다. 이에 따라 SCMA 부호화기의 최종 출력인 부호어의 번째 원소를 다음과 같이 표현할 수 있다. K -tuple of Element Can be defined as Accordingly, the codeword as the final output of the SCMA encoder The second element can be expressed as
도 4는 일 실시예에 따른 상향링크 SCMA 시스템의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 4 is a diagram illustrating an operation of an uplink SCMA system according to an embodiment.
상향 링크의 초연결 UE를 지원하기 위하여 물리적 자원(시간, 주파수, 안테나) 이외에 코드북, 공간, 전력, 인터리버 등의 추가적인 자원의 활용이 중요한 추세이다. 실시예에서는 상향 링크 SCMA 시스템에 대하여 코드북 자원을 효율적으로 활용함으로써 사용자 단말기(UE)의 중첩 전송을 통하여 다양한 범위의 전송률을 지원 가능한 송신 동작을 설명하기로 한다. 구체적으로, 전체 가용 코드북 수 대비 적은 수의 활성 사용자 단말기에 대하여 전체 코드북 자원 및 데이터 레이어를 효율적으로 배분하고 활용함으로써 시스템 자원의 사용 효율을 증가시키는 방법을 설명하기로 한다. 또한, 물리적 다중 접속 자원(시간, 주파수, 안테나)을 추가적으로 사용하지 않으면서도 많은 수의 데이터 스트림을 중첩하여 동시에 전송함으로써 각 사용자 단말기의 전송률을 향상시키는 방법을 설명하기로 한다. The use of additional resources such as codebook, space, power, interleaver, etc. in addition to physical resources (time, frequency, antenna) is an important trend to support uplink superconnected UE. In the embodiment, a transmission operation capable of supporting various ranges of transmission rates through overlapping transmission of a UE by efficiently utilizing codebook resources for an uplink SCMA system will be described. Specifically, a method of increasing the use efficiency of system resources by efficiently allocating and utilizing entire codebook resources and data layers for a small number of active user terminals compared to the total number of available codebooks will be described. In addition, a method of improving the transmission rate of each user terminal by simultaneously transmitting a large number of data streams without additionally using physical multiple access resources (time, frequency, antenna) will be described.
도 3을 참고하면, 코드북 상에서 중첩 전송을 지원하는 다중 접속 자원 구조 및 다중 접속 동작의 예이다. Referring to FIG. 3, it is an example of a multiple access resource structure and a multiple access operation supporting overlapping transmission on a codebook.
상향링크 SCMA 시스템은 중첩 전송을 지원한다. 다중 접속 자원이란 상향링크 SCMA 시스템에서 고려하는 기본 자원 단위로서, 시간, 주파수 및 코드북으로 구성될 수 있다. 이때, 특정 시간-주파수 영역에 대하여 동일한 크기의 복수 개의 코드북 J개가 분할되어 있을 수 있다.The uplink SCMA system supports overlapping transmission. The multiple access resource is a basic resource unit considered in the uplink SCMA system and may be configured of time, frequency, and codebook. In this case, a plurality of J codebooks of the same size may be divided for a specific time-frequency domain.
상향링크 SCMA 시스템은 사용자 단말기(UE)의 중첩 전송 모드를 지원하기 위하여 사용자 단말기가 특정 시간-주파수 영역에 대하여 복수의 코드북 자원을 점유 가능하도록 제어한다. 이때, 기 설정된 기준 이상의 전송률을 요구하는 사용자 단말기는 다수의 다중 접속 자원을 활용하기 위하여 기 설정된 개수 이상의 코드북을 활용하고, 기 설정된 기준 이하의 전송률을 요구하는 사용자 단말기는 기 설정된 개수 이하의 코드북을 활용할 수 있다. 실시예에서는 종래의 기술에서 사용자 단말기가 단일 다중 접속 자원(코드북)을 사용하여 기지국(BS)와 통신하는 상황이었음을 가정한다. The uplink SCMA system controls the user terminal to occupy a plurality of codebook resources in a specific time-frequency region in order to support the overlapped transmission mode of the user terminal (UE). In this case, a user terminal requesting a transmission rate higher than or equal to a predetermined reference may utilize more than a predetermined number of codebooks in order to utilize a plurality of multiple access resources, and a user terminal requesting a transmission rate lower than or equal to a predetermined reference may use a codebook equal to or less than a preset number. It can be utilized. In the embodiment, it is assumed in the prior art that the user terminal communicates with the base station BS using a single multiple access resource (codebook).
모든 데이터 레이어를 통하여 전송 가능한 부호어를 열로서 구성하는 행렬 을 정의한다. Matrix consisting of codewords that can be transmitted through all data layers as columns Define.
번째 사용자 단말기에게 할당된 데이터 레이어의 인덱스를 원소로 갖는 집합 을 정의한다. u번째 사용자 단말기에 대하여 의 크기를 로 표기한다(). 모든 사용자 단말기에게 할당된 데이터 레이어의 수를 표현하기 위하여 U-튜플을 로 정의한다. Set whose elements have the indices of the data layers allocated to the first user terminal Define. About u th user terminal Size It is written as ( ). U -tuples are used to represent the number of data layers allocated to all user terminals. Defined as
일례로, 코드북 할당 및 분배의 예를 아래와 같이 나타낼 수 있다. 예를 들면, 모든 에 대하여 L u =L로써 동일한 경우(uniform allocation),As an example, an example of codebook allocation and distribution may be shown as follows. For example, all If L u = L, then uniform allocation,
■ K=4, d J =2, J=6,U=1, L=6■ K = 4, d J = 2 , J = 6, U = 1, L = 6
■ K=4, d J =2, J=6,U=3, L=2 (orthogonally allocated) K = 4, d J = 2 , J = 6, U = 3, L = 2 (orthogonally allocated)
■ K=4, d J =2, J=6,U=2, L=3■ K = 4, d J = 2 , J = 6, U = 2, L = 3
또 다른 예로서, 각각의 사용자 단말기가 서로 다른 수의 레이어를 할당받는 경우(non-uniform allocation),As another example, when each user terminal is assigned a different number of layers (non-uniform allocation),
총 U개의 사용자 단말은 전체 J개의 데이터 레이어를 최대한 활용하여 정보를 전송할 수 있다. 종래의 기술에서 사용자 단말기는 송신 안테나 수만큼의 데이터 레이어만을 이용하는 것이 가능하였으나, 실시예는 중첩 전송을 고려하므로 사용자 단말기는 보유한 송신 안테나보다 많은 수의 데이터 레이어를 활용할 수 있다.A total of U user terminals may transmit information by fully utilizing the entire J data layers. In the prior art, the user terminal may use only as many data layers as the number of transmit antennas, but since the embodiment considers overlapping transmission, the user terminal may utilize more data layers than the transmit antennas held.
도 4를 참고하면, 일 실시예에 따른 상향링크 SCMA 시스템은 코드북 상에서 중첩 전송을 수행할 수 있다. Referring to FIG. 4, the uplink SCMA system according to an embodiment may perform overlapping transmission on a codebook.
사용자 단말기(User Equipment, UE)(110)는 모바일 스테이션(Mobile Station, MS), AMS(Advanced Mobile Station) 등 이동 또는 고정형의 사용자단 기기를 통칭하는 것을 가정한다. 또한, 기지국은 Node B, eNode B, Base Station, AP(Access Point) 등 단말과 통신하는 네트워크 단의 임의의 노드를 통칭하는 것을 가정한다. 중계기는 릴레이 노드(Relay Node, RN), 릴레이 스테이션(Relay Station, RS), 릴레이 등으로 호칭될 수도 있다.It is assumed that a user terminal (UE) 110 collectively refers to a mobile or fixed user terminal device such as a mobile station (MS) and an advanced mobile station (AMS). In addition, it is assumed that the base station collectively refers to any node of the network side that communicates with the terminal such as a Node B, an eNode B, a Base Station, and an Access Point (AP). The repeater may be referred to as a relay node (RN), a relay station (RS), a relay, or the like.
상량링크 SCMA 시스템에서 사용자 단말기(User Equipment)(110)는 기지국으로부터 하향링크(Downlink)를 통해 정보를 수신할 수 있으며, 사용자 단말기는 또한 상향링크(Uplink)를 통해 정보를 전송할 수 있다. 사용자 단말기(110)가 전송 또는 수신하는 정보로는 데이터 및 다양한 제어 정보가 있으며, 사용자 단말기(110)가 전송 또는 수신하는 정보의 종류 용도에 따라 다양한 물리 채널이 존재할 수 있다. In the uplink SCMA system, the
SCMA 부호화기(111)는 데이터 레이어에 할당된 고유의 코드북에 기반하여 이진벡터로부터 SCMA 부호어로의 맵핑을 수행할 수 있다. The
모듈레이터(Modulator)는 예를 들면, 직교 진폭 변조(QAM: Quadrature amplitude modulation), 직교 주파수 분할(OFDM: Orthogonal frequency division multiplexing)을 수행할 수 있다. The modulator may perform quadrature amplitude modulation (QAM) and orthogonal frequency division multiplexing (OFDM), for example.
상향링크 SCMA 시스템은 각 데이터 레이어에 대응되는 SCMA 부호어를 중첩하더라도 각 데이터 레이어에 할당된 고유의 코드북을 통하여 수신단에서 중첩된 부호어를 식별할 수 있다.Although the uplink SCMA system overlaps SCMA codewords corresponding to each data layer, the uplink SCMA system can identify the overlapped codewords through a unique codebook assigned to each data layer.
번째 사용자 단말기는 할당된 개의 데이터 레이어에 대한 부호어를 중첩하여 전송할 수 있다. User terminal is assigned Codewords for two data layers may be overlapped and transmitted.
중첩된 부호어(중첩 부호어)는 단일 변조기를 통하여 변조된 후 단일 송신 안테나를 통하여 전송될 수 있다. 이때, 각 사용자 단말기는 단일 송신 안테나를 통하여 P의 전력으로써 중첩 부호어 를 전송할 수 있다. 다시 말해서, 중첩된 개의 부호어는 동일한 전력으로써 전송됨을 의미한다.The superimposed codeword (nested codeword) may be modulated via a single modulator and then transmitted via a single transmit antenna. At this time, each user terminal is a superimposed codeword as the power of P through a single transmit antenna Can be transmitted. In other words, nested Codewords are transmitted with the same power.
상향링크 SCMA 시스템에서는 동일 송신 안테나를 통하여 전송되는 중첩된 부호어들이 동일 채널을 통과한다. 이때, 개의 부호어가 공통적으로 통과하는 주파수 영역 채널을 로 정의할 수 있다.In an uplink SCMA system, overlapped codewords transmitted through the same transmit antenna pass through the same channel. At this time, Frequency domain channel through which two codewords pass in common Can be defined as
모든 부호어가 동기화되어 수신됨을 가정한다면, 주파수 영역의 수신 신호 y는 다음과 같이 표현될 수 있다.Assuming that all codewords are received in synchronization, the received signal y in the frequency domain may be expressed as follows.
여기서 n은 AWGN 벡터로서 각 원소가 평균 0, 분산 을 가지는 정규 분포를 따른다. Where n is the AWGN vector where each element has an average of 0 and variance Follow a normal distribution with
기지국(BS)는 수신 신호 y와 채널 벡터 을 기반으로 종래의 다중 사용자 단말기 검출 기법을 동일하게 적용할 수 있으며, 각 데이터 레이어를 통하여 전송된 사용자 단말기의 정보를 검출할 수 있다. 종래의 수신기는 모든 SCMA 부호어가 서로 다른 채널을 통과하였음을 고려하였으나, 실시예에서는 , 의 성질을 이용하여 종래의 수신기를 동일하게 활용 가능하다. The base station BS receives the received signal y and the channel vector. Based on the above, the conventional multi-user terminal detection technique may be applied in the same manner, and information of the user terminal transmitted through each data layer may be detected. The conventional receiver considered that all SCMA codewords passed through different channels, but in the embodiment , By using the properties of the conventional receiver can be utilized in the same way.
도 7은 일 실시예에 따른 상향링크 SCMA 시스템에서 코드북을 생성하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 7 is a flowchart illustrating a method of generating a codebook in an uplink SCMA system according to an embodiment.
상향링크 SCMA 시스템은 중첩 전송 기반의 전송률 향상을 극대화하는 SCMA 코드북을 설계할 수 있다. 상향링크 SCMA 시스템은 SCMA 부호화 과정에서 주어진 모신호성좌 및 자원 맵핑에 대하여 최적의 레이어 연산을 설계함으로써 중첩 전송에 따른 데이터 레이어 간 간섭을 제어할 수 있다. The uplink SCMA system can design an SCMA codebook that maximizes transmission rate improvement based on overlapping transmission. The uplink SCMA system can control interference between data layers due to overlapping transmission by designing an optimal layer operation for a given mother signal locus and resource mapping in the SCMA encoding process.
이때, 순열 함수에 대한 J-튜플을 , 회전 위상 튜플에 대한 J-튜플을 , 모든 데이터 레이어에 대하여 자원 맵핑 출력을 열로서 구성하는 행렬을 로 정의할 수 있다. At this point, we need to add the J -tuple , J -tuple for rotating phase tuple For every data layer, we construct a matrix of resource mapping outputs as columns. Can be defined as
또한, 서로 다른 행렬 V와 V에 대하여 코드북 특성을 표현하는 주요 파라미터를 정리하기로 한다. Squared product distance를 , 번째 자원에 대한 dimension-wise distance를 로 표현할 수 있다. 집합 는 dimension-wise distance가 0이 아닌 자원의 인덱스를 원소로 갖는 집합으로서 과 같이 표현할 수 있다. 여기서, 의 크기는 에 존재할 수 있다.In addition, the main parameters representing the codebook characteristics for different matrices V and V will be summarized. Squared product distance , Dimension-wise distance for the first resource Can be expressed as set Is a set whose elements are indices of resources whose dimension-wise distance is nonzero. It can be expressed as here, The size of May exist in
기지국에서 ML 검출 기법을 적용한다고 가정할 때, 높은 SNR() 영역에서의 상향링크 SCMA 시스템의 BER 의 상한 값은 다음과 같이 유도될 수 있다.Assuming that the base station applies ML detection, high SNR ( BER of Uplink SCMA System in The upper limit of can be derived as follows.
이때, V와 V 간의 이진 해밍 거리는 이고, 는 다음의 식으로 계산되며 squared product distance에 대한 함수임. 즉, squared product distance가 큰 코드북을 설계함으로써 의 값이 커질 수 있다.In this case, the binary hamming distance between V and V is ego, Is a function of squared product distance That is, by designing a codebook with a large squared product distance Can increase the value of.
상기 상한 값에 대하여 설명하기로 한다. ①의 식은 주어진 모신호성좌에 의하여 결정되는 항이고, ②와 ③의 식은 데이터 레이어 간 간섭에 의하여 발생되는 항으로써 ②의 항이 ③의 항 대비 전체 상한 값에 큰 영향을 주므로 ②의 항을 최소화하는 관점의 레이어 연산 설계 문제를 고려한다. 또한, ②의 항을 계산하는데 고려되는 오류 사건의 집합 E를 다음과 같이 정의할 수 있다.The upper limit value will be described. The formula of ① is the term determined by the given parent signal locus, and the
②의 항을 다음과 같이 앞에 기재된 것과 다르게 표현할 수 있다.The
코드북을 설계하는 예를 설명하기로 한다.An example of designing a codebook will be described.
단계(710)에서 상향링크 SCMA 시스템은 ②의 항에 대한 상한을 최소화하는 데이터 레이어 연산 과 을 다음의 식으로써 최적화시킬 수 있다.In step 710, the uplink SCMA system computes a data layer that minimizes the upper limit for term and Can be optimized by the equation
710에서 상향링크 SCMA 시스템은 레이어 간 간섭을 발생 시키는 주요 오류 사건의 집합에 대하여 최소 weighted squared product distance를 최대화하는 레이어 연산을 도출할 수 있다. At 710, the uplink SCMA system can derive a layer operation that maximizes the minimum weighted squared product distance for a set of major error events causing inter-layer interference.
또한, 코드북을 설계하는 다른 예를 설명하기로 한다.In addition, another example of designing a codebook will be described.
상향링크 SCMA 시스템은 Squared product distance를 구성하는 인수들을 각각 최대화하는 관점에서 다음의 최적화 단계를 고려할 수 있다. The uplink SCMA system may consider the following optimization step in terms of maximizing each of the factors constituting the squared product distance.
단계(711)에서 상향링크 SCMA 시스템은 고정된 순열 함수의 튜플 에 대하여 최소 weighted dimension-wise distance가 최대화되는 관점에서 회전 위상의 튜플을 결정할 수 있다.In
이때 계산되는 메트릭을 다음의 함수로써 정의할 수 있다.The metric calculated at this time can be defined as the following function.
단계(712)에서 상향링크 SCMA 시스템은 모든 에 대하여 단계711을 반복 후, 계산된 메트릭의 곱을 최대화하는 관점에서 최적의 순열 함수의 튜플을 결정할 수 있다. In
단계(713)에서 상향링크 SCMA은 단계 712에서 결정된 순열 함수 에 대하여 미리 결정된 회전 위상 튜플을 최적의 레이어 연산 으로서 결정할 수 있다.In
일 실시예에 따른 상향링크 SCMA 시스템은 코드북 상에서의 중첩 전송은 상향 링크에 대한 송/수신단에 추가적으로 큰 오버헤드를 발생시키지 않는다. 구체적으로, 상향링크 채널에 대한 부가적 채널 정보를 요구하지 않으며, 송신단에서 생성된 SCMA 부호어에 대한 덧셈 연산 이외에 채널 부호화기(channel encoder), QAM/OFDM 변조기(modulator) 등의 추가적인 장치를 요구하지 않으며, 종래의 수신단 장치의 구조를 변화 시키지 않는다. In the uplink SCMA system according to an embodiment, the overlapping transmission on the codebook does not incur a large overhead additionally to the transmitting / receiving end for the uplink. Specifically, it does not require additional channel information for the uplink channel, and does not require an additional device such as a channel encoder or a QAM / OFDM modulator in addition to the addition operation for the SCMA codeword generated at the transmitter. It does not change the structure of the conventional receiving end device.
도 5는 일 실시예에 따른 상향링크 SCMA 시스템의 구성을 설명하기 위한 블록도이고, 도 6은 일 실시예에 따른 상향링크 SCMA 시스템에서 상향링크 SCMA 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 5 is a block diagram illustrating a configuration of an uplink SCMA system according to an embodiment, and FIG. 6 is a flowchart illustrating an uplink SCMA method in an uplink SCMA system according to an embodiment.
상향링크 SCMA 시스템(100)은 할당부(510), 부호화부(520), 식별부(530) 및 송수신부(540)를 포함할 수 있다. 이러한 상향링크 SCMA 시스템의 구성은 일 예로서 도시한 것일 뿐, 사업자의 의도나 실시 예들에 따라 하나의 유닛이 세부 유닛들로 분할되거나, 적어도 하나의 유닛이 다른 유닛들과 통합될 수도 있다. 또한, 상향링크 SCMA 시스템의 구성요소들은 도 6의 상향링크 SCMA 방법이 포함하는 단계들(610 내지 640)을 수행하도록 상향링크 SCMA 시스템을 제어할 수 있다. The
단계(610)에서 할당부(510)는 사용자 단말기에게 SCMA 코드북을 동적으로 할당할 수 있다. 할당부(510)는 사용자 단말에 중첩 전송 모드를 지원하기 위하여 상기 사용자 단말기에게 특정 시간-주파수 영역에 대하여 적어도 하나 이상의 코드북을 할당할 수 있다. In
단계(620)에서 부호화부(520)는 사용자 단말기에 동적으로 할당된 SCMA 코드북에 기반하여 SCMA 부호화를 수행할 수 있다. 부호화부(520)는 사용자 단말기에 동적으로 할당된 SCMA 코드북을 적어도 하나 이상의 데이터 레이어에 매핑함에 따라 각 데이터 레이어에 대응하는 SCMA 코드북에 기반하여 SCMA 부호화를 수행할 수 있다. 부호화부(520)는 각 데이터 레이어를 통하여 전송되는 이진 벡터(b j )로부터 SCMA 코드북의 원소인 SCMA 부호어(x j )로의 맵핑을 수행할 수 있다. 구체적으로, 부호화부(520)는 사용자 단말기에 동적으로 할당된 SCMA 코드북을 적어도 하나 이상의 데이터 레이어에 매핑함에 따라 각 데이터 레이어를 통하여 전송되는 이진 벡터(b j )로부터 모신호성좌를 생성하고, 상기 생성된 모신호성좌에 기초하여 출력된 각 데이터 레이어에 대응하는 복소 다차원 심볼을 스프레딩(spreading)하고, 상기 스프레딩된 복소 다차원 심볼로 구성된 코드북을 각 데이터 레이어에 설정된 레이어 연산에 따라 SCMA 부호어로 출력할 수 있다.In
단계(630)에서 식별부(530)는 SCMA 부호화를 수행함에 따라 각 데이터 레이어에 대응하는 SCMA 코드북에 기반하여 SCMA 부호어를 식별할 수 있다.In
단계(640)에서 송수신부(540)는 식별된 SCMA 부호어를 중첩하여 기지국으로 전송할 수 있다. 송수신부(540)는 사용자 단말기가 동일한 안테나를 통하여 전송되는 중첩된 SCMA 부호어들이 동일한 채널을 통과할 수 있다. In
도 8은 일 실시예에 따른 상향링크 SCMA 시스템에서 코드북 레이어간 간섭 제거를 비교한 그래프이다. 8 is a graph comparing interference cancellation between codebook layers in an uplink SCMA system according to an embodiment.
상향링크 SCMA 시스템은 자원 사용 효율이 로 표현될 수 있다. 만약, 모든 데이터 레이어가 사용자 단말기에게 할당 및 분배된다면 상향링크 시스템에 주어진 가용 자원을 100% 활용 가능함을 의미한다. Uplink SCMA system has high resource usage efficiency. It can be expressed as. If all data layers are allocated and distributed to user terminals, it means that 100% of available resources given to the uplink system can be utilized.
도 8을 참고하면, Conventional codebooks은 종래의 코드북을 일 실시예에 따른 상향링크 SCMA에 적용하였을 때의 BER을 나타낸 것이고, Single-layer BER은 간섭이 전혀 없는 환경에서 동일한 전력으로 데이터 전송 시의 BER을 나타낸 것이다. 상향링크 SCMA 시스템에 서로 다른 코드북을 적용한 경우의 BER을 비교하면, (a), (b) , (c) 이다.Referring to FIG. 8, Conventional codebooks represent BERs when a conventional codebook is applied to an uplink SCMA according to an embodiment, and a single-layer BER is a BER for data transmission at the same power in an environment without interference. It is shown. Comparing the BER when different codebooks are applied to the uplink SCMA system, (a) , (b) , (c) to be.
실시예에서 제안된 코드북을 적용한 경우 BER이 10-5 일 때를 기준으로 종래의 코드북을 적용하였을 때 대비 2~3 dB의 SNR 이득을 획득할 수 있다. 또한, 높은 SNR 영역에서 간섭이 전혀 없는 환경의 BER로 수렴함을 관찰함으로써 설계된 코드북의 적용이 데이터 레이어 간 간섭의 제어에 매우 효과적이다. When the codebook proposed in the embodiment is applied, an SNR gain of 2 to 3 dB can be obtained compared to when the conventional codebook is applied based on a BER of 10 -5 . In addition, the application of the designed codebook by observing the convergence to the BER of the environment where there is no interference in the high SNR region is very effective in controlling the interference between data layers.
도 9는 일 실시예에 따른 상향링크 SCMA 시스템의 전송률을 비교한 그래프이다. 9 is a graph comparing transmission rates of an uplink SCMA system according to an embodiment.
일 실시예에 따른 상향링크 SCMA 시스템을 LTE 시스템에 상에서 동작하여 시스템의 평균 전송률을 관측하고, 1/3, 1/2, 2/3의 부호율을 갖는 LTE 터보 부호 적용하여 4 개의 자원 블록(resource block) 전송을 가정하며, 의 코드북 자원 할당/분배의 경우를 고려한다. Operating the uplink SCMA system according to an embodiment on the LTE system to observe the average data rate of the system, and applied to the LTE turbo code having a code rate of 1/3, 1/2, 2/3 four resource blocks ( resource block) Consider the case of codebook resource allocation / distribution.
도 9에서 Conv. SCMA은 종래의 상향링크 SCMA 시스템이고, Prop. SCMA w/ Conv. CBs은 실시예에 따른 상향링크 SCMA시스템에서 종래의 코드북을 적용한 경우를 의미한다. 이에 따라, 일 실시예에 따른 상향링크 SCMA 시스템을 통하여 설계된 코드북을 적용한 시스템의 전송률 평가 결과는 (a) 1/3 LTE 터보 부호 적용 시, (b) 1/2 LTE 터보 부호 적용 시, (c) 2/3 LTE 터보 부호 적용 시와 같이 나타날 수 있다.Conv. SCMA is a conventional uplink SCMA system, Prop. SCMA w / Conv. CBs means a case where a conventional codebook is applied to an uplink SCMA system according to an embodiment. Accordingly, the rate evaluation result of the system applying the codebook designed through the uplink SCMA system according to an embodiment is (a) when applying 1/3 LTE turbo code, (b) when applying 1/2 LTE turbo code, (c ) It may appear as when 2/3 LTE turbo code is applied.
이에 따라 상향링크 SCMA 시스템에서 중첩 전송을 적용하는 경우 최대 전송률이 기존 대비 3배까지 달성 가능하며, 실시예에서 설계된 코드북을 활용하는 경우 종래의 코드북을 사용할 때 대비 추가적으로 최대 (a) 48 %, (b) 76 %, (c) 74 %의 전송률 향상 가능하게 된다. Accordingly, when the overlapped transmission is applied in the uplink SCMA system, the maximum data rate can be achieved up to 3 times as compared to the conventional one.In the case of using the codebook designed in the embodiment, the maximum transmission rate is additionally increased by 48%, (a). b) 76%, (c) 74% can be improved.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The apparatus described above may be implemented as a hardware component, a software component, and / or a combination of hardware components and software components. For example, the devices and components described in the embodiments are, for example, processors, controllers, arithmetic logic units (ALUs), digital signal processors, microcomputers, field programmable gate arrays (FPGAs). Can be implemented using one or more general purpose or special purpose computers, such as a programmable logic unit (PLU), a microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. The processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. The processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to the execution of the software. For the convenience of understanding, a processing device may be described as one being used, but a person skilled in the art will appreciate that the processing device includes a plurality of processing elements and / or a plurality of types of processing elements. It can be seen that it may include. For example, the processing device may include a plurality of processors or one processor and one controller. In addition, other processing configurations are possible, such as parallel processors.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of the above, and configure the processing device to operate as desired, or process it independently or collectively. You can command the device. Software and / or data may be any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device in order to be interpreted by or to provide instructions or data to the processing device. It can be embodied in. The software may be distributed over networked computer systems so that they may be stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored on one or more computer readable recording media.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. The method according to the embodiment may be embodied in the form of program instructions that can be executed by various computer means and recorded in a computer readable medium. The computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. The program instructions recorded on the media may be those specially designed and constructed for the purposes of the embodiments, or they may be of the kind well-known and available to those having skill in the computer software arts. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tape, optical media such as CD-ROMs, DVDs, and magnetic disks, such as floppy disks. Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine code generated by a compiler, but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.Although the embodiments have been described by the limited embodiments and the drawings as described above, various modifications and variations are possible to those skilled in the art from the above description. For example, the described techniques may be performed in a different order than the described method, and / or components of the described systems, structures, devices, circuits, etc. may be combined or combined in a different form than the described method, or other components. Or even if replaced or substituted by equivalents, an appropriate result can be achieved.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are within the scope of the claims that follow.
Claims (15)
상기 사용자 단말기에게 SCMA 코드북을 동적으로 할당하는 단계;
상기 사용자 단말기에 동적으로 할당된 SCMA 코드북에 기반하여 SCMA 부호화를 수행하는 단계;
상기 SCMA 부호화를 수행함에 따라 상기 각 데이터 레이어에 대응하는 SCMA 코드북에 기반하여 SCMA 부호어를 식별하는 단계; 및
상기 식별된 SCMA 부호어를 중첩하여 기지국으로 전송하는 단계
를 포함하고,
상기 사용자 단말기에게 SCMA 코드북을 동적으로 할당하는 단계는,
상기 사용자 단말에 중첩 전송 모드를 지원하기 위하여 상기 사용자 단말기에게 특정 시간-주파수 영역에 대하여 적어도 하나 이상의 코드북을 할당하며, 상기 사용자 단말기가 기 설정된 기준 이상의 전송률을 요구할 경우, 기 설정된 개수 이상의 코드북을 이용하고, 상기 사용자 단말기가 기 설정된 기준 이하의 전송률을 요구할 경우, 기 설정된 개수 이하의 코드북을 이용하는 단계
를 포함하고,
상기 사용자 단말기에 동적으로 할당된 SCMA 코드북에 기반하여 SCMA 부호화를 수행하는 단계는,
1)BER의 상한값에 대하여 유도된 식() 중 ② 항에 대한 상한을 최소화하는을 통하여 데이터 레이어 간 간섭을 제어하기 위한 레이어 연산을 결정하는 방식에 기초하여 코드북을 설계 또는 2)자원 맵핑 출력을 구성하는 0이 아닌 원소에 대하여 고정된 순열 함수의 튜플에 기초하여 상기 자원 맵핑 출력을 구성하는 각 원소의 회전 위상에 대한 회전 위상의 튜플을 결정하고, 상기 회전 위상의 튜플을 결정하기 위하여 계산되는 메트릭의 곱에 기초하여 순열 함수의 튜플을 결정하고, 상기 결정된 순열 함수 및 상기 결정된 순열 함수에 대하여 결정된 회전 위상 튜플을 데이터 레이어 간 간섭을 제어하기 위한 레이어 연산으로 결정하는 방식에 기초하여 코드북을 설계하며,
상기 사용자 단말기에 동적으로 할당된 SCMA 코드북을 적어도 하나 이상의 데이터 레이어에 매핑함에 따라 각 데이터 레이어를 통하여 전송되는 이진 벡터(b j )로부터 모신호성좌를 생성하고, 상기 생성된 모신호성좌에 기초하여 출력된 각 데이터 레이어에 대응하는 복소 다차원 심볼을 각 데이터 레이어에 할당된 자원 맵핑 행렬에 스프레딩(spreading) 하고, 상기 복소 다차원 심볼로 구성된 코드북을 각 데이터 레이어에 설정된 레이어 연산에 따라 SCMA 부호어로 출력하는 단계
를 포함하고,
상기 식별된 SCMA 부호어를 중첩하여 기지국으로 전송하는 단계는,
상기 사용자 단말기가 동일한 안테나를 통하여 전송되는 중첩된 SCMA 부호어들이 동일한 채널을 통과하는 단계
를 포함하고,
상기 회전 위상의 튜플을 에 기초하여 결정하고,
상기 회전 위상의 튜플을 결정하기 위하여 계산되는 메트릭이 로 정의되고,
상기 순열 함수의 튜플이 메트릭 곱을 최대화하는 에 의해 결정되고,
자원 맵핑 행렬은, 복소 다차원 심볼을 K-차원에 대한 벡터인 자원 맵핑 출력으로 변환하도록 구성되고,
자원 맵핑 출력을 구성하는 0이 아닌 원소에 대한 순열 함수에 대한 튜플을 , 상기 자원 맵핑 행렬을 구성하는 각 원소의 회전 위상에 대한 튜플을 , 데이터 레이어에 대하여 자원 맵핑 출력을 열로서 구성하는 행렬을()로 정의하고,
서로 다른 행렬 V와 V에 대한 Squared product distance를 , 번째 자원에 대한 dimension-wise distance를 로 표현하고,
집합 는 dimension-wise distance가 0이 아닌 자원의 인덱스를 원소로 갖는 집합으로서 로 표현하고, 의 크기는 에 존재하고,
V와 V 간의 이진 해밍 거리는 인
상향링크 SCMA 시스템에서 중첩 전송 방법.In the uplink SCMA system, in the data overlapping transmission method by the user terminal,
Dynamically allocating an SCMA codebook to the user terminal;
Performing SCMA encoding based on the SCMA codebook dynamically allocated to the user terminal;
Identifying an SCMA codeword based on an SCMA codebook corresponding to each data layer as the SCMA encoding is performed; And
Superimposing the identified SCMA codewords and transmitting them to a base station
Including,
Dynamically allocating a SCMA codebook to the user terminal,
In order to support the overlapped transmission mode to the user terminal, at least one codebook is allocated to the user terminal in a specific time-frequency region, and when the user terminal requests a transmission rate higher than or equal to a preset criterion, a codebook of a predetermined number or more is used. And using the codebook of a predetermined number or less when the user terminal requests a transmission rate of a predetermined reference or less.
Including,
Performing SCMA encoding based on the SCMA codebook dynamically allocated to the user terminal,
1) Derivation of the upper limit of BER ( To minimize the upper limit for ② 2) design the codebook based on a method of determining a layer operation for controlling the inter-layer data interference through 2) outputting the resource mapping based on a tuple of a fixed permutation function for nonzero elements constituting the resource mapping output. Determine a tuple of rotational phases with respect to the rotational phase of each element constituting an element, determine a tuple of the permutation function based on a product of the metric calculated to determine the tuple of the rotational phase, and determine the determined permutation function and the determined The codebook is designed based on the method of determining the rotation phase tuple determined for the permutation function by the layer operation for controlling the inter-data layer interference.
A mother signal locus is generated from a binary vector b j transmitted through each data layer by mapping an SCMA codebook dynamically allocated to the user terminal to at least one data layer, and based on the generated mother signal locus. Spread a complex multidimensional symbol corresponding to each output data layer into a resource mapping matrix allocated to each data layer, and output a codebook composed of the complex multidimensional symbols as an SCMA codeword according to a layer operation set in each data layer. Steps to
Including,
Superimposing the identified SCMA codeword and transmitting to the base station,
Steps for superimposing SCMA codewords transmitted through the same antenna by the user terminal through the same channel
Including,
The tuple of the rotating phase To make a decision based on
The metric calculated to determine the tuple of the rotational phase is Defined as
The tuple of the permutation function maximizes the metric product Determined by
The resource mapping matrix is configured to convert the complex multidimensional symbol into a resource mapping output that is a vector for the K-dimensional,
Tuples for permutation functions for nonzero elements that make up the resource mapping output. , A tuple for the rotational phase of each element constituting the resource mapping matrix For a data layer, a matrix consisting of resource mapping outputs as columns ( ),
Squared product distances for different matrices V and V , Dimension-wise distance for the first resource Expressed as
set Is a set whose elements are indices of resources whose dimension-wise distance is nonzero. Expressed as The size of Exist in,
The binary hamming distance between V and V sign
Nested transmission method in the uplink SCMA system.
상기 사용자 단말기에 동적으로 할당된 SCMA 코드북에 기반하여 SCMA 부호화를 수행하는 단계는,
상기 각 데이터 레이어 간 간섭을 고려하여 레이어 연산을 도출하는 단계
를 포함하는 상향링크 SCMA 시스템에서 중첩 전송 방법.The method of claim 1,
Performing SCMA encoding based on the SCMA codebook dynamically allocated to the user terminal,
Deriving a layer operation in consideration of the interference between the data layers
Nested transmission method in an uplink SCMA system comprising a.
상기 사용자 단말기에게 SCMA 코드북을 동적으로 할당하는 할당부;
상기 사용자 단말기에 동적으로 할당된 SCMA 코드북에 기반하여 SCMA 부호화를 수행하는 부호화부;
상기 SCMA 부호화를 수행함에 따라 상기 각 데이터 레이어에 대응하는 SCMA 코드북에 기반하여 SCMA 부호어를 식별하는 식별부; 및
상기 식별된 SCMA 부호어를 중첩하여 기지국으로 전송하는 송수신부
를 포함하고,
상기 할당부는,
상기 사용자 단말에 중첩 전송 모드를 지원하기 위하여 상기 사용자 단말기에게 특정 시간-주파수 영역에 대하여 적어도 하나 이상의 코드북을 할당하고, 상기 사용자 단말기가 기 설정된 기준 이상의 전송률을 요구할 경우, 기 설정된 개수 이상의 코드북을 이용하고, 상기 사용자 단말기가 기 설정된 기준 이하의 전송률을 요구할 경우, 기 설정된 개수 이하의 코드북을 이용하는 것을 포함하고,
상기 부호화부는,
1)BER의 상한값에 대하여 유도된 식() 중 ② 항에 대한 상한을 최소화하는을 통하여 데이터 레이어 간 간섭을 제어하기 위한 레이어 연산을 결정하는 방식에 기초하여 코드북을 설계 또는 2)자원 맵핑 출력을 구성하는 0이 아닌 원소에 대하여 고정된 순열 함수의 튜플에 기초하여 상기 자원 맵핑 출력을 구성하는 각 원소의 회전 위상에 대한 회전 위상의 튜플을 결정하고, 상기 회전 위상의 튜플을 결정하기 위하여 계산되는 메트릭의 곱에 기초하여 순열 함수의 튜플을 결정하고, 상기 결정된 순열 함수 및 상기 결정된 순열 함수에 대하여 결정된 회전 위상 튜플을 데이터 레이어 간 간섭을 제어하기 위한 레이어 연산으로 결정하는 방식에 기초하여 코드북을 설계하며,
상기 사용자 단말기에 동적으로 할당된 SCMA 코드북을 적어도 하나 이상의 데이터 레이어에 매핑함에 따라 각 데이터 레이어를 통하여 전송되는 이진 벡터(b j )로부터 모신호성좌를 생성하고, 상기 생성된 모신호성좌에 기초하여 출력된 각 데이터 레이어에 대응하는 복소 다차원 심볼을 각 데이터 레이어에 할당된 자원 맵핑 행렬에 스프레딩(spreading) 하고, 상기 복소 다차원 심볼로 구성된 코드북을 각 데이터 레이어에 설정된 레이어 연산에 따라 SCMA 부호어로 출력하는 것을 포함하고,
상기 송수신부는,
상기 사용자 단말기가 동일한 안테나를 통하여 전송되는 중첩된 SCMA 부호어들이 동일한 채널을 통과하는 것을 포함하고,
상기 회전 위상의 튜플을 에 기초하여 결정하고,
상기 회전 위상의 튜플을 결정하기 위하여 계산되는 메트릭이 로 정의되고,
상기 순열 함수의 튜플이 메트릭 곱을 최대화하는 에 의해 결정되고,
자원 맵핑 행렬은, 복소 다차원 심볼을 K-차원에 대한 벡터인 자원 맵핑 출력으로 변환하도록 구성되고,
자원 맵핑 출력을 구성하는 0이 아닌 원소에 대한 순열 함수에 대한 튜플을 , 상기 자원 맵핑 행렬을 구성하는 각 원소의 회전 위상에 대한 튜플을 , 데이터 레이어에 대하여 자원 맵핑 출력을 열로서 구성하는 행렬을()로 정의하고,
서로 다른 행렬 V와 V에 대한 Squared product distance를 , 번째 자원에 대한 dimension-wise distance를 로 표현하고,
집합 는 dimension-wise distance가 0이 아닌 자원의 인덱스를 원소로 갖는 집합으로서 로 표현하고, 의 크기는 에 존재하고,
V와 V 간의 이진 해밍 거리는 인
상향링크 SCMA 시스템.In an uplink SCMA system performing data overlapping transmission by a user terminal,
An allocator for dynamically allocating an SCMA codebook to the user terminal;
An encoder for performing SCMA encoding based on an SCMA codebook dynamically allocated to the user terminal;
An identification unit for identifying an SCMA codeword based on the SCMA codebook corresponding to each data layer as the SCMA encoding is performed; And
Transmitter and receiver to superimpose the identified SCMA codeword and transmit to the base station
Including,
The allocation unit,
In order to support the overlapped transmission mode to the user terminal, at least one codebook is allocated to the user terminal in a specific time-frequency region, and when the user terminal requests a transmission rate higher than or equal to a preset criterion, a codebook of a predetermined number or more is used. And, if the user terminal requires a transmission rate of less than the predetermined reference, including using a codebook of a predetermined number or less,
The encoder,
1) Derivation of the upper limit of BER ( To minimize the upper limit for ② 2) design the codebook based on a method of determining a layer operation for controlling the inter-layer data interference through 2) outputting the resource mapping based on a tuple of a fixed permutation function for nonzero elements constituting the resource mapping output. Determine a tuple of rotational phases with respect to the rotational phase of each element constituting an element, determine a tuple of the permutation function based on a product of a metric calculated to determine the tuple of the rotational phase, and determine the determined permutation function and the determined The codebook is designed based on the method of determining the rotation phase tuple determined for the permutation function by a layer operation to control the inter-data interference.
A mother signal locus is generated from a binary vector b j transmitted through each data layer by mapping the SCMA codebook dynamically allocated to the user terminal to at least one data layer, and based on the generated mother signal locus. Spread a complex multidimensional symbol corresponding to each output data layer into a resource mapping matrix allocated to each data layer, and output a codebook composed of the complex multidimensional symbols as an SCMA codeword according to a layer operation set in each data layer. Including doing it,
The transceiver unit,
The overlapping SCMA codewords transmitted through the same antenna by the user terminal pass through the same channel,
The tuple of the rotating phase To make a decision based on
The metric calculated to determine the tuple of the rotational phase is Defined as
The tuple of the permutation function maximizes the metric product Determined by
The resource mapping matrix is configured to convert the complex multidimensional symbol into a resource mapping output that is a vector for the K-dimensional,
Tuples for permutation functions for nonzero elements that make up the resource mapping output. , A tuple for the rotational phase of each element constituting the resource mapping matrix For a data layer, a matrix consisting of resource mapping outputs as columns ( ),
Squared product distances for different matrices V and V , Dimension-wise distance for the first resource Expressed as
set Is a set whose elements are indices of resources whose dimension-wise distance is nonzero. Expressed as The size of Exist in,
The binary hamming distance between V and V sign
Uplink SCMA System.
상기 부호화부는,
상기 각 데이터 레이어 간 간섭을 고려하여 레이어 연산을 도출하는
것을 특징으로 하는 상향링크 SCMA 시스템.The method of claim 7, wherein
The encoder,
Deriving a layer operation in consideration of the interference between each data layer
Uplink SCMA system, characterized in that.
적어도 하나의 프로세서(processor)와,
상기 적어도 하나의 프로세서와 기능적으로 연결된(operatively coupled to) 적어도 하나의 송수신부(transceiver)를 포함하고,
상기 적어도 하나의 프로세서는,
사용자 단말기에 동적으로 할당된 SCMA 코드북을 적어도 하나 이상의 데이터 레이어에 매핑함에 따라 각 데이터 레이어를 통하여 전송되는 이진 벡터(b j )에 대하여 모신호성좌를 생성하는 과정;
상기 생성된 모신호성좌에 기초하여 출력된 각 데이터 레이어에 대응하는 복소 다차원 심볼을 각 데이터 레이어에 할당된 자원 맵핑 행렬에 스프레딩(spreading) 하는 과정; 및
상기 복소 다차원 심볼로 구성된 코드북을 각 데이터 레이어에 설정된 레이어 연산에 따라 SCMA 부호어로 출력하는 과정
을 포함하고,
상기 복소 다차원 심볼로 구성된 코드북을 각 데이터 레이어에 설정된 레이어 연산에 따라 SCMA 부호어로 출력하는 과정은,
1)BER의 상한값에 대하여 유도된 식() 중 ② 항에 대한 상한을 최소화하는을 통하여 데이터 레이어 간 간섭을 제어하기 위한 레이어 연산을 결정하는 과정 또는 2)자원 맵핑 출력을 구성하는 0이 아닌 원소에 대하여 고정된 순열 함수의 튜플에 기초하여 상기 자원 맵핑 출력을 구성하는 각 원소의 회전 위상에 대한 회전 위상의 튜플을 결정하고, 상기 회전 위상의 튜플을 결정하기 위하여 계산되는 메트릭의 곱에 기초하여 순열 함수의 튜플을 결정하고, 상기 결정된 순열 함수 및 상기 결정된 순열 함수에 대하여 결정된 회전 위상 튜플을 데이터 레이어 간 간섭을 제어하기 위한 레이어 연산으로 결정하는 과정을 포함하고,
상기 회전 위상의 튜플을 에 기초하여 결정하고,
상기 회전 위상의 튜플을 결정하기 위하여 계산되는 메트릭이 로 정의되고,
상기 순열 함수의 튜플이 메트릭 곱을 최대화하는 에 의해 결정되고,
자원 맵핑 행렬은, 복소 다차원 심볼을 K-차원에 대한 벡터인 자원 맵핑 출력으로 변환하도록 구성되고,
자원 맵핑 출력을 구성하는 0이 아닌 원소에 대한 순열 함수에 대한 튜플을 , 상기 자원 맵핑 행렬을 구성하는 각 원소의 회전 위상에 대한 튜플을 , 데이터 레이어에 대하여 자원 맵핑 출력을 열로서 구성하는 행렬을()로 정의하고,
서로 다른 행렬 V와 V에 대한 Squared product distance를 , 번째 자원에 대한 dimension-wise distance를 로 표현하고,
집합 는 dimension-wise distance가 0이 아닌 자원의 인덱스를 원소로 갖는 집합으로서 로 표현하고, 의 크기는 에 존재하고,
V와 V 간의 이진 해밍 거리는 인
SCMA 부호화 장치.In the SCMA encoder,
At least one processor,
At least one transceiver operatively coupled to the at least one processor,
The at least one processor,
Generating a mother signal locus for the binary vector b j transmitted through each data layer by mapping the SCMA codebook dynamically allocated to the user terminal to at least one data layer;
Spreading a complex multidimensional symbol corresponding to each data layer output based on the generated mother signal locus into a resource mapping matrix allocated to each data layer; And
Outputting a codebook consisting of the complex multidimensional symbols into an SCMA codeword according to a layer operation set for each data layer
Including,
The process of outputting the codebook consisting of the complex multi-dimensional symbols by the SCMA codeword according to the layer operation set in each data layer,
1) Derivation of the upper limit of BER ( To minimize the upper limit for ② Determining a layer operation for controlling the interference between data layers through 2) or 2) each element constituting the resource mapping output based on a tuple of a fixed permutation function for nonzero elements constituting the resource mapping output. Determine a tuple of rotational phases relative to the rotational phase, determine a tuple of permutation functions based on a product of the metric calculated to determine the tuple of the rotational phases, and determine the rotations determined for the determined permutation function and the determined permutation function Determining a phase tuple by a layer operation for controlling interference between data layers;
The tuple of the rotating phase To make a decision based on
The metric calculated to determine the tuple of the rotational phase is Defined as
The tuple of the permutation function maximizes the metric product Determined by
The resource mapping matrix is configured to convert the complex multidimensional symbol into a resource mapping output that is a vector for the K-dimensional,
Tuples for permutation functions for nonzero elements that make up the resource mapping output. , A tuple for the rotational phase of each element constituting the resource mapping matrix For a data layer, a matrix consisting of resource mapping outputs as columns ( ),
Squared product distances for different matrices V and V , Dimension-wise distance for the first resource Expressed as
set Is a set whose elements are indices of resources whose dimension-wise distance is nonzero. Expressed as The size of Exist in,
The binary hamming distance between V and V sign
SCMA encoder.
상기 복소 다차원 심볼로 구성된 코드북을 각 데이터 레이어에 설정된 레이어 연산에 따라 SCMA 부호어로 출력하는 과정은,
상기 각 데이터 레이어 간 간섭을 고려하여 레이어 연산을 도출하는 과정
을 포함하는 SCMA 부호화 장치.The method of claim 13,
The process of outputting the codebook consisting of the complex multi-dimensional symbols by the SCMA codeword according to the layer operation set in each data layer,
Deriving a layer operation in consideration of the interference between the data layers
SCMA encoding apparatus comprising a.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020180014366A KR102049652B1 (en) | 2018-02-06 | 2018-02-06 | Superposition transmission for uplink scma systems and codebook design thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020180014366A KR102049652B1 (en) | 2018-02-06 | 2018-02-06 | Superposition transmission for uplink scma systems and codebook design thereof |
Publications (2)
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KR20190094798A KR20190094798A (en) | 2019-08-14 |
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ID=67621843
Family Applications (1)
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- 2018-02-06 KR KR1020180014366A patent/KR102049652B1/en active IP Right Grant
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3gpp R1-162155* |
3gpp R1-162226* |
3gpp R1-162385* |
임승찬 외 2명, '낮은 비트 에러율을 가지는 SCMA 부호화 기법', 2016 한국통신학회 하계종합학술발표회 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN110166385A (en) * | 2019-05-24 | 2019-08-23 | 武汉虹信通信技术有限责任公司 | A kind of method for generating codebooks and device |
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