CN102130746B - 多点协作传输系统中的网络编码反馈方法 - Google Patents
多点协作传输系统中的网络编码反馈方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种多点协作传输系统中的网络编码反馈方法,属于通信技术领域。将需要反馈的信息(如PMI信息)和自身固定要发送的信息(如RS信息)先进行网络编码再发送出去。引入网络编码思想在保持现有上行链路传送开销不变的情况下同时传送反馈信息。由于网络编码后的发送信息序列仍具有较好的互相关性和自相关性,在接收端通过相关检测并寻找最小欧式距离的方法得到PMI信息,本发明以系统需要传输的SRS信息为载体,将自身需要反馈的信息通过网络编码的方式隐藏在网络编码后的SRS序列中,通过减小甚至消除反馈开销来提高传输有效性,有效提高系统吞吐量。
Description
技术领域
本发明涉及一种通信系统中的反馈传输方案,具体涉及一种在保持系统传输可靠性基础下降低系统反馈开销的网络编码反馈方法,属于通信技术领域。
背景技术
在多点协作传输(CoMP)系统中,反馈方案的设计对系统性能有非常大的影响,各种隐式反馈、显示反馈和基于SRS(Sounding RS)的反馈方案是目前各大公司讨论的热点。在各种反馈方案的设计过程中,反馈开销是非常重要的考虑因素,需要在尽量降低反馈开销的前提下保持反馈方案性能尽量少的退化,比如隐式反馈方案中,一般把反馈信息限制在有限个比特的预编码向量索引或码本索引。
但无论如何压缩反馈量,反馈信息都需要单独传送,这无疑会增加额外的反馈负担。那么能否在保持现有上行链路传送开销不变的情况下同时传送反馈信息呢?
基于网络编码的反馈可以解决这一问题。在反馈过程中,用户终端(UE)将需要反馈的信息(如PMI信息)跟自身固定要发送的信息(如RS信息)做网络编码后发送出去,接收端解码后可分离出原发送信息和反馈的信息。
LTE物理层定义了两种上行RS:
(1)解调RS(DMRS:Demodulation RS),主要用于信道估计中的相干解调;
(2)探测RS(SRS:Sounding RS),不与上行数据和控制传输相关联,用于确定信道质量,从而在上行链路中进行频率选择性调度。
目前多采用具有衡包络零自相关(Constant Amplitude Zero Auto-Correlation,CAZAC)特性的序列作为上行参考信号(DMRS/SRS)序列,DMRS随着数据或者控制信息一起发送,其资源位置(时间和频率)由相应的共享信道或者控制信道所确定。而上行Sounding参考信号的发送与上行物理信道无关,是独立的上行信道,根据预定义的周期,终端在需要进行信道测量的频域位置上进行发送。本发明讨论的网络编码是指UE端将PMI跟SRS做网络编码后得到序列 SRS ePMI′,并将其反馈给eNB(基站)端;eNB收到后对所有PMI情况下的网络编码做比较后得出SRS ePMI′,并得出原PMI信息。
发明内容
针对CoMP系统中现有反馈方案反馈开销较大的问题,本发明提出了一种在不失系统可靠性前提下,可以很大程度降低(甚至完全消除)反馈开销的网络编码反馈方法。为了提高系统有效性,降低反馈开销,本发明引进网络编码思想,在UE处将线性编码后的PMI′序列与SRS序列进行模2异或运算。
基站eNB1和eNB2同时为用户UE服务。在一次下行链路传输之后,UE除了需要发送eNB1的导频信息(即SRS序列),还要将eNB2链路的PMI信息反馈给eNB1。已知UE待发射的SRS序列集合中有N种由不同根指数产生的SRS序列,相互之间完全正交。
为了实现上述目的,本发明的技术方案所述多点协作传输系统中的网络编码反馈方法,包括以下步骤:
步骤1,将用户UE的2k个可能需要反馈给eNB1的eNB2链路的PMI信息进行线性分组编码,即将2k个k比特的PMIi(i=0,1,..,2k-1)进行线性分组编码,映射为2k个长度L比特的长序列,记为PMI′i;L是SRS序列的长度;
例如当k=4时,PMIi共有16个,i从0到15取值;每次用户UE传输的肯定是这16个中的一个PMIi,k是根据系统性能要求预先设定的,k越长,PMIi携带的信息就越多;
步骤2,按照下式将步骤1获得的每个PMI′i和用户UE待发射的SRS序列集合里每个SRS序列进行网络编码:
所述SRS序列集合包括N个SRS序列,每个SRS序列的长度都是L,即和PMI′i的长度相等,每次传输只需传送一个SRS序列,长度L由实际系统要求确定;
此处所述网络编码运算⊙是对两个二进制的序列进行异或运算,得到网络 编码后的新的“01”序列。
做为优选,此处所述的SRS序列是用户UE待发送的eNB1的导频信息。
所述用户UE待发射的SRS序列集合中有N种由不同根指数产生的SRS序列,相互之间完全正交。
步骤3,用户UE根据当前需要反馈给eNB1的eNB2链路的PMIq,以及当前待发射的SRS序列,从步骤2建立的码表中查找所对应的网络编码码字 并将这个 经过调制后向eNB1发送出去,eNB1接收并存储为序列 其中,q为0到2k-1中任意一个整数(含边界),即与i取值范围相同;这种情况在通信双方可以保持同步(即发射端也能调用步骤2建立的码表)时可以节省很大的计算量,不用每次发射都进行编码和异或运算,直接查表就可以得到对应的网络编码码字
或者在UE处将PMIi进行线性分组编码获得PMI′q序列,再将PMI′q与当前待发射的SRS序列进行如步骤2所述的网络编码,生成 并将这个 经过调制后向eNB1发送出去,eNB1接收并存储为序列 这种情况适用于通信双方无法可以保持同步(即发射端不能调用步骤2建立的码表)的系统。
式中S为步骤2建立的网络编码后的码字集合, 为Frobenius范数的平方—这里是把 和 当作向量来处理的。上面公式实际就是要在集合S中这N×2k个可能的网络编码码字中寻找一个与 序列欧式距离最近的网络编码,即两者作差运算后得到的序列向量模值最小。其中 唯一对应集合S中N×2k个网络编码码字的一个,找到这个使范数平方最小的网络编码就意味着同时找到了用户UE实际发送的PMIq序列和SRS序列;
步骤5,确定 以后,根据步骤2建立的码表(即所有可能的SRS序列和所有可能的PMI′i序列异或运算得到的网络编码码字表)找到对应的SRS和 PMI′q。由于事先对PMIi做的是线性分组编码,所以找到码表中的码字PMI′q以后只需要取分组码字PMI′q的前k位即为PMIq。
作为优选的方案,步骤1中,待进行线性分组编码的k位PMI信息是根据实际系统需要传输的信息决定的,但如何将k位PMI序列映射(即线性编码)到L位的PMI′i序列却有不同的映射编码规则。本发明通过计算机搜索,获得了将2k个k位PMI序列的每一个k位PMI序列映射编码成L位的PMI′i序列的最佳的映射编码规则。搜索的原则是按照此映射编码规则,使得需要传输的k位PMI信息序列进行步骤1所述的线性分组编码后,再与SRS进行网络编码所得到的码字 应具有良好的自相关性和互相关性,当保证网络编码码字仍具有较好的自相关性和互相关性时,可以利用码字集合S中的 按照传统方法在受到干扰的接收信号,即下式中的信号Y(小区发射信号时会对周围邻小区接收信号形成干扰)中提取出匹配基站的信号进行分析,得到信道状态信息。下面从理论上说明本发明提出的网络编码反馈方法具有实际可操作性,能够用来区分不同用户的信号。
一般在某个小区的接收端,信号会受到其它不同小区的干扰,用Y表示接收信号,共有n个小区,Xj表示第j个小区发射的信号,网络编码码字 即PMI′me SRSj,表示第j个小区的识别序列,其中PMI′m为需要反馈的PMI序列进行线形分组编码后的序列,m∈{0,1,2,...,2k-1},SRSj为未进行网络编码前的完全正交的SRS序列,j∈{1,2,...,n};不同 序列之间具有良好的自相关性和互相关性(如附图5所示),利用这种性质为不同的基站找到自己的匹配信号。
在第j个基站处,为了提取出第j个小区发射的信号Xj,由网络编码码字的自相关性和互相关性,因此只需对接收信号Y做异或运算,即
对比现有技术,本发明的有益效果在于,通信源端在保持信息传输可靠性的前提下,通过减小甚至消除反馈开销来提高传输有效性。网络编码思想的引入能在保持现有上行链路传送开销不变的情况下同时传送反馈信息。由于网络编码后的发送信息序列仍具有较好的互相关性和自相关性,在接收端可以通过相关检测并寻找最小欧式距离的办法得到PMI信息,以后进一步可以由接收到的加噪信息序列和未加噪的信源发送信息序列得到信道质量估计值。本发明以 系统原本就需要传输的SRS信息为载体,将自身需要反馈的信息通过网络编码的方式隐藏在网络编码后的SRS序列中,能减小或完全消除(由PMI序列相对于SRS序列的长度决定)传统反馈方案中无法避免的反馈负担,从而有效提高系统吞吐量。
附图说明
图1为本发明选用的基于网络编码的反馈模型图;
图2为本发明设计的CoMP系统网络编码反馈方案;
图3为本发明通过计算机搜索到的编码后有较好互相关性的PMI′i码本图;
图4为本发明方案下得到的PMI解码错误率图;
具体实施方式
为使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,下面将结合附图对本发明的实施例进行详细描述。本实施例在以发明技术方案为前提进行实施,给出了详细实施方式和具体操作过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如附图1所示,基站eNB1和eNB2同时为用户UE服务(本发明只限于两个基站服务一个UE的情况,且两个基站同时为UE服务,不分先后时序,两个不同传输只占用一个时隙,可以提高系统吞吐量,这正是本专利提出方案的优势所在)。在一次下行链路传输之后,UE除了需要发送eNB1的导频信息(即SRS序列),还要将eNB2链路的PMI信息反馈给eNB1。已知UE待发射的SRS序列集合中有N种由不同根指数产生的SRS序列,相互之间完全正交。
如上所述UE每次需要传输一个k位的PMIi序列和一个SRS序列,本发明要做的就是找出用户UE传输的这个PMIi和相应的SRS;可能的PMIi序列有2k种,通过将所有PMIi序列对应的网络编码结果与接收到的序列一一比较,和哪个最相似,就认为是哪个PMIi,即传输的PMIi序列对于接收端来说是不知道的,接收端只知道所有可能的情况,采取一一比较的方式找到最有可能的结果作为最终的解。
在通信系统中,信源除了要传输信宿所需要的信息外,还需要反馈自身特有的信息。现有的显式反馈,隐式反馈或是基于SRS(Sounding RS)的反馈方案,无论如何压缩反馈量,反馈信息都需要单独传送,这无疑会增加额外的反 馈负担。而网络编码思想的引入能在保持现有上行链路传送开销不变的情况下同时传送反馈信息。具体方法是将需要反馈的信息(如PMI信息)和自身固定要发送的信息(如RS信息)先进行网络编码再发送出去。由于网络编码后的发送信息序列仍具有较好的互相关性和自相关性,在接收端可以通过相关检测并寻找最小欧式距离的办法得到PMI信息(如图2所示)。
本发明讨论的网络编码是指UE端将PMI跟SRS做网络编码后得到序列SRSe PMI′,并将其反馈给eNB(基站)端;eNB收到后对所有PMI情况下的网络编码做比较后得出SRS ePMI′,并得出原PMI信息。
值得注意的是,由于需要传输的PMI信息序列长度和SRS序列长度不同,在两者作网络编码操作之前必须将相对较短的PMI序列映射为与SRS序列等长的序列PMI′,使得映射后的PMI′与SRS序列作网络编码后得到的SRS′序列具有很好的互相关特性。为了在接收端能简单的提取出原始的PMI信息,本发明采用系统的线性分组码来实现从PMI序列到PMI′的一一映射,具体通过计算机搜索的办法找到能满足网络编码后有较好互相关特性的PMI′码。从初步的仿真结果可以发现,把PMI信息跟SRS序列做网络编码后,在接收端可以很好地复原出反馈信息PMI。
不失一般性,本实施例设SRS长度L=36,PMI长度k=4,可能的SRS序列有三种,即N=3。
步骤1,在UE处根据计算机搜索出最佳的编码规则,对长度为4的PMI序列做线性分组编码映射,得到长度为36bit的PMI′i序列,对应的24=16种PMI的线性分组编码码表如图3所示。
此处的最佳编码规则是应使PMI进行线性分组编码后,再与SRS进行网络编码所得到的码字仍具有良好的自相关性和互相关性。
图3中,Mapping共16行36列,每一行为一个码字,分别为PMI0=[0 0 0 0]到PMI15=[1 1 1 1]对应的线性分组码字。这些码字是有计算机搜索得到,并保持码重和码字间汉明距离的尽量相等。事实上,前14行的码字重量均为18,最后两个码字重量为17,这16个线性分组码字彼此之间的汉明距离在16到20之间。按照图3所示编码规则对PMI序列进行线性分组编码后,再与SRS进行网络编码所得到的码字仍具有良好的自相关性和互相关性;
步骤2,UE对长度相等均为36比特的SRS序列和步骤1得到的PMI′i序列 做网络编码运算,
上式中SRSq表示需要发送的长度为36位的待发送SRS序列, 表示SRSq中的第t位比特,t∈{1,2,...35,36};PMI′i表示16个可能的待发送的PMI线性编码后序列中的一个,i∈{0,1,...,15},而PMI′ij∈{0,1}表示PMI′i序列中的第j位比特,j∈{1,2,...35,36}。
步骤3,用户UE根据当前需要反馈给eNB1的eNB2链路的PMIq,以及当前待发射的SRS序列,从步骤2建立的码表中查找所对应的网络编码码字 并将这个 经过调制后向eNB1发送出去,eNB1接收并存储为序列 其中,q为0到15中任意一个整数(含边界),即与i取值范围相同;
或者当发射端不能调用步骤2建立的码表时,在UE处将PMIi进行线性分组编码获得PMI′q序列,再将PMI′q与当前待发射的SRS序列进行如步骤2所述的网络编码,生成 并将这个 经过调制后向eNB1发送出去,eNB1接收并存储为序列
步骤4,eNB1搜索由所有可能的3种SRS序列和所有可能的16种PMI′i序列异或运算可得到3×24=48个网络编码码字。将这48个网络编码码字与接得到的码字 比较,找出与 有最小欧式距离的其中一个码字 认为是实际发送的序列:
步骤5,确定 以后,根据码表(即所有可能的3种SRS序列和所有可能的16种PMIi序列异或运算得到的网络编码码字表)找到对应的PMIi。
由于通过计算机编程搜索出来的线性分组码能保证网络编码后的 仍具有较好的互相关性和自相关性(如附图5所示),所以可以利用得到的 按照传统方法在受到干扰的信号(小区发射信号时会对周围邻小区接收信号形成干扰)中提取出匹配基站的信号进行分析,得到信道状态信息。
根据上面的Mapping中码字对SRS进行网络编码并进行仿真分析,图4给 出了经过网络编码后在接收端恢复PMI的效果,仿真模型中只对 加上高斯白噪声的干扰。PMI解码错误率是指解码错误的PMI个数在总的PMI中所占的比例;SNR是信号功率(SRS是恒福序列,分布在单位圆上,功率为1)对噪声功率的比值。从图4可以看出,本发明具有很好的传输可靠性。
而要保证接收端能区分提取出与之对应的信号,则需保证编码后序列良好的互相关特性。下面单独研究网络编码后对SRS序列相关特性的影响。
序列长度L=36时,网络编码前后SRS序列相关特性见图5,图中画出了q=25,PMI=0000时的网络编码码字与其自身相关的自相关性能曲线(如图5中纵坐标达到1的带“o”型曲线所示)以及跟其他所有可能的3×16-1=47种不同码字的互相关性能曲线(带“o”,“*”,“x”型曲线分别表示三个不同的根指数q1=25、q2=29和q3=34对应的序列运算结果)。
如图5所示,网络编码前后,SRS序列的自相关性曲线在0点都有明显的冲激, 与 的互相关值一只维持在0.4以下,也就是说网络编码之后的不同SRS码字序列之间仍然可以通过相关特性加以区分。事实上,这里为原SRS做网络编码使用的是随机比特序列,如果能设计好线性分组码字,可获得更好的互相关特性。
以上所述的具体描述,对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种多点协作传输系统中的网络编码反馈方法,基站eNB1和eNB2同时为用户UE服务,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1,将用户UE的2k个可能需要反馈给eNB1的eNB2链路的PMI信息进行线性分组编码,即将2k个k比特的PMIi进行线性分组编码,映射为2k个长度L比特的长序列,记为PMIi′;其中L是SRS序列的长度,i=0,1,…,2k-1;k是根据系统性能要求预先设定的,k越长,PMIi携带的信息就越多;
步骤2,按照下式将步骤1获得的每个PMIi′和用户UE待发射的SRS序列集合里的每个SRS序列进行网络编码:
所述SRS序列集合包括N个SRS序列,每个SRS序列的长度都是L,即和PMIi′的长度相等,每次传输只需传送一个SRS序列,长度L由实际系统要求确定;此处所述网络编码运算⊙是对两个二进制的序列进行异或运算,得到网络编码后的新的“01”序列;
步骤3,用户UE根据当前需要反馈给eNB1的eNB2链路的PMIq,以及当前待发射的SRS序列,从步骤2建立的码表中查找所对应的网络编码码字并将这个经过调制后向eNB1发送出去,eNB1接收并存储为序列SRSNC;其中,q为0到2k-1中任意一个整数,即与i取值范围相同;
步骤4,eNB1在网络编码的码字集合S中这N×2k个可能的网络编码码字中寻找一个与接收到的码字SRSNC序列欧式距离最近的网络编码,即按照如下原则估计实际发送的序列:
步骤5,确定以后,根据步骤2建立的码表找到对应的SRS和PMI′q;取该分组码字PMI′q的前k位即为PMIq。
2.根据权利要求1所述一种多点协作传输系统中的网络编码反馈方法,其特征在于,所述的SRS序列是用户UE待发送的eNB1的导频信息。
3.根据权利要求1或2所述一种多点协作传输系统中的网络编码反馈方法,其特征在于,所述用户UE待发射的SRS序列集合中有N种由不同根指数产生的SRS序列,相互之间完全正交。
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