CN110710144B - 用于无线组播的网络设备和终端设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种网络设备(100)，优选为BS。所述网络设备(100)用于接收包括多个叠加消息(101)的信号，其中，每条消息(101)由多个终端设备(200)中的一个发送并且具有两个可能逻辑值“真”和“假”中的一个。所述网络设备(100)还用于：基于所述接收信号与阈值的比较，确定所述叠加消息(101)的逻辑合取或析取。相应地，本发明还提供一种终端设备(200)，优选为UE。所述终端设备(200)用于：从网络设备(100)接收组播消息(201)；如果所述终端设备(200)无法解码所述组播消息(201)，向所述网络设备(100)发送具有两个可能逻辑值“真”和“假”中的逻辑值“假”的至少一个消息(101)。所述终端设备(200)用于在与一个或多个其它终端设备(200)共享的预定资源块上发送所述消息(101)。

Description

用于无线组播的网络设备和终端设备
技术领域
本发明分别涉及一种网络设备和一种终端设备，用于实现一种高效反馈应答传输方案，尤其是一种用于无线组播通信的反馈应答传输方案。本发明还涉及相应方法，以及一种包括一个或多个终端设备和一个网络设备的系统。
背景技术
为了实现可靠组播通信，组播消息的发送方必须了解所有预期接收方是否已经接收并成功解码该组播消息。目前，这通过从每个预期接收方分别向原始发送方发送应答(acknowledgement，ACK)和/或否定应答(negative acknowledgement，NACK)来实现。
例如，在LTE中，在物理混合ARQ指示信道(Physical Hybrid-ARQ IndicatorChannel，PHICH)或在用于上行(uplink，UL)和下行(downlink，DL)数据传输的物理上行控制信道/物理上行共享信道(Physical Uplink Control Channel/Physical UplinkShared Channel，PUCCH/PUSCH)上分别传输定义ACK或NACK的1比特信息，以便指示组播消息接收方的消息解码状态(例如，参见3GPP TS 36.213)。
图6示出了也应用于LTE的传统方案，其中，基站(base station，BS)作为组播消息的发送方，多个用户设备(user equipment，UE)作为组播消息的接收方。UE发送ACK或NACK来响应组播消息，这取决于他们的消息解码状态，即取决于它们是否能够解码组播消息。
然而，特别是当组播消息的接收方的数量很大(因此可能传输的ACK的数量也很大)时，传统方案浪费了大量的无线资源，因为其向原始发送方反馈的信息比需要的信息多得多。具体而言，原始发送方原则上需要的所有信息是，在接收组播消息时是否存在至少一个错误(通过NACK指示)(这通常决定了是否需要重复原始组播消息)。然而，在传统方案中，原始发送方有如此多的信息，甚至可以精确地重构组播消息接收方的数量，甚至哪些特定接收方能够成功解码组播消息，哪些接收方不能成功解码组播消息。
除了传统方案之外，存在多种用于检测无线信道上的叠加信号的方法。然而，所有这些方法的目标都是完全重构由多个发射方编码的信息。因此，这些方法都不适合解决上述资源浪费问题。此外，这些方法都使用标准信息理论方法，其中，传输速率要针对趋于无穷大的块长度进行优化。因此，这些方法都与传统方案中传送的1比特ACK/NACK信息不兼容。
发明内容
针对上述问题和缺点，本发明旨在改进传统反馈应答传输方案。因此，本发明的目的是分别提供一种网络设备和终端设备，通过所述网络设备和终端设备可以实现更有效、更快、更可靠的方案，特别是对于组播通信。
本发明的目的通过所附独立权利要求提供的方案来实现。本发明的有利实现方式在附属权利要求中进一步定义。
具体而言，本发明提出了一种方案，其中为了响应同时来自所有组播消息接收方的组播消息，发送联合反馈消息。因此，本发明提出利用无线信道的可加性，从而，本发明的方案适用于可靠组播通信起着重要作用的各种网络和应用场景。一个示例性应用场景是车到车通信，如图7所示。在该应用场景下，表示为汽车A的车辆可以是组播消息的发送方，因此可以从多个其它车辆接收反馈消息。
针对同时传输反馈应答消息，然后根据这些消息的叠加在原始组播发送方处重构所需信息的方案，本发明具体描述了三种特定方法(这些方法分别在发送方和接收方侧所需的性能和信息量有所不同)。
本发明第一方面提供一种网络设备，优选为一种基站，用于：接收包括多个叠加消息的信号，其中，每条消息由多个终端设备中的一个发送并且具有两个可能逻辑值“真”和“假”中的一个；基于所述接收信号与阈值的比较，确定所述叠加消息的逻辑合取或析取。
网络设备可以从确定的合取或析取中有效确定所有终端设备是否成功解码组播消息。具体而言，如果消息的逻辑合取或析取为“真”，则所有消息的值都为“真”，表示每个终端设备都成功解码组播消息。在这种情况下，不需要再次发送组播消息。如果合取或析取为“假”，则至少一个消息的值为“假”，意味着最好再次发送组播消息。
通过与阈值比较，网络设备能够对合取或析取做出相对快速但仍然可靠的决定。由于确定了逻辑合取或析取，一个或多个终端设备是否发送值为“真”的消息，是否能够解码组播消息，就不重要了。解码失败时，只需要值为“假”的消息。因此，能够显著减少资源浪费。
在所述第一方面的一种实现形式中，所述网络设备还用于：
为了确定所述叠加消息的所述逻辑合取或析取，基于所述阈值，采用假设检验法，优选采用Neyman-Pearson检验法。
假设检验法允许对合取或析取做出可靠的决定，即至少控制最重要的错误率，同时又快速、有效。
在所述第一方面的又一种实现形式中，所述阈值以噪声功率
Figure GDA0002297212800000021
和所述接收信号的预定最小功率σ2为基础。
基于阈值，能够做出可靠的决定，并且能够很好地平衡错误概率。
在所述第一方面的又一种实现形式中，如果在所述网络设备侧可获得所述预定最小功率σ2或所述网络设备与所述终端设备之间的信道系数，则所述阈值通过假设所述消息的所述逻辑合取或析取为“真”时的无噪声星座点、假设所述消息的所述逻辑合取或析取为“假”时的最接近无噪声星座点、噪声分布来确定，其中，所述阈值优选在所述两个星座点之间的范围内。
因此，网络设备能够利用侧信息来提高确定的可靠性。
在所述第一方面的又一种实施形式中，如果所述网络设备上可获得所述多个终端设备的数量，则所述无噪声星座点为
Figure GDA0002297212800000022
和/或所述最接近无噪声星座点为
Figure GDA0002297212800000023
在所述第一方面的又一种实现形式中，如果在所述网络设备侧不能够获得所述多个终端设备的数量，则所述无噪声星座点为0，所述最接近的无噪声星座点为
Figure GDA0002297212800000024
上述两种方法在是否可获得包括终端设备数量的侧信息两种情况下提供了可靠的阈值。
在所述第一方面的又一种实现形式中，如果在所述网络设备侧不能够获得所述多个终端设备的数量和所述网络设备与所述终端设备之间的信道系数，则所述阈值在
Figure GDA0002297212800000025
与
Figure GDA0002297212800000026
之间的范围内。
如果没有边信息来提高确定的可靠性，这种方法就很有效。
在所述第一方面的又一种实现形式中，每条消息都是单比特消息。
因此，可以减少传输数据量。
在所述第一方面的又一种实现形式中，所述网络设备用于向所述终端设备中的每一个分配至少两个序列，其中，每条消息为所述序列中的一个。
这些序列的使用有助于消除终端设备向网络设备传输消息时的干扰。
本发明第二方面提供一种终端设备，优选为用户设备，用于从网络设备接收组播消息；如果所述终端设备无法解码所述组播消息，向所述网络设备发送具有两个可能逻辑值“真”和“假”中的逻辑值“假”的至少一个消息，其中，所述终端设备用于在与一个或多个其它终端设备共享的预定资源块上发送所述消息。
由于使用了共享资源块，不同终端设备的消息进行了叠加。如果解码不成功，只发送一个值为“假”的消息对于网络设备确定叠加消息的合取或析取就足够了。因此，可以大大减少资源浪费。
具体而言，在多个终端设备的情况下，所有终端设备都可以立即、并行地传输它们的消息，例如，当原始组播消息的传输结束时。例如，作为共享资源块，可以为消息传输定义固定的持续时间。有利的是，这种固定的持续时间不会随着接收组播消息的终端设备数量的增加而增加。
在所述第二方面的一种实现形式中，所述终端设备用于：如果在所述终端设备侧可获得所述终端设备与所述网络设备之间的信道系数，根据第一确定的编码方案对所述逻辑值为“假”的消息进行编码，然后发送给所述网络设备；以及如果所述终端设备能够解码所述组播消息，根据第二确定的编码方案对逻辑值为“真”的消息进行编码，然后发送给所述网络设备，或者如果所述终端设备能够解码所述组播消息，不向所述网络设备发送任何消息。
在边信息可获得的情况下，有利地选择这种编码方式，以便提高可靠性。发送“真”消息也会增加数据量，但提高了可靠性。
在所述第二方面的又一种实现形式中，如果在所述终端设备侧不能够获得所述终端设备与所述网络设备之间的信道系数，根据随机编码方案对所述逻辑值为“假”的消息进行编码，然后发送给所述网络设备；以及如果所述终端设备能够解码所述组播消息，不向所述网络设备发送任何消息。
在边信息无法获得的情况下，有利地选择这种编码方式，以获得最佳可靠性。
在所述第二方面的又一种实现形式中，每条消息都为单比特消息。
如上所述，这减少了传输数据量。
在所述第二方面的又一种实现形式中，每条消息为至少两个序列中的一个，以及所述终端设备用于从所述网络设备获取所述至少两个序列，或者在所述终端设备侧预配置所述至少两个序列。
如上所述，这消除了终端设备与网络设备之间的传输中的干扰。
本发明第三方面提供一种包括根据所述第一方面及其实现形式所述的网络设备和根据所述第二方面及其实现形式的多个终端设备的系统，其中，所述网络设备用于向所述终端设备发送所述组播消息，以及每个终端设备用于在与所述一个或多个其它终端设备相同的预定资源块上发送所述逻辑值为“假”的至少一个消息。
第三方面所述的系统分别实现了所述第一方面的网络设备和所述第二方面的终端设备的所有优点和效果。
本发明第四方面提供一种用于网络设备的方法，包括以下步骤：接收包括多个叠加消息的信号，其中，每条消息由多个终端设备中的一个发送并且具有两个可能的逻辑值“真”和“假”中的一个；根据所述接收信号与阈值的比较，确定所述叠加消息的逻辑合取或析取。
在所述第四方面的一种实现形式中，所述方法包括：为了确定所述叠加消息的所述逻辑合取或析取，基于所述阈值，采用假设检验法，优选采用Neyman-Pearson检验法。
在所述第四方面的又一种实现形式中，所述阈值以噪声功率
Figure GDA0002297212800000041
和所述接收信号的预定最小功率σ2为基础。
在所述第四方面的又一种实现形式中，如果在所述网络设备侧可获得所述预定最小功率σ2或所述网络设备与所述终端设备之间的信道系数，所述阈值通过假设所述消息的所述逻辑合取或析取为“真”时的无噪声星座点、假设所述消息的所述逻辑合取或析取为“假”时的最接近无噪声星座点、噪声分布来确定，其中，所述阈值优选在所述两个星座点之间的范围内。
在所述第四方面的又一种实现形式中，如果在所述网络设备侧可获得所述多个终端设备的数量，所述无噪声星座点为
Figure GDA0002297212800000042
和/或所述最接近无噪声星座点为
Figure GDA0002297212800000043
在所述第四方面的又一种实现形式中，如果在所述网络设备侧不能够获得所述多个终端设备的数量，所述无噪声星座点为0，和所述最接近无噪声星座点为
Figure GDA0002297212800000044
在所述第四方面的又一种实现形式中，如果在所述网络设备侧不能够获得所述多个终端设备的数量和所述网络设备与所述终端设备之间的信道系数，所述阈值在
Figure GDA0002297212800000045
与
Figure GDA0002297212800000046
之间的范围内。
在所述第四方面的又一种实现形式中，每条消息都为单比特消息。
在所述第四方面的又一种实现形式中，所述方法包括：向所述终端设备中的每一个分配至少两个序列，其中，每条消息为所述序列中的一个。
所述第四方面的方法及其实现形式实现了所述第一方面的网络设备及其实现形式的所有优点和效果。
本发明第五方面提供一种用于终端设备的方法，包括以下步骤：从网络设备接收组播消息；如果无法解码所述组播消息，向所述网络设备发送具有两个可能逻辑值“真”和“假”中的逻辑值“假”的至少一个消息，其中，在与一个或多个其它终端设备共享的预定资源块上发送所述消息。
在所述第五方面的一种实现形式中，所述方法还包括：如果在所述终端设备侧可获得所述终端设备与所述网络设备之间的信道系数，根据第一确定的编码方案对所述逻辑值为“假”的消息进行编码，然后发送给所述网络设备；以及如果所述终端设备能够解码所述组播消息，根据第二确定的编码方案对逻辑值为“真”的消息进行编码，然后发送给所述网络设备，或者如果所述终端设备能够解码所述组播消息，不向所述网络设备发送任何消息。
在所述第五方面的又一种实现形式中，所述方法包括：如果在所述终端设备侧不能够获得所述终端设备与所述网络设备之间的信道系数，根据随机编码方案对所述逻辑值为“假”的消息进行编码，然后发送给所述网络设备；以及如果所述终端设备能够解码所述组播消息，不向所述网络设备发送任何消息。
在所述第五方面的又一种实现形式中，每条消息为单比特消息。
在所述第五方面的又一种实现形式中，所述每条消息为至少两个序列中的一个，以及所述方法包括：从所述网络设备获取所述至少两个序列，或者在所述终端设备侧预先配置所述至少两个序列。
所述第五方面的方法及其实现形式实现了所述第二方面的终端设备及其实现形式的所有优点和效果。
需要说明的是，本申请中描述的所有设备、元件、单元和模块都可以在软件或硬件元件或其任意组合中实现。本申请所描述的各实体所执行的所有步骤以及所述各实体所描述的功能都是为了意味着各自实体用于或用于执行各自的步骤和功能。即使在以下对具体实施例的描述中，由外部实体执行的特定功能或步骤没有反映在执行该特定步骤或功能的实体的具体详细元素的描述中，对于一个技术人员来说，应该清楚地知道，这些方法和功能可以在各自的软件或硬件元素中实现，或者它们的任何组合。
附图说明
结合所附附图，下面具体实施例的描述将阐述上述本发明的各方面及其实现形式，其中：
图1所示为本发明实施例所述的一种网络设备。
图2所示为本发明实施例所述的一种终端设备。
图3所示为根据本发明所述的一种方法。
图4所示为根据本发明所述的一种方法。
图5所示为根据本发明实施例所述的网络设备与三个终端设备之间的消息流。
图6所示为传统反馈应答传输方案。
图7所示为反馈应答传输方案的应用场景。
具体实施方式
图1突出显示了本发明实施例所述的网络设备100。网络设备100优选为BS，并且与优选为UE的一个或多个终端设备200相关联和/或通信。
具体而言，网络设备100用于接收包括多个叠加消息101的信号。这些消息101中的每一个由终端设备200中的一个发送并且具有两个可能逻辑值“真”和“假”中的一个。这些可能逻辑值也可以称为“1”和“0”，反之亦然，或者“ACK”和“NACK”，或者任何其它二进制编码。
然后，网络设备100用于基于接收信号与阈值的比较，确定叠加消息101的逻辑合取或析取。也就是说，网络设备100可以确定消息101的逻辑合取或析取是“真”还是“假”(如图1所示)，是“1”还是“0”，等等。如果每条消息101都为“真”，则叠加消息101的逻辑合取很大程度上为“真”。如果至少一个消息101为“假”，则叠加消息101的逻辑合取也为“假”。如果至少一个消息101为“真”，则叠加消息101的逻辑析取很大程度上为“真”。如果每条消息101都为“假”，则叠加消息101的逻辑析取也为“假”。下面，仅以“逻辑合取”为例进行说明。然而，本发明的原理同样可以适用于“逻辑析取”，也可以适用于任何其它等同的逻辑函数。
图2相应地突出显示了其中一个与网络设备100相关联和/或通信的终端设备200。本发明实施例所述的终端设备200优选为一种UE。
终端设备200用于从网络设备100接收组播消息201。如果终端设备200无法解码组播消息201，则作为响应，终端设备200向网络设备100发送至少一个消息101，该消息具有两个可能逻辑值“真”和“假”中的逻辑值“假”。同样，逻辑值也可以称为“1”和“0”，反之亦然，或者“ACK”和“NACK”，或者任何其它二进制编码。也就是说，终端设备200在其解码组播消息201失败时，至少向网络设备100反馈消息101。此时，网络设备100应该再次发送组播消息201。
终端设备200还可以用于，如果终端设备200能够解码组播消息201，还向网络设备100发送逻辑值为“真”的消息101，从而提高了网络设备100的确定可靠性。或者，终端设备200可以用于，如果终端设备200能够解码组播消息，则不向网络设备100发送任何消息101，从而显著减少了发送数据量。
无论哪种情况，终端设备200都用于在与一个或多个其它终端设备200共享的预定资源块上发送至少一个消息101。也就是说，所有终端设备200在同一资源块上。例如在同一时间内或频率块上，发送它们的消息101。因此，如上文所述，消息101将被叠加。如果这些叠加消息101中只有一个叠加消息的逻辑值为“假”，那么这些叠加消息101的逻辑合取也为“假”。此时，网络设备100可以重传组播消息201。如果所有叠加消息101的逻辑值都为“真”，那么叠加消息101的合取也为真。在这种情况下，组播消息201被成功分发给所有终端设备200。此外，如果网络设备100根本没有收到消息101，即如果终端设备200只在组播消息201解码失败的情况下反馈消息101，则可以认为组播消息201成功分发。
图3示出了根据本发明实施例所述的方法300。方法300用于网络设备100，优选由图1所示的网络设备100执行，包括以下步骤：步骤301，接收包括多个叠加消息101的信号，其中，每条消息101由多个终端设备200中的一个发送并且具有两个可能逻辑值“真”和“假”中的一个；步骤302，基于接收信号与阈值的比较，确定叠加消息101的逻辑合取。
图4示出了根据本发明实施例所述的另一方法400。方法400用于终端设备200，优选由图2所示的终端设备200进行，包括以下步骤：步骤401，从网络设备100接收401组播消息201；步骤402，如果组播消息201无法被解码，向网络设备100发送具有两个可能逻辑值“真”和“假”中的逻辑值“假”的至少一个消息101。具体而言，在与一个或多个其它终端设备200共享的预定资源块上发送消息101。
根据所提出的反馈传输方案，在完成传输组播消息201后，所有终端设备200在相同共享无线资源上同时反馈它们的“真/假”消息101(以下简称“ACK/NACK”，例如在LTE中)。因此，每条消息101可以是单比特消息，以便将所交换的数据量保持在最低水平。或者，可以利用一些序列(由网络设备100预分配或者在终端设备200侧预配置)来代替单个比特，以便帮助消除传输ACK/NACK时的干扰和恶意尝试。具体而言，每条消息101可以是至少两个序列中的一个。
然后，通过利用无线信道的可加性，网络设备100从叠加消息101中确定共同应答，即消息101的合取。有利的是，网络设备101不需要重构所有的单独发送的消息101，而只需要重构逻辑合取，从而决定是否需要重传组播消息201。这使得方案特别有效。将在下文进一步说明所提出的方案的详细内容，即网络设备100如何从所接收的消息101的叠加中确定ACK/NACK的逻辑合取。具体而言，突出显示了适当选择判决阈值以确定合取的“假”或“真”。
图5示出了根据本发明实施例所述的网络设备100与根据本发明实施例所述的三个终端设备200之间的消息流的一个示例。图5具体示出了从作为网络设备100的BS到作为终端设备200的多个UE(UE1、UE2、UE3)的典型组播传输。BS 100可以选择性地向UE 200分发特定序列。BS 100向UE 200发送组播消息201，UE 200根据ACK或NACK使用消息101进行响应。然后，BS 100检查302阈值，以确定叠加消息101的逻辑合取，如前所述。如果逻辑合取为NACK(“假”)，则BS 100可以重传组播消息201。值得注意的是，在侧链组播传输的情况下，组播消息201和ACK/NACK消息101相应地由其中一个UE发送和接收。
本发明具体介绍了从所接收的消息101的叠加中解码ACK/NACK的逻辑合取的三种方法，这些方法取决于终端设备200和网络设备100侧分别可获得多少边信息。
第一种方法的目的是在以下情况下解码叠加消息101的逻辑合取：在网络设备100侧可获得网络设备100与终端设备200之间的信道系数或者网络设备100从终端设备200接收的信号的预定最小功率σ2；在网络设备100侧可获得多个终端设备200的数量；在终端设备200侧可获得终端设备200与网络设备100之间的信道系数。
第二种方法降低了第一种方法的一些要求。本方法在以下情况下适用：在网络设备100侧可获得预定最小功率σ2或网络设备100与终端设备200之间的信道系数；相应地，在终端设备200侧可获得终端设备200与网络设备100之间的信道系数。然而，与第一种方法相反，在网络设备100侧不需要获得终端设备200的数量。
第三种方法的目的是在没有任何这种边信息的情况下解码逻辑合取。也就是说，在终端设备200侧和网络设备侧均无法获得终端设备200和网络设备100之间的信道系数。
三种方法都使用统计学工具，以便对错误概率进行额外控制。目的是解码消息101的逻辑合取。如果网络设备100确定结果为“真”，但是传输的消息101中至少有一个为“假”，称为类型1错误。另一方面，如果网络设备100确定结果为“假”，但是所有传输的消息101都为“真”，称为类型2错误。通常，一种类型的错误中有相当大的一部分是可以容忍的，而另一种类型的错误则需要更严格地控制。在当前对组播消息201进行反馈的情况下，类型1错误意味着尽管终端设备200中至少有一个无法正确解码该消息，网络设备100不会重复组播消息201。类型2错误意味着组播消息201不需要重复，因为所有终端设备200都可以在第一次正确解码该消息。因此，类型1错误导致组播通信不可靠，而类型2错误导致无线资源的浪费(但是如果错误概率不是太大，则这种浪费是适度的)。
因此，最好将类型1错误保持在固定(但非常低)的值上，同时利用可用的无线资源来使类型2错误尽可能小(给定类型1错误的固定值)。这可以通过在网络设备100侧使用统计假设检验法来实现。因此，为了确定叠加消息101的逻辑合取，网络设备100优选地用于基于阈值来采用假设检验法，更优选地采用Neyman-Pearson检验法。上述三种不同方法的阈值也不同，下面将进一步说明。然而，对于每种方法，阈值优选地以噪声功率
Figure GDA0002297212800000071
和接收信号的预定最小功率σ2为基础。
值得注意的是，本领域技术人员仅略微修改结构就可以很容易转换两种类型错误的角色。
在这三种方法中，网络包括表示为T1，...，Tn的n个终端设备200和表示为R的网络设备100。每个终端设备200Tj可以传输消息101，例如，该消息具有指示对组播消息201的反馈消息101(“假”、“真”)的单比特信息tj∈{0，1}。网络设备100旨在重构t：＝t1∧...∧tn∈{0，1}，使得t为所有tj的逻辑合取(其中，0对应逻辑值“假”，1对应逻辑值“真”)。
终端设备200同时传输的消息101在无线信道上进行叠加。每个终端设备200与网络设备100之间的信道系数表示为
Figure GDA0002297212800000081
因此，如果每个终端设备200Tj在时间点k处发送信号Xjk，则网络设备100侧获得的信号Yk为：
Figure GDA0002297212800000082
其中，
Figure GDA00022972128000000814
为无线信道中的白噪声，白噪声可以通过具有(每个复分量中的)均值0和标准偏差
Figure GDA0002297212800000083
的相同和独立分布(i.i.d)复高斯随机变量的序列进行建模。通过奈奎斯特采样定理，使用信道的数量
Figure GDA00022972128000000815
与连续信道中信号的传输时长和带宽有直接对应关系。
因此还表示为
Figure GDA0002297212800000084
其中，σj是终端设备Tj发送的信号的方差，信噪比定义为：
Figure GDA0002297212800000085
σ2为网络设备100接收的包括叠加消息101的信号的预定最小功率。
Figure GDA0002297212800000086
表示噪声功率。
终端设备200侧的编码器用于将每个传输消息tj映射到信号向量(Xj1，...，Xjk)。对于上面说明的第一种和第二种方法，编码过程可以描述为：
Figure GDA0002297212800000087
其中，对于编码器输出(e1，...，ek)的每个分量
Figure GDA00022972128000000816
也可以根据下式进行功率约束限制：
Figure GDA0002297212800000088
然而，上述第三种方法的编码过程是随机的，并且以下期望值受限：
Figure GDA0002297212800000089
网络设备100侧的解码器是一种函数：
Figure GDA00022972128000000810
用于将所接收的信号向量
Figure GDA00022972128000000817
映射到估计信号
Figure GDA00022972128000000811
上文介绍的类型1错误概率(即假设t：＝t1∧...∧tn＝0时
Figure GDA00022972128000000812
的概率)表示为α，上文介绍的类型2错误概率(即假设t＝t1∧...∧tn＝1时
Figure GDA00022972128000000813
的概率)表示为β。由网络设备100和终端设备200实现的本发明方案的优选目的是通过使用合理设计的解码算法，保持α和β尽可能小。
现在更详细地描述第一种方法。第一种方法的目的是在以下情况下解码从终端设备200同时传输到网络设备100的反馈消息101的逻辑合取t：＝t1∧...∧tn：在网络设备100侧可获得网络设备100与终端设备200之间的信道系数或者网络设备100从终端设备200接收的信号的预定最小功率σ2；在网络设备100侧还可获得多个终端设备200的数量。终端设备200的数量可以由网络设备100获取，这是因为，作为原始组播消息201的发送方，终端设备200知道组播目的地。其它假设也是合理的，特别是使用了互易无线信道，且其相干时间长于应答消息101的时长，因为原始组播消息201可以包含导频符号等，发射机可以根据导频信号执行信道估计来测量信道状态和信道系数。或者，终端设备200也可以通过统计信道信息或长期观测来获得信道系数。第一种方法可以适用于具有确定性接收机的TDD系统。
在这种方法中，每个终端设备Tj都知道自己的信道系数hj，网络设备100知道终端设备200的数量，可以通过求和得到：
Figure GDA0002297212800000091
一般而言，在第一种方法中，终端设备200用于：根据第一确定的编码方案对逻辑值为“假”的消息101进行编码，然后发送给网络设备100；根据第二确定的编码方案对逻辑值为“真”的消息101进行编码，然后发送给网络设备100。
具体地，终端设备Tj侧的编码函数Ej可以在第一种方法中优选定义为：
Figure GDA0002297212800000092
也就是说，如果在终端设备200侧成功解码(tj＝1)原始组播消息201，则反馈消息101被编码为
Figure GDA0002297212800000093
并作为ACK(“真”)进行传输，而如果原始组播消息201解码失败(tj＝0)，则将NACK(“假”)编码并传输为
Figure GDA0002297212800000094
所有终端设备200在相同的无线资源上同时向网络设备100发送各自编码后的消息101，传输信号在无线信道上进行叠加。然后，接收方在时间点k处获得的接收向量Y中的分量Yk为：
Figure GDA0002297212800000095
该分量包括NACK(“假”消息101)产生的正因子、ACK(“真”消息101)产生的负因子以及额外的噪声系数。
由于网络设备100已知信道系数和发射器数量
Figure GDA0002297212800000096
所以网络设备100这时用于通过取消由ACK带来的负因子，针对所有使用的信道计算
Figure GDA00022972128000000910
通过下式给出：
Figure GDA0002297212800000097
如果现在分别考虑Y′的实部和虚部，则得到
Figure GDA00022972128000000911
个相同和独立分布随机样本的序列
Figure GDA0002297212800000098
这些样本遵循高斯分布，均值为：
Figure GDA0002297212800000099
因此，如果t＝1，均值为0，如果t＝0，均值至少为
Figure GDA0002297212800000101
现在，优选地针对均值(至少)为
Figure GDA0002297212800000102
的零假设和均值(最多)为0的其它假设，构建Neyman-Pearson检验法。
一般来说，在第一种方法中，阈值根据假设消息的逻辑合取为“真”时的无噪声星座点、假设消息的逻辑合取为“假”时的最接近无噪声星座点以及噪声分布来确定。因此，假设消息的逻辑合取为“真”时的无噪声星座点为
Figure GDA0002297212800000103
假设消息的逻辑合取为“假”时的最接近无噪声星座点为
Figure GDA0002297212800000104
具体地，网络设备100的解码器优选配置在第一种方法中，作为：
Figure GDA0002297212800000105
其中：
Figure GDA0002297212800000106
其中，c为判决阈值，Φ-1表示标准高斯分布的分位函数。
关于第一种方法的稳健性，值得注意的是，构件编码器和解码器不需要噪声功率的精确值，而是通过σ′N≥σN来构建检验法就足够了。这时，如果实际噪声的功率比构建中使用的功率比较低，则错误概率会比计算时低(至少不高)。这在判决阈值不大于
Figure GDA0002297212800000107
的零假设均值(只会在类型1错误大于一半时发生)的情况下也成立。
可以稍作修改，以进一步放宽第一种方法的要求，即如果所有终端设备200和网络设备100约定的公共接收信号强度使得所有j都存在σ≤|hj|σj(不一定相等)，则网络设备100只需要知道n，所有终端设备200都需要知道上文定义的或者甚至随意的σ。
在这种情况下，所有终端设备200可以根据下式使用公共编码器：
Figure GDA0002297212800000108
终端设备200也相应地衰减其信号传输功率为：
Figure GDA0002297212800000109
因此不违反功率约束限制。这样，网络设备100侧的解码器用来根据Yk计算Y′k的表达式就变为：
Figure GDA00022972128000001010
因此，解码器只需要知道n和σ，而不需要知道最大接收信号功率的实际和，该实际和不仅取决于发射器功率约束限制，还取决于信道状态。
现在更详细地描述第二种方法。本方法是对第一种方法的修改，其中，网络设备100无需知道终端设备200的数量。然而，终端设备200仍然需要知道终端设备200与网络设备100之间的信道系数，并且仍然需要在网络设备100侧可获得预定最小功率σ2或网络设备100与终端设备200之间的信道系数。
本方法适用于网络设备100侧没有确定性接收器的TDD系统，例如在广播类通信中。
一般而言，在第二种方法中，终端设备200用于：根据第一确定的编码方案对逻辑值为“假”的消息101进行编码，然后发送给网络设备100；如果终端设备200能够解码组播消息201，不向网络设备100发送任何消息101。
具体地，终端设备200侧的编码器可以优选地定义为：
Figure GDA0002297212800000111
这就产生了一个接收信号：
Figure GDA0002297212800000112
同样，分别考虑实部和虚部，用来获得独立和相同分布样本(例如，高斯分布)的序列
Figure GDA0002297212800000113
方差是噪声
Figure GDA0002297212800000114
的方差，均值是：
Figure GDA0002297212800000115
因此，如果t＝1，均值为0，如果t＝0，均值(至少)为
Figure GDA0002297212800000116
同样，优选针对均值(至少)为
Figure GDA0002297212800000117
的零假设和均值为0的其它假设构建Neyman-Pearson检验法。
一般来说，在第二种方法中，阈值根据假设消息的逻辑合取为“真”时的无噪声星座点、假设消息的逻辑合取为“假”时的最接近无噪声星座点以及噪声分布来确定，其中，假设消息的逻辑合取为“真”时的无噪声星座点为0，假设消息的逻辑合取为“假”时的最接近无噪声星座点为
Figure GDA0002297212800000118
具体地，网络设备100侧的解码器可以优选地采取以下形式：
Figure GDA0002297212800000119
其中，判决阈值为：
Figure GDA00022972128000001110
关于第二种方法的稳健性，值得注意的是，与第一种方法的评论类似，可以在通过值σ′N≥σN和σ′≤σ在解码器侧构建检验法。如果使用实际值，那么理论误差范围将比实际差，但是只要实际值在给定范围内(并且类型1错误不选择大于一半)，就可以实现理论误差范围。
现在更详细地描述第三种方法。对于这种方法，无需在终端设备200和网络设备侧分别获得终端设备200和网络设备100之间的信道系数，也无需在网络设备100侧获得终端设备200的数量。这种假设非常适用于FDD系统中的通信。
为了在没有关于信道系数和终端设备200的数量的边信息的情况下对来自终端设备200的反馈消息101的逻辑合取t：＝t1∧...∧tn进行解码，使用传输信号的概率分布，该概率分布对于信道系数的相移分量是不变的。
一般而言，在第三种方法中，终端设备200用于：根据随机编码方案对逻辑值为“假”的消息101进行编码，然后发送给网络设备100；如果终端设备200能够解码组播消息201，不向网络设备100发送任何消息101。
具体地，如果tj＝1，则终端设备200的编码器Ej可以优选地输出0；如果tj＝0，则输出在每个复分量中均值为0、方差为
Figure GDA0002297212800000121
的复高斯分布值，可以表示为：
Figure GDA0002297212800000122
时间点k处的接收信号为：
Figure GDA0002297212800000123
其中，(X′jk)与(Xjk)具有相同分布，也就是在每个复分量中均值为0、方差为
Figure GDA0002297212800000124
的i.i.d高斯。
通过分别考虑实部和虚部，获得i.i.d高斯样本的序列
Figure GDA0002297212800000125
如果t＝1，均值为0、方差为
Figure GDA0002297212800000126
如果t＝0，方差(至少)为
Figure GDA0002297212800000127
一般来说，在第三种方法中，阈值在
Figure GDA0002297212800000128
与
Figure GDA0002297212800000129
之间的范围内。
具体地，网络设备100侧的解码器可以优选地采取以下形式：
Figure GDA00022972128000001210
其中，判决阈值c为：
Figure GDA00022972128000001211
其中，
Figure GDA00022972128000001212
表示自由度为
Figure GDA00022972128000001213
的卡方分布的分位函数。
第三种方法对于使用过低的σ值是有效的，但与第一种和第二种方法相反，该方法对使用错误的噪声功率值很敏感。
在所有三种方法中，可以利用一些序列来帮助消除终端设备200向网络设备100传输ACK/NACK时的干扰。第一种和第二种方法具体可以扩展到利用扩频序列。网络设备100可以提前向网络中的终端设备200传输ACK/NACK反馈使用的序列。或者，可以在终端设备200侧预配置这些序列。
这样做时考虑的一个问题是保留对传输信号的时移的稳健性。假设每个终端设备j的接收信号通过时移
Figure GDA0002297212800000135
个信道到达，其中
Figure GDA0002297212800000136
未知，但保证在给定L≥0的集合{-L，...，L}中。进一步假设通信依然受到干扰过程(Ik)k∈I和高斯噪声Nk的干扰。
还假设存在具有绝对值为1的元素的复值序列
Figure GDA0002297212800000137
这样，s与自身的循环位移的自相关在位移是
Figure GDA0002297212800000138
个元素的倍数时为
Figure GDA0002297212800000139
在位移是大于0但最多L个元素(任一方向)时为0。此外，假设s的循环位移与I的子序列的相关性接近于0。这些假设在许多广泛使用的扩频序列中得到满足(或非常满足)，例如，当选择s为长度为
Figure GDA00022972128000001310
的Zadoff-Chu序列时，I来自于通信，从与s正交的Zadoff-Chu序列扩展而来。
首先，提供了第一种方法的扩频模拟的说明。终端设备200侧将消息101编码为序列的编码器可以定义为：
Figure GDA0002297212800000131
其中，
Figure GDA0002297212800000132
为前2L个元素后面的序列s。因此，终端设备200侧的编码器现在需要
Figure GDA00022972128000001311
次信道使用，而不是
Figure GDA00022972128000001312
次，但是如果L比
Figure GDA00022972128000001313
小得多，则成本低。
接收矢量Yk的分量现在是：
Figure GDA0002297212800000133
在网络设备100的解码器侧，这与所有可能循环移位中的序列s相关，并将相关性相加以得到：
Figure GDA0002297212800000134
现在可以如上所述继续解码。然而应注意，与先前相比，噪声现在通过高达(2L+1)的附加因子进行放大，因此这种扩频序列仅适用于非常小的L。
同样地，为了适应第二种扩频方法，应调整终端设备200的编码器，将值“为真”(或“1”)的ACK消息101映射到全零序列，即：
Figure GDA0002297212800000141
随后，接收向量Yk的分量和对应相关性和Y如下所示：
Figure GDA0002297212800000142
Figure GDA0002297212800000143
对于第三种方法，终端设备200的编码器可以将值为“真”的ACK消息101映射到全零序列，将值为“假”的消息101映射到给定高斯分布值对应的指定序列。解码原理和判决阈值与上文所述相同。
所有提出的方法都可以稍加修改，以切换类型1和类型2错误的角色，即上面指定为类型2的错误是可以严格控制的错误，而指定为类型1的错误可以在可用资源的情况下尽可能地减少。
对于第一和第二种方法，任何以下类型的信号：
Figure GDA0002297212800000144
(具体地，对于第一种方法，其加性逆取决于待传送的消息101)可以在第l个信道处发送(当然，为了满足功率约束限制，需要
Figure GDA0002297212800000145
)，这样就可以使用合适的扩频序列来分离不同的组播簇。对于接收，网络设备100侧需要一个匹配的滤波器。但是，与上文给出的信号匹配的滤波器也能实现第一和第二方法所描述的接收信号的求和。
对于第三种方法，原则上可以使用任何循环对称的概率分布(例如，围绕0的球体或球上的均匀分布)。在任何情况下，对信号的检测都相当于对接收信号强度的测量，但在非高斯情况下，分析误差范围的建立将更加复杂。
就本发明方案的性能而言，本发明方案使无线组播通信的反馈应答传输比TDMA方案等传统方案有效、快速、可靠。因此，第一种方法(方法1)具有最佳性能(就错误概率相对于发射功率和传输时长而言)，而由于缺少边信息，所以第三种方法(方法3)性能最差(但分别与第一种和第二种方法相比，性能仅略微降低)。
本发明结合各种实施例以及实现方式进行了描述。但本领域技术人员通过实践所要求保护的发明，研究附图、本发明以及独立权利要求，能够理解并获得其它变体。在权利要求以及描述中，术语“包括”不排除其它元素或步骤，且“一个”并不排除复数可能。单个元件或其它单元可满足权利要求书中所引用的若干实体或项目的功能。在仅凭某些措施被记载在相互不同的从属权利要求中这个单纯的事实并不意味着这些措施的结合不能在有利的实现方式中使用。

Claims (16)

1.一种通信装置，其特征在于，包括：
用于接收包括多个叠加消息(101)的信号的模块，其中，每条消息(101)由多个终端设备(200)中的一个发送并且具有两个可能逻辑值“真(true)”和“假(false)”中的一个；
用于基于所述接收信号与阈值的比较，确定所述叠加消息(101)的逻辑合取或析取的模块；
其中，如果所述通信装置可获得所述信号的预定最小功率σ2或所述通信装置与所述终端设备(200)之间的信道系数，则所述阈值通过假设所述叠加消息的所述逻辑合取或析取为“真”时的无噪声星座点、假设所述叠加消息的所述逻辑合取或析取为“假”时的最接近无噪声星座点、噪声分布来确定。
2.根据权利要求1所述的通信装置，其特征在于，包括：
用于为了确定所述叠加消息(101)的所述逻辑合取或析取，基于所述阈值应用假设检验法，采用奈曼-皮尔森(Neyman-Pearson)检验法的模块。
3.根据权利要求1或2所述的通信装置，其特征在于，
所述阈值基于噪声功率
Figure FDA0002944358540000011
和所述接收信号的预定最小功率σ2。
4.根据权利要求1或2所述的通信装置，其特征在于，
其中，所述阈值在假设所述叠加消息的所述逻辑合取或析取为“真”时的所述无噪声星座点与假设所述叠加消息的所述逻辑合取或析取为“假”时的所述最接近无噪声星座点之间的范围内。
5.根据权利要求4所述的通信装置，其特征在于，
如果在所述通信装置侧能够获得所述多个终端设备(200)的数量，
所述无噪声星座点为
Figure FDA0002944358540000012
和/或
所述最接近无噪声星座点为
Figure FDA0002944358540000013
6.根据权利要求4所述的通信装置，其特征在于，
如果在所述通信装置侧不能够获得所述多个终端设备(200)的数量，
所述无噪声星座点为0，和
所述最接近无噪声星座点为
Figure FDA0002944358540000014
7.根据权利要求3所述的通信装置，其特征在于，
如果在所述通信装置侧不能够获得所述多个终端设备(200)的数量和所述通信装置与所述终端设备(200)之间的信道系数，则：
所述阈值在
Figure FDA0002944358540000015
与
Figure FDA0002944358540000016
之间的范围内。
8.根据权利要求1或2所述的通信装置，其特征在于，
每条消息(101)都是单比特消息。
9.根据权利要求1或2所述的通信装置，其特征在于，包括：
用于向所述终端设备(200)中的每一个分配至少两个序列的模块，其中
每条消息(101)是所述序列中的一个。
10.一种通信装置，其特征在于，包括：
用于从网络设备(100)接收组播消息(201)的模块；
用于如果所述通信装置无法解码所述组播消息(201)，向所述网络设备(100)发送具有两个可能逻辑值“真”和“假”中的逻辑值“假”的至少一个消息(101)的模块，其中
用于在与一个或多个其它通信装置共享的预定资源块上发送所述消息(101)的模块；
如果在所述通信装置侧可获得所述通信装置与所述网络设备(100)之间的信道系数，则所述通信装置还包括：
用于根据第一确定的编码方案对所述逻辑值为“假”的消息(101)进行编码的模块，以及用于发送给所述网络设备(100)的模块；以及
如果所述通信装置能够解码所述组播消息(201)，则所述通信装置还包括：用于根据第二确定的编码方案对逻辑值为“真”的消息(101)进行编码的模块，以及用于发送给所述网络设备(100)的模块。
11.根据权利要求10所述的通信装置，其特征在于，包括：
如果在所述通信装置侧不能够获得所述通信装置与所述网络设备(100)之间的信道系数，则所述通信装置还包括：
用于根据随机编码方案对所述逻辑值为“假”的消息(101)进行编码的模块，以及用于发送给所述网络设备(100)的模块；以及
如果所述通信装置能够解码所述组播消息(201)，不向所述网络设备(100)发送任何消息(101)。
12.根据权利要求10或11所述的通信装置，其特征在于，
每条消息(101)都是单比特消息。
13.根据权利要求10或11所述的通信装置，其特征在于，
每条消息(101)为至少两个序列中的一个，以及所述通信装置还包括：
用于从所述网络设备(100)获取所述至少两个序列的模块，或者用于在所述通信装置侧预配置所述至少两个序列的模块。
14.一种包括根据权利要求1至9中任一项所述的通信装置和根据权利要求10至13中任一项所述的通信装置的系统，其特征在于，所述根据权利要求1至9中任一项所述的通信装置为第一通信装置，所述根据权利要求10至13中任一项所述的通信装置为第二通信装置；
所述第一通信装置包括用于向所述第二通信装置发送组播消息(201)的模块，以及
每个所述第二通信装置包括用于在与一个或多个其它所述第二通信装置相同的预定资源块上发送所述逻辑值为“假”的至少一个消息(101)的模块。
15.一种用于网络设备(100)的方法(300)，其特征在于，包括以下步骤：
接收(301)包括多个叠加消息(101)的信号，其中，每条消息(101)由多个终端设备(200)中的一个发送并且具有两个可能逻辑值“真”和“假”中的一个；
根据所述接收信号与阈值的比较，确定(302)所述叠加消息(101)的逻辑合取或析取；
其中，如果所述网络设备(100)可获得所述信号的预定最小功率σ2或所述网络设备(100)与所述终端设备(200)之间的信道系数，则所述阈值通过假设所述叠加消息的所述逻辑合取或析取为“真”时的无噪声星座点、假设所述叠加消息的所述逻辑合取或析取为“假”时的最接近无噪声星座点、噪声分布来确定。
16.一种用于终端设备(200)的方法(400)，其特征在于，包括以下步骤：
从网络设备(100)接收(401)组播消息(201)；
如果无法解码所述组播消息(201)，向所述网络设备(100)发送(402)具有两个可能逻辑值“真”和“假”中的逻辑值“假”的至少一个消息(101)，其中
在与一个或多个其它终端设备(200)共享的预定资源块上发送所述消息(101)；
如果在所述终端设备(200)侧可获得所述终端设备(200)与所述网络设备(100)之间的信道系数，则：
根据第一确定的编码方案对所述逻辑值为“假”的消息(101)进行编码，然后发送给所述网络设备(100)；以及
如果所述终端设备(200)能够解码所述组播消息(201)，根据第二确定的编码方案对逻辑值为“真”的消息(101)进行编码，然后发送给所述网络设备(100)。
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