一种基于5G标准NR的下行自适应调制与编码方法及系统
技术领域
本发明涉及通信技术领域,具体来说,涉及一种基于5G标准NR的下行自适应调制与编码方法及系统。
背景技术
伴随着5G【NR,是基于OFDM(正交频分复用技术)的全新空口设计的全球性5G标准】技术大量的应用和发展,有关5G基站的功能的算法正成为当下研究的热点,包括物理层算法,MAC层算法等等。下行AMC(自适应调制与编码)算法就是属于一种MAC层的算法,它的主要功能是实现下行链路的自适应,增强时变信道的坚固性和频谱的利用率,增加平均吞吐量,节省发射功率,以及降低传输错误的概率。
现有技术中具体有根据CQI调整的算法;
该算法是通过UE上报CQI,来估计下行信道的质量,再通过计算其等效的CQI来选择适当的MCS。该算法过程简单,对基站的芯片计算能力负担小,便于实际应用。但由于在实际环境中,信道的过快变化,UE将无法对信道做出可靠的判定进行反馈,该算法下,基站也不能正确地选择合适的调制方式和编码方式,会造成吞吐量的下降。
以及根据内外环调整的算法;
该算法是根据内环和外环共同的调整作用来实现下行信道的调制方式和编码方式的选择。内环调整的主要流程是通过UE对CQI的上报,了解大致的下行信道的质量情况,根据这个信道的质量情况选择一个合适的内环MCS;外环调整的主要流程是通过UE上报的HARQ反馈来确定MCS的升高或降低,假如反馈是ACK,则适当升高MCS,假如反馈是NACK或者DTX,则适当降低MCS。最后通过内环和外环的共同作用,得出一个最后的MCS。该算法增加了外环的调整,对信道的过快变化能够较快的作出相应有效的调整,该算法的准确性和有效性有了显著的提高。
传统的AMC算法都是缺少一个惩罚机制和保护机制,过分依赖UE判断能力和上报结果,但是由于市场上UE的能力参差不齐,UE上报的结果更是在传输的过程中容易产生错误,这对算法最后的结果会产生极大的影响,小区的吞吐量也会下降。这时候就需要基站拥有一些自身的判断能力,换言之,就是拥有一套完整的惩罚机制和保护机制。
针对相关技术中的问题,目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中的问题,本发明提出一种基于5G标准NR的下行自适应调制与编码方法及系统,以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。
为此,本发明采用的具体技术方案如下:
根据本发明的一方面,提供了一种基于5G标准NR的下行自适应调制与编码方法,该方法包括以下步骤:
S1、准备阶段:采用预设方法实现内/外环维护的准备工作;
S2、维护阶段:采用内/外环维护算法实现对基站下行信道的内/外环维护。
进一步的,所述S1中完成内环维护及外环维护的准备工作还包括以下步骤:
S11、完成内环维护的准备工作;
S12、完成外环维护的准备工作;
其中,所述S11中完成内环维护的准备工作还包括以下步骤:
完成包括但不限于内环信号与干扰加噪声比滤波因子、内环时效定时器、PMI模式下信道质量指示有效标识及非周期信道质量指示触发标识的初始化;
所述S12中完成外环维护的准备工作还包括以下步骤:
完成每个秩指示的外环维护的信号与干扰加噪声比及外环维护定时器的初始化。
进一步的,所述S2中采用内/外环维护算法实现对基站下行信道的内/外环维护还包括以下步骤:
S21、采用内环维护算法实现基站下行信道的内环维护;
S22、采用外环维护算法实现基站下行信道的外环维护。
进一步的,所述S21中采用内环维护算法实现基站下行信道的内环维护具体还包括以下步骤:
S211、若在物理上行控制信道或物理上行共享信道上检测到用户设备上报的信道质量指示,则将其映射成信号与干扰加噪声比,同时对信号与干扰加噪声比进行滤波处理,并获取此次信道质量指示对应的信号与干扰加噪声比;
S212、根据信号与干扰加噪声比与调制与编码策略的映射关系,将获取到的信号与干扰加噪声比映射成最后的调制与编码策略。
进一步的,所述S211中对信号与干扰加噪声比进行滤波处理时具体函数公式为:
SINR_CQI_Filter(t)=(1-SINR_CQI_Filter_Factor)*INR_CQI_Filter(t-1)+SINR_CQI_Filter_Factor*SINR_CQI。
进一步的,所述S21中若在物理上行控制信道或物理上行共享信道上没有检测到有效的信道质量指示上报时还包括以下步骤:
S211’、当在物理上行控制信道或物理上行共享信道上没有检测到用户设备上报的有效信道质量指示,则内环时效定时器累积,且在该定时器的值到达第一设定值之前,上报的信道质量指示对应的信号与干扰加噪声比为上一次其上报的有效值;
S212’、当长时间无有效的信道质量指示上报,同时内环时效定时器的值到达或超过第一设定值后,触发非周期信道质量指示的上报,且非周期信道质量指示的触发标识置1;
S213’、触发非周期信道质量指示的上报后,若下一次非周期信道质量指示上报成功,则内环时效定时器置0,且不会继续触发非周期信道质量指示的上报;
S214’、若下一次非周期信道质量指示上报失败,则内环时效定时器继续累计,且当内环时效定时器的值到达第二设定值之前,上报的信道质量指示对应的信号与干扰加噪声比为其上一次上报的有效值;
S215’、若内环时效定时器的值到达第二设定值之后,则在下一次有效信道质量指示上报之前内环维护失效,且调制与编码策略为一个固定的保守值。
进一步的,所述S22中采用外环维护算法实现基站下行信道的外环维护还包括以下步骤:
S221、当一组秩指示的外环维护定时器的值大于等于第三设定值时,即该秩指示的外环维护定时器长时间没有收到正常混合自动重传的反馈,则将该秩指示外环维护的信号与干扰加噪声比的值置为初始值;
S222、若新传或混合自动重传的反馈为正常的正确反馈及不正确反馈,且设置了固定调制与编码策略的保守调度,同时由于调制与编码策略不会变化,则正确反馈及不正确反馈不会计数,所有计数器累计一次,外环信号与干扰加噪声比不变;
S223、若新传或混合自动重传的反馈为正常的正确反馈及不正确反馈,且没有设置固定调制与编码策略的保守调度,则该秩指示下的外环维护定时器重新置0,而其他秩指示下的外环维护定时器继续累计,同时根据新传和混合自动重传分别进行不同的正确反馈及不正确反馈的计数流程。
进一步的,所述S223中根据新传进行正确反馈及不正确反馈的计数流程还包括以下步骤:
S22301、若新传的反馈为正常的正确反馈,且没有设置固定调制与编码策略的保守调度,则
Delta_Sinr=min{Delta_Sinr+Sinr_Up_STEP,Delta_Sinr_Up_Limit};
S22302、若新传的反馈为正常不正确反馈,且没有设置固定调制与编码策略的保守调度,则
Delta_Sinr=max{Delta_Sinr-Sinr_Down_STEP,elta_Sinr_Down_Limit}。
进一步的,S223中根据混合自动重传进行正确反馈及不正确反馈的计数流程还包括以下步骤:
S22301、若混合自动重传的反馈为正确反馈,则此次Delta_Sinr保持不变;
S22302、若混合自动重传的反馈为不正确反馈,且当前信道的信号与干扰加噪声比小于其下限值,则此次Delta_Sinr保持不变;若当前信道的信号与干扰加噪声比大于其下限值,则
Delta_Sinr=max{Delta_Sinr-alpha*Delta_Sinr_Down,Delta_Sinr_Down_Limit}。
根据本发明的另一方面,提供了一种基于5G标准NR的下行自适应调制与编码系统,该系统包括:
准备模块,用于采用预设方法实现内/外环维护的准备工作;
维护模块,用于采用内/外环维护算法实现对基站下行信道的内/外环维护;
所述维护模块由内环维护模块及外环维护模块构成;
其中,内环维护模块通过用户设备上报的信道质量指示映射出内环信号与干扰加噪声比,并获取到最后的调制与编码策略,并通过内环时效定时器积累无效信道质量指示及无效非周期信道质量指示的次数;
外环维护模块通过用户设备当前调度时刻内环信道信号与干扰加噪声比加外环信号与干扰加噪声比是否达到了信号与干扰加噪声比的上限或者下限来进行外环计数,秩指示用于接收正常的混合自动重传机新传反馈。
本发明的有益效果为:
(1)本发明通过设置惩罚机制和保护机制,从而使基站对复杂多变的信道有更准确更有效的估计,能选择更合适的MCS、调制方式和编码方式,有效地提高了小区的总体吞吐量,降低了系统产生异常情况后小区吞吐量下降的程度。
(2)本发明为解决基站过分依赖UE判断能力和上报结果的问题,设计了一套新的算法体系,该算法中基站拥有一些自身的判断能力,对信道环境的变化有一套完整的惩罚机制和保护机制。惩罚机制主要是指外环调整中,如果一份数据传输的时候发生了错误需要重传,重传后依然是错误的,这时基站会认为现在信道环境很差,会加大对MCS的降低幅度。保护机制是指对于长期无法正常接收UE上报的CQI的情况,基站会发送消息触发UE上报非周期的CQI,或者是停止内环调整,固定MCS调度。外环调整中也有相似处理,若长期无法正常接受HARQ的反馈信息,则也会触发保护机制,外环的MCS会重置为初始值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的一种基于5G标准NR的下行自适应调制与编码方法流程图;
图2是根据本发明实施例的一种基于5G标准NR的下行自适应调制与编码方法的内环维护流程图;
图3是根据本发明实施例的一种基于5G标准NR的下行自适应调制与编码方法的外环维护流程图;
图4是根据本发明实施例的一种基于5G标准NR的下行自适应调制与编码方法的新传的正确反馈及不正确反馈计数流程图;
图5是根据本发明实施例的一种基于5G标准NR的下行自适应调制与编码方法的混合自动重传的正确反馈及不正确反馈计数流程图;
图6是根据本发明实施例的一种基于5G标准NR的下行自适应调制与编码方法的信道质量指示和信号与干扰加噪声比的映射表格图之一;
图7是根据本发明实施例的一种基于5G标准NR的下行自适应调制与编码方法的信道质量指示和信号与干扰加噪声比的映射表格图之二;
图8是根据本发明实施例的一种基于5G标准NR的下行自适应调制与编码方法的信号与干扰加噪声比和调制与编码策略的映射表格图之一;
图9是根据本发明实施例的一种基于5G标准NR的下行自适应调制与编码方法的信号与干扰加噪声比和调制与编码策略的映射表格图之二。
具体实施方式
为进一步说明各实施例,本发明提供有附图,这些附图为本发明揭露内容的一部分,其主要用以说明实施例,并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理,配合参考这些内容,本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点,图中的组件并未按比例绘制,而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
根据本发明的实施例,提供了一种基于5G标准NR的下行自适应调制与编码方法及系统。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明,根据本发明实施例的基于5G标准NR的下行自适应调制与编码方法,该方法中AMC的算法设计分为内环调整和外环调整。内环调整主要根据UE上报的CQI,来确定下行信道的环境质量,并调整MCS;外环调整主要根据UE反馈的ACK/NACK来确定下行信道的环境质量,并调整MCS。最终SINR=内环SINR+外环SINR。主要设计流程如图1。
具体的,该方法包括以下步骤:
S1、准备阶段:采用预设方法实现内/外环维护的准备工作;
S11、完成内环维护的准备工作
内环维护的基本原理是根据UE(用户设备)上报的CQI(信道质量指示)映射出内环SINR(信号与干扰加噪声比)。内环维护流程如图2,内环维护开始之前,相关的参数、定时器、计数器都会进行初始化,包括内环SINR滤波因子SINR_CQI_Filter_Factor、内环时效定时器PMI_Timer、PMI模式下CQI有效标识PMI_CQI_Valid、非周期CQI触发标识等等。
S12、完成外环维护的准备工作;
在外环维护开始前,要对每个RI的Sinr和Timer进行初始化。
S2、维护阶段:采用内/外环维护算法实现对基站下行信道的内/外环维护;
S21、内环维护(采用内环维护算法实现基站下行信道的内环维护)
(1)正常流程
1.主要流程:在PUCCH(物理上行控制信道)或者PUSCH(物理上行共享信道)上检测到CQI上报后,将其映射成SINR,再进行SINR滤波处理,就能获取此次CQI对应的SINR。成功获取SINR后,PMI_Timer会置0、PMI_CQI_Valid会置1、非周期CQI触发标识会置0。获取到的SINR再通过SINR和MCS(调制与编码策略)的映射关系,获取到最后的MCS。
2.滤波:为了避免由于信道环境质量瞬间变化对MCS的影响,对于上报的SINR_CQI不能直接使用,需要对其进行滤波。
滤波函数:
SINR_CQI_Filter(t)=(1-SINR_CQI_Filter_Factor)*SINR_CQI_Filter(t-1)+SINR_CQI_Filter_Factor*SINR_CQI
最终获得的SINR_CQI_Filter(t)即是最终的内环SINR。
(1)异常流程
1.CQI上报异常情况:CQI上报流程可能会出现以下异常情况:无CQI上报;PUCCH传输的CQI时,CRC(循环冗余校验)校验失败;PUSCH传输的CQI时,DCI(下行控制信息)丢失;传输的RI(秩指示)不满足RRC(无线资源控制)信令限制等等。
2.PMI_Timer定时器触发非周期CQI上报:当发生以上异常情况时,上报的CQI是无效的,这时PMI_Timer会累积,在该定时器的值到达之前,上报的SINR_CQI都为上一次上报的有效值;而为了防止长时间无有效CQI上报,在该定时器的值到达或超过TimerOut1(第一设定值)之后,会触发非周期CQI的上报,非周期CQI的触发标识置1。
3.长时间无有效CQI上报触发内环维护失效:触发非周期CQI上报后,若下一次非周期CQI上报成功后,PMI_Timer会置0,将不会继续触发非周期CQI上报;但是如果下一次非周期CQI上报失败,那么PMI_Timer定时器会继续累计。当PMI_Timer定时器的值到达TimerOut2(第二设定值)之前,上报的SINR_CQI都为上一次上报的SINR_CQI的有效值;当PMI_Timer定时器的值到达TimerOut2之后,由于长时间没有有效CQI上报,在下一次有效CQI上报之前,内环维护都将会失效,PMI_CQI_Valid=0。当内环维护失效时,MCS将为一个固定的保守值。
S22、外环维护(采用外环维护算法实现基站下行信道的外环维护)
外环维护的基本原理是根据UE当前调度时刻信道SINR(内环+外环)是否达到了SINR的上限或者下限来进行外环计数。外环抬升步长和下降步长需要满足目标Bler(误块率)的关系:
Delta_Sinr_Up=Delta_Sinr_Down
外环维护流程图如图3,Sinr即为外环维护的SINR的值,Timer为每个RI的外环维护定时器,用来累计RI多久没有收到正常的HARQ(混合自动重传)反馈,当Timer>=Time_OL_Thr(第三设定值)时,说明长时间没有收到正常HARQ反馈,当前RI外环维护的SINR值置为初始值。
(1)外环维护主流程
1.固定MCS保守调度:若新传或重传的反馈为正常的ACL/NACK(正确的反馈/不正确的反馈),却设置了固定MCS的保守调度,那么由于MCS不会变化,所以ACK/NACK也不会计数,所有计数器累计一次,此次外环Sinr不变。
2.反馈ACK/NACK:若新传或重传的反馈为正常的ACK/NACK,没有设置固定MCS的保守调度,说明此次反馈正常,此RI下的Timer重新置0,而其他RI下的Timer继续累计。
3.进行新传或重传ACK/NACK计数:若新传或重传的反馈为正常ACK/NACK,且没有设置MCS固定的保守调度,那么根据新传和重传分别进行不同的ACK/NACK的计数流程。
新传和重传的ACK/NACK计数流程分别如图4和图5,
(2)新传ACK/NACK计数
1.反馈ACK:若新传的反馈为正常ACK,且没有设置固定MCS的保守调度,那么
Delta_Sinr=min{Delta_Sinr+Sinr_Up_STEP,Delta_Sinr_Up_Limit}。
2.反馈NACK:若新传的反馈为正常NACK,且没有设置固定MCS的保守调度,那么
Delta_Sinr=max{Delta_Sinr-Sinr_Down_STEP,Delta_Sinr_Down_Limit}。
(3)重传ACK/NACK计数
1.反馈ACK:若反馈为ACK,则此次Delta_Sinr保持不变。
2.反馈NACK:若反馈为NACK,且当前信道的SINR小于SINR下限值,则此次Delta_Sinr不能继续减小了,所以保持不变;若当前信道的SINR大于SINR下限值,那么Delta_Sinr=max{Delta_Sinr-alpha*Delta_Sinr_Down,Delta_Sinr_Down_Limit}。
三、CQI和SINR的映射如图6和7所示。
四、SINR和MCS的映射如图8和9所示。
根据本发明的另一实施例,提供了一种基于5G标准NR的下行自适应调制与编码系统,该系统包括:
准备模块,用于采用预设方法实现内/外环维护的准备工作;
维护模块,用于采用内/外环维护算法实现对基站下行信道的内/外环维护;
所述维护模块由内环维护模块及外环维护模块构成;
其中,内环维护模块通过用户设备上报的信道质量指示映射出内环信号与干扰加噪声比,并获取到最后的调制与编码策略,并通过内环时效定时器积累无效信道质量指示及无效非周期信道质量指示的次数;
外环维护模块通过用户设备当前调度时刻内环信道信号与干扰加噪声比加外环信号与干扰加噪声比是否达到了信号与干扰加噪声比的上限或者下限来进行外环计数,秩指示用于接收正常的混合自动重传机新传反馈。
综上所述,本发明通过设置惩罚机制和保护机制,从而使基站对复杂多变的信道有更准确更有效的估计,能选择更合适的MCS、调制方式和编码方式,有效地提高了小区的总体吞吐量,降低了系统产生异常情况后小区吞吐量下降的程度。本发明为解决基站过分依赖UE判断能力和上报结果的问题,设计了一套新的算法体系,该算法中基站拥有一些自身的判断能力,对信道环境的变化有一套完整的惩罚机制和保护机制。惩罚机制主要是指外环调整中,如果一份数据传输的时候发生了错误需要重传,重传后依然是错误的,这时基站会认为现在信道环境很差,会加大对MCS的降低幅度。保护机制是指对于长期无法正常接收UE上报的CQI的情况,基站会发送消息触发UE上报非周期的CQI,或者是停止内环调整,固定MCS调度。外环调整中也有相似处理,若长期无法正常接受HARQ的反馈信息,则也会触发保护机制,外环的MCS会重置为初始值。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。