用于先验解码的系统和方法 |
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| 申请号 | CN201380058141.2 | 申请日 | 2013-12-18 | 公开(公告)号 | CN104937858A | 公开(公告)日 | 2015-09-23 |
| 申请人 | 华为技术有限公司; | 发明人 | 亚伦·卡拉德; 默罕默德哈迪·巴里; 凯文·卡·勤·欧; | ||||
| 摘要 | 提供了使用所述发射器处的较低资源和使用所述接收器的所述 解码器 中的与信道信息关联的先验信息发送信道信息，例如控制信道信息的 实施例 。所述先验信息表示可由所述接收器预测的可预测信息并且不由所述发射器与所述信道信息一起发送。所述发射器确定所述信道的所述先验信息并且将除所述先验信息以外的所述信道信息编码为比特和字段。在接收到所述信道信息之后，所述接收器根据先前接收到的信息确定所述关联的先验信息。随后，提供所述先验信息作为概率信息以供输入到所述解码器。所述解码器随后根据所述先验信息解码所述接收到的信息。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于接收器使用解码器中的先验信息的方法，其特征在于，所述方法包括： |
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| 说明书全文 | 用于先验解码的系统和方法[0001] 本申请要求2013年12月18日由Aaron Callard等人递交的发明名称为“用于先验解码的系统和方法”的第14/132,499号美国非临时申请案的优先权和2012年12月18日由Aaron Callard等人递交的发明名称为“用于先验控制解码的系统和方法”的第 61/738,904号美国临时申请案的优先权，其内容以引入的方式并入本文本中，如全文再现一般。 技术领域[0002] 本发明涉及光通信领域，以及在特定实施例中，涉及一种用于使用先验信息以改进可预测数据的解码的系统和方法。 背景技术[0003] 在无线通信等通信系统中，通过分配有相应资源，例如传输频率和/或时隙的通信信道发送数据。通信信道可被分割为两部分：携带用户或通信数据的净荷部分，和携带用于管理信道、资源和其它网络条件的控制信息的控制部分。控制部分通常小于净荷部分。净荷和控制信息还可在单独或专门信道上发送。净荷旨在被处理以获取通信信息，控制信息用于控制和管理通信。随时间推移，发送的控制信息基本上可能会包括冗余数据，该数据经常重复，而发送的净荷信息对于不同用户和在不同时间而言差异很大。需要一种例如在接收器处改进对接收到的信道信息的解码的方案，例如以节省网络资源和提高通信效率。 发明内容[0004] 根据本发明的一个实施例，一种用于接收器使用解码器中的先验信息的方法包括接收信息，以及根据先前接收到的信息确定与所述接收到的信息关联的先验信息。随后，提供所述先验信息作为概率信息以供输入到所述解码器。所述解码器随后根据所述先验信息解码所述接收到的信息。 [0005] 根据本发明的另一实施例，用于使用先验信息的网络部件包括至少一个包括解码器的处理器，和存储由所述处理器执行的程序的非暂时性计算机可读存储介质。所述程序包括指令如下：接收信息和根据先前接收到的信息确定与所述接收到的信息关联的先验信息。所述程序还包括指令如下：提供先验信息作为概率信息以供输入到所述解码器。所述解码器用于根据所述先验信息解码所述接收到的信息。 [0006] 根据本发明的另一实施例，一种用于发射器支持使用先验信息进行解码的方法包括确定与信道信息关联的先验信息。所述先验信息是所述信道信息的接收器可预测的。所述方法进一步包括将除所述先验信息以外的所述信道信息编码为比特和字段，和将所述信道信息发送到所述接收器。 [0007] 根据本发明的又一实施例，用于支持使用先验信息进行解码的网络部件包括至少一个处理器，和存储由所述处理器执行的程序的非暂时性计算机可读存储介质。所述程序包括指令如下：确定与信道信息关联的先验信息。所述先验信息是所述信道信息的接收器可预测的。所述程序进一步包括指令如下：将除所述先验信息以外的所述信道信息编码为比特和字段，以及将所述信道信息发送到所述接收器。 [0008] 上文相当宽泛地概述了本发明的实施例的特征，目的是让人能更好地理解下文对本发明的详细描述。下文中将描述本发明的实施例的附加特征和优点，其形成本发明的权利要求书的主体。本领域技术人员应了解，所公开的概念和具体实施例可容易地用作修改或设计用于实现本发明的相同目的的其它结构或过程的基础。本领域技术人员还应意识到，此类等效构造不脱离所附权利要求书中所提出的本发明的精神和范围。附图说明 [0009] 为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考以下结合附图进行的描述，其中： [0010] 图1示出了无线通信系统的一个示例； [0011] 图2a和2b示出了使用先验知识解码控制数据对发送的比特的速率的增益的影响； [0013] 图4示出了根据另一方案的使用先验知识解码控制数据获得的增益值和信噪比(SNR)； [0014] 图5示出了一种用于使用先验信息对发送的信息进行解码的方法的实施例；以及[0015] 图6是可用于实施各种实施例的处理系统的图。 [0016] 除非另有说明，否则不同附图中的对应标号和符号通常指代对应部分。绘制各附图是为了清楚地说明实施例的相关方面，因此未必是按比例绘制的。 具体实施方式[0017] 下文将详细论述本发明优选实施例的制作和使用。然而，应理解，本发明提供可在各种特定环境中体现的许多可适用的发明构思。所论述的具体实施例仅仅说明用以实施和使用本发明的具体方式，而不限制本发明的范围。 [0018] 通信系统信道中的控制信息是高度可预测的。通过在接收器中利用该事实，可明显减少发送该信息的传输资源量。具体而言，接收器可以使用控制信息的先验知识(可预测信息)，还称为先验信息，在接收器的解码器中解码发送的控制信道/比特。使用先验信息减少了发送控制信息的可预测部分的需要，因此减少了用于控制信道/比特的传输资源。本文提供用于使用较少资源和/或较高速率结合使用接收器中的解码器中的先验信息发送控制信息的系统、装置和方法实施例。 [0019] 图1所示为无线通信网络100的示例，其包括多个基站(BS)110和多个移动台(MB)120。BS110将语音和/或数据无线通信服务提供给MS120。BS110也可以由其它名称表示，例如接入网(AN)、接入点(AP)、Node-B或eNB等，其将下行(DL)信息发送到MS120并从MS120接收上行(UL)信息。BS110可具有称为小区101的无线覆盖区域，其中可服务MS120。这些覆盖区域或小区101表示每个BS110很好地发送数据的范围，而且，虽然不一定示出，相邻BS110的覆盖区域101可具有一些重叠以适应每当MS120退出一个覆盖区域101并进入相邻覆盖区域101时BS110之间的切换。每个BS110还包括用于分配无线资源以向MS120发送数据的调度器112。 [0020] 在一个实施例中，诸如网络100等通信系统的发射部件被配置成增加可在接收器处预测的控制信息的传输速率。因此，减少的比特数目用于发送控制信息，这节省或提高了资源的使用。例如，发射器可确定何时或是否将发送的控制信息是可预测的。如果控制信息是可预测的，那么发射器使用更高级的调制编码方案(MCS)以发送减少了比特的控制信息。因此，当发送可预测的控制信息时可实现大于1的信息比特到发送比特的速率。在一个实施例中，这类似于源压缩但是使用FEC代码和奇偶校验位而不是霍夫曼编码执行等等。例如，控制信道/比特中的信息的可预测性越高，可实现的速率越高。各自地，另一侧上的接收器执行合适的MCS或解码方案以对减少的接收比特的数目进行解码并获取完整的控制信息。具体而言，接收器处的解码器被馈入先验信息。先验信息对应于删除比特(可预测比特)的概率或似然值。 [0021] 在示例性场景中，具有17dB信号范围的用户不太可能接收1/12正交相移键控QPSK速率。因此，可预测控制信息可以通过删除可预测信息以减小的比特大小发送。在接收器处，可为待预测的可能值的每一部分指派概率。这可以通过考虑历史数据和反馈等其它信息的任意合适组合完成。在解码控制信息中，这些概率可以用作先验信息。先验信息用于解码器中以通过将发送的信息比特量从每比特1减少至H(p)，该比特的熵，以增加有效编码率。实际上，因为比特之间存在相关性(例如，MCS编码成5个比特)，乘积代码可用于将先验信息比特转换成解码器可以使用的先验信息。 [0022] 在一个实施例中，在调度过程中，发送BS或UE计算其发送的信息。随后其计算出MCS需要发送该数据。如果数据是可预测的，那么MCS较低级，否则MCS较高级。这可能导致速率大于1，然而通常将导致有效速率的适度增长。根据使用的信道的MCS，接收UE或BS可以不同的水平应用先验信息。不同水平意味着应用先验信息的强度为先验对数似然比，例如5或5x，其中x表示先验信息中的置信度。应用的强度可以表示为线性(如上)或非线性函数(min(LLR,LLR_max))。UE和BS处完成的预测可以“差不多”一致。 [0023] 在一个实施例中，接收器计算与发送的控制信息对应的概率，并且在对接收到的控制信息进行解码的过程中将权重应用于控制比特。例如，可将对数似然比(LLR)添加到用作输入到解码器的先验信息。可以使用更为先进的方法，这些方法利用比特值(例如，值为111或000)的相关性。例如，可以使用乘积代码结构，该结构中第二乘积代码表示相关值。可以任何一种合适方式获取先验信息。最佳方案可适用于要处理的场景。下文描述了用于获取先验信息的不同方案。 [0024] 可以任何一种合适方法从实际信息中获取先验信息。例如，比特的值的概率函数P(x)等于该值的滑动窗口平均值的自回归模型可用于计算先验信息。例如，其中范围为(0,1)的值ai表示遗忘因子，Infoi为发送的信息。上述公式仅是可以使用的不同的可能平均化函数之一。可以采用使用多个极点和零点的更为先进的方法。该平均化可应用于线性、LLR或其它域中。可以使用的另一方法为实施条件概率模型。这包括构建从1到0、1到1、0到1和0到0的状态转换。使用一些合适的滑动窗口，可以将这些状态选作概率。这可以扩展到更多数据，包括不在数据内的点。该外部数据可以是长期几何(SINR值)，其信息是从其它信道(PUCCH上发送的ACK/NACKs、PMI、CQI)反馈的。可以使用的另一方法是为外部软件提供基于还未确定的功能的先验信息。 [0025] 还可以使用与该解码方案相适宜的新的前向纠错(FEC)方案。FEC可被配置为将先验信息考虑在内。通过使用先验信息，不同的FEC代码可能执行起来各不相同。例如，因为信息比特是直接发送的，系统代码的使用预期表现得较差，，减少了发送的可能性和熵。因此，如果在解码器处使用先验信息，那么优选使用非系统代码。但是这并非要求。 [0026] 下文的表1所示为长期演进(LTE)的控制信道，LTE格式0，包括可预测信息。例如，随时间推移，在95％的传输中，FreqHopping比特可能都是相同的。Allocation比特可能有90％的概率与最后一次传输中的相同。ModCoding比特可在90％的时间内落入三个选项(从32个选项中)之一。NewData比特具有90％的概率仅在错误发生时使用。TPC比特可能95％不改变(使用或不使用)。这些概率可以用作先验知识(例如，作为先验信息的乘积代码的一部分)以输入到解码器中。 [0027] 表1：LTE格式0 [0028] [0029] [0030] 图2a和2b所示为使用先验知识解码控制数据对发送的比特的速率的增益的影响。图2a所示为使用解码器中的不同先验知识量的百分比累积分布函数(CDF)和发送上文所示的LTE格式0所需的百分比资源。该图例所示为从0.5(或50％比特的先验知识)到1(或100％比特的先验知识)的先验值。CDF所示为越多先验信息已知，换言之越多控制信息可预测，则需要越少资源。通过假设每个比特是已知分布彼此独立的来模拟计算图2a中的值。实际上，一个可预测的字段的似然比与其它可预测的字段的似然比有关。因此，对这种相互依存性进行建模的较大的状态概率将有助于该性能。图2b所示为发送的速率中的百分比增益和组合中考虑的所有比特的平均先验值。图2b中的曲线示出增益随着先验值的增加而增加。 [0031] 图3所示为使用先验知识以各种数据速率解码控制数据获得的增益值和信噪比(SNR)。所模拟的结果可用于物理下行控制信道(PDCCH)。该结果是使用链路级别模拟器获得的。增益按1dB的次序，以边际复杂度的增加为代价。理论上，在较低SNR(速率接近SNR)处，增益可能约1.5dB，在较高SNR处增益较大。指派、预编码矩阵指示符(PMI)和新数据指示符字段都获取自模拟的调度器。其它字段不使用，设置为零。CRC使用的为24个比特(而不是PDCCH中使用的16个比特)，这降低了使用先验知识的解码方案的整体性能。MCS字段建模为灰度映射并且不将其优化超出使用的方案，这也降低了该方案的性能。以类似方式对新的数据指示符进行建模。不应用MCS自适应，这以低误块率(BLER)提升了该方案的性能，因为多种错误情况是可预测的。图4所示为根据另一场景的使用基于先验知识的解码的获得的增益值和信噪比(SNR)。在该场景中，发送基站或eNB有意地指派可预测数据，这样UE能够更好地对PDCCH进行解码。这允许具有最低标准变化的PDCCH的发送范围扩展。 [0032] 该方案还可以用于其它通信信道，例如可以预测数据的物理上行共享信道(PUSCH)。可使用该方案的另一信道为一些数据可知(例如，TCP头部)的物理下行共享信道(PDSCH)。该方案可用于已知部分头部的Wi-Fi控制信道。可以实施该方案的其它合适信道的例子包括物理广播信道(PBCH)和下行共享信道(DSCH)，其中多种字段是高度可预测的。 [0033] 由于信息可预测性的性质，很难准确地对将在所有情况下都运转良好的预测器进行编码。因此，在许多情况下，需要将预测器与解码器分开，这允许针对具体用例高度专业化的预测器。将其实现的一种方式是具有分别配置的‘外部’软件/硬件代理提供的先验信息。 [0034] 图5所示为一种用于使用先验信息对发送的信息进行解码的方法500的实施例。在步骤510中，接收器，例如在UE或BS，接收控制信息。在步骤520中，接收器使用接收到的比特、先前接收到的比特或解码的信息、信道的统计或其组合估计控制信息的先验信息。 在步骤530中，所估计的先验信息作为接收器处的解码器的输入。在步骤540处，解码器使用先验信息和解码方案(例如，MCS)对接收到的控制信息进行解码。在一个实施例中，发射器例如，通过传输行为向接收器指示该信息是否以较高速率发送以触发接收器在解码中使用先验信息。例如，发射器跟踪(随时间推移)传输的先验信息。如果先验信息改变，那么发射器改变其传输行为，例如使用不同的MCS。接收器可切换至给定的或更高级的MCS使用基于先验信息的方案。如果MCS低于阈值或MCS已减少，那么接收器可以停止使用先验信息来解码控制信道。根据所使用的MCS级别，还可应用部分步骤，这些步骤中使用了先验信息的一小部分。虽然方法500是指MCS，但是可以使用影响信道的可靠性的其它方案，例如功率控制、干扰修整和资源指派。 [0035] 图6为可用于实施各种实施例的处理系统600的示例性框图。处理系统是中央局或网络部件或节点(例如，路由器)等处的通信系统的一部分。处理系统600可包括处理单元601，其配有一个或多个输入/输出设备，例如扬声器、麦克风、鼠标、触摸屏、小键盘、键盘、打印机以及显示器等等。处理单元601可包括中央处理单元(CPU)610、存储器620、大容量存储设备630、视频适配器640，以及连接到总线的输入/输出(I/O)接口690。所述总线可以为任何类型的若干总线架构中的一个或多个，包括存储总线或者存储控制器、外设总线以及视频总线等等。 [0036] 所述CPU 610可包括任意类型的电子数据处理器。存储器620可包括任意类型的系统存储器，例如静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、只读存储器(ROM)或其组合等等。在一个实施例中，存储器620可包括在开机时使用的ROM以及在执行程序时用于程序和数据存储的DRAM。大容量存储器设备630可包括任意类型的存储设备，其用于存储数据、程序和其它信息，并通过总线访问数据、程序和其它信息。大容量存储设备630可包括以下一种或多种：固态驱动器、硬盘驱动器、磁盘驱动器、光盘驱动器等等。 [0037] 视频适配器640和I/O接口690提供接口以将外部输入输出设备耦合到处理单元。如图所示，输入输出设备的例子包括耦合至视频适配器640的显示器660和耦合至I/O接口690的鼠标/键盘/打印机670的任意组合。其它设备可以耦合至处理单元601，并且可以利用附加的或更少的接口卡。例如，可使用串行接口卡(未示出)将串行接口提供给打印机。 [0038] 处理单元601还包括一个或多个网络接口650，其可包括以太网电缆等有线链路，和/或接入节点或者一个或多个网络680的无线链路。网络接口650允许处理单元601通过网络680与远程单元通信。例如，网络接口650可以通过一个或多个发射器/发射天线以及一个或多个接收器/接收天线提供无线通信。在一个实施例中，处理单元601耦合至局域网或广域网用于数据处理并与远程设备通信，远程设备可包括其它处理单元、互联网、远程存储设施等等。 [0039] 虽然本发明中已提供若干实施例，但应理解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，本发明所公开的系统和方法可以以许多其它特定形式来体现。本发明的示例应被视为是说明性而非限制性的，且本发明并不限于本文本所给出的细节。例如，各种元件或部件可以在另一系统中组合或合并，或者某些特征可以省略或不实施。 [0040] 此外，在不脱离本发明的范围的情况下，各种实施例中描述和说明为离散或单独的技术、系统、子系统和方法可以与其它系统、模块、技术或方法进行组合或合并。展示或论述的耦合，或直接耦合，或通信的其它项也可以采用电方式、机械方式或其它方式通过某一接口、设备或中间部件间接地耦合或通信。其它变化、替代和改变的示例可以由本领域技术人员在不脱离本文精神和所公开的范围的情况下确定。 |
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