接收数据的聚合的制作方法

本发明涉及一种聚合在多个接收器处收集的接收数据的方法，以便推断原始发送的数据。

背景技术：

预计移动通信技术的未来应用将涉及数量众多且快速移动的发射设备。这种应用的示例包括车辆到车辆和车辆到基础设施的通信，其可以用于自动驾驶、排队和道路定价。在道路上行驶的道路车辆可以彼此通信，或者与像沿着道路的接收器这种基础设施通信，以便发送他们的位置、速度、与前方车辆和预期的机动之间的间隔距离等信息。为了以符合要求的可靠性携带该数据，所使用的通信协议应具备良好的可靠性和低延迟并适应车载发射器的高度移动性。

图1示意性地示出了通信系统的架构。所述系统包括在道路2上移动的多个车辆1。沿着道路有固定的路侧收发器单元3。这些可以称为微微基站。收发器单元与控制单元4通信，其中控制单元4可以称为聚合器。聚合器与服务器5通信。每个车辆包括收发器，所述收发器可以使用无线协议与微微基站无线通信。在运行时，每辆车可以收集有关其状态的信息：例如车的位置、速度、与前方车辆和预期的机动之间的间隔距离。然后，车辆发送所述信息。所形成的传输可以由一个或多个微微基站接收。由微微基站接收的数据被转发到聚合器，聚合器将数据聚合以便推断发送的数据。一旦聚合器推断出发送的数据，就可以将所述数据转发到服务器。然后，服务器可以通过相反的路线将控制消息发送回车辆，例如，让车辆加速、减速或改变路线。

设计用于这种性质的系统的协议的一个问题在于，当用户设备(即，车辆中的收发器)的数量很大时，可能存在大量的信令开销来协调设备之间的传输以降低冲突的可能性。

针对这种系统提出的一种技术是载波侦听多址接入csma(carriersensemultipleaccess，简称csma)。这种技术涉及相应地监测无线信道和定时传输，以便降低信号冲突的可能性。这样存在的一个问题是，如果信道被占用，可能会引入时延。在自动化车辆应用中，这些时延可能对安全性产生影响。此外，csma可能需要用户设备在基础设施接收器之间频繁切换。

针对这种系统提出的另一种技术是长期演进随机接入信道lterach(longtermevolutionrandomaccesschannel，简称lterach)。这种技术存在的问题是，需要大量的信令开销来建立rach连接，可能无法解决信号冲突，并且可能造成很长的时延。

可以考虑的另一种技术是编码时隙aloha(codedslottedaloha)。众所周知，时隙aloha(slottedaloha)是一种用于定时通信传输的方案。在标准时隙aloha(standardslottedaloha)方案中，可能会发生信号冲突，并且如果需要，则重传消息。在编码时隙aloha中，每个发射器在不同时隙上发送消息的多个副本。来自不同发射器的传输可能会彼此冲突。在接收到产生的信号之后，执行连续干扰消除步骤。所述步骤允许解码某些消息，即使这些消息与其他消息冲突也是如此。编码时隙aloha在“通过图上代码的高吞吐量随机访问：编码时隙aloha”，保利尼等人，ieee通信国际会议(internationalconferenceoncommunications，简称icc)，2011，ieee2011，s1-6中有所描述。

需要一种改进的通信协议。

技术实现要素：

根据一方面，提供了一种用于估计从多个发射器发送的发送信号的方法，所述方法包括：多个接收器中的每个接收器在同一时间分别接收由发送信号产生的相应接收信号；为每个接收器确定方程系数集合；为每个接收信号形成接收信号的表征，其中每个接收信号的表征由根据为接收其接收信号的接收器确定的方程系数加权的元素组成；处理表征以估计所述发送信号，其中确定的方程系数使得所述表征实质线性无关。所述方法可以允许在多个接收器同时接收信号时独立地估计信号。

可以在物理和/或逻辑信道上发送该发送信号。信道可以在各个相应发射器和接收器之间延伸。所述确定步骤可包括：接收表示一个或多个信道性能的信道信息；根据信道信息为每个接收器确定候选方程系数集合；从候选方程系数集合中为每个接收器选择方程系数集合。通过根据信道信息确定方程系数集合，方程系数可能更适合于信道估计。

可以从一个或多个发射器和/或一个或多个接收器收集信道信息。从而可以提供信道性能的表示估计。

所述方法可以包括：第一次存储信道信息的指示；在第一次后第二次接收信道信息；估计第二次接收的信道信息与第一次接收的信道信息之间的偏差程度；根据偏差程度确定是否根据第二次接收的信道信息为每个接收器确定候选方程系数集合。这样可有助于避免过于频繁地更新系数。

所述选择步骤可以包括：为每个接收器估计两个或多个候选方程系数的运算速率；根据估计的运算速率为每个接收器选择方程系数集合。这样可有助于有效地估计发送信号。

所述方法可以包括：向发射器发送估计的运算速率的指示。所述方法还可以包括：根据估计的运算速率选择发送信号的数据速率；以不超过所选数据速率的数据速率发送该发送信号。这样有助于使信号以相对较高但可恢复的数据速率发送。

所述方法可以包括：为每个接收器选择为所述接收器确定的具有最大估计运算速率的方程系数集合。这样可有助于有效地估计发送信号。

可能会存在远离至少一个接收器的控制器。所述为每个接收器确定候选方程系数集合的步骤由控制器执行。这样可以为分布式处理提供便利的网络架构。

所述处理表征以估计发送信号的步骤由控制器执行。这样可以为分布式处理提供便利的网络架构。

所述为每个接收器从候选方程系数集合中选择方程系数集合由各个接收器执行。这样可以为分布式处理提供便利的网络架构。

所述方法可以包括：向控制器发送选择的系数。然后，控制器可以在估计发送信号时考虑这些系数。

发射器可用于同时在多个物理和/或逻辑信道上发送消息。所述方法可以包括：为接收器确定多个信道中的每个信道的方程系数集合；为在多个信道中的各个信道上接收的信号中的每个信号形成接收信号的表征，其中每个接收信号的表征由根据为相应的信道确定的方程系数加权的因子组成；为多个信道中的每个信道估计为其选择的方程系数的运算速率；选择其方程系数产生最高运算速率的信道；基于为相应的信道选择的方程系数的加权组合，为在所选信道上接收的信号形成其表征；处理表征以估计发送信号。从而可使得网络资源得到有效利用。

所述方法可以包括：所述接收器(i)为在多个信道中的每个信道上接收的信号形成接收信号的表征，其中每个接收信号的表征由根据为各自相应的信道确定的方程系数加权的因子组成；(ii)为多个信道中的每个信道估计为其选择的方程系数的运算速率；向远离接收器的处理单元发送表征和估计的运算速率；处理单元(i)选择其方程系数产生最高运算速率的信道，(ii)处理所述表征以估计发送信号。从而可使得有效恢复发送信号。

根据另一方面，提供了一种通信网络，包括：一个或多个网元，用于执行下列步骤：发送从多个发射器发送的信号；多个接收器中的每个接收器在同一时间分别接收由发送信号产生的相应接收信号；为每个接收器确定方程系数集合；为每个接收的信号形成接收信号的表征，其中每个接收信号的表征由根据为各自相应的信道确定的方程系数加权的因子组成；处理表征以估计发送信号；其中，确定的方程系数使得表征实质线性无关。

所述发射器为移动发射器，例如，车载发射器。从车载发射器发送的信号包括指示车辆的操作状态的信息。从车载发射器发送的信号包括指示车辆的位置的信息。这些特征可能特别有益于自动化车辆应用。

附图说明

现将参考附图通过示例的方式对本发明进行描述。

在附图中：

图1示意性地示出了通信系统的架构；

图2为计算和转发中继的原理示意图；

图3是涉及特定消息的重复传输的本发明变体的时序图；

图4示出了将下面描述的系统与编码时隙aloha示例系统进行仿真比较的结果。

具体实施方式

下面将描述的系统可以用在如图1所示的物理结构中。图1中的车辆1a被放大以示出其携带收发器10，其中收发器10与车辆的车载动力控制系统通信，例如，动力系统(包括引擎/发动机)11、卫星定位单元12、用于确定路线的导航单元13、接近传感器14和转向单元15。指示这些系统状态的数据可以由收发器10发送到一个或多个微微基站3，进而转发至服务器。服务器可以使微微基站向收发器10发送数据，通过改变动力系统的状态，使得车辆加速或减速，或者通过改变转向单元的状态，使得车辆改变路线。所述数据可以由收发器10接收并由车辆执行。收发器10和微微基站3还可以交换控制信息以支持它们之间的无线链路的操作。

图2示为可以在图1的架构中实现的运算和中继转发的原理示意图。图2示出了车载收发器30(对应于收发器10)、无线信道31、路边收发器32(对应于收发器3)和中央控制器33(对应于聚合器4)。收发器30具有待传输的原始数据w1和w2。对这些数据进行编码和调制以形成通过空中传输的消息x1和x2。可以同时发送这些消息。具有信道系数hmn的信道存在于第n个发射器和第m个接收器之间。接收器接收发送的信号，并确定这些信号，从而获得来自发射器的叠加信号的表示u1和u2。对于第m个接收器和n个发射器的情况，

其中βml是二元方程系数。然后将这些表示转发到中央控制器33。中央控制器可以尝试求解一组同时(“二进制”)方程以恢复原始消息wn。如果信道代码是二进制的，那么方便选择二进制方程系数。如果信道代码是不是二进制的，那么可以从包含信道代码的相同空间中选择方程系数。

这种类型的系统可以允许高吞吐量，因为时隙不需要特定用于各个设备，并且信令开销低，因为不需要安排车载收发器避免彼此的传输。然而，为了使原始消息的恢复可靠，用于形成表示um的发送消息的组合应实质上或完全线性无关。现在将描述促进这种关系的方法。

概括地说，在发送消息之间提高实质上线性无关的组合的过程如下：

a、中央控制器收集信道hmn的信道状态信息(channelstateinformation，简称csi)。基于所述csi，中央控制器为每个中间收发器31确定候选方程系数集合。选择方程系数，从而使得产生由不同中间收发器31解码的表示um的组合是线性无关的，或者实质上线性无关的：即，无关到可以以可接受的可靠性恢复发送信号。

b、中央控制器向每个中间收发器31传送已经为其确定的候选方程系数集合。

c、n个车载终端设备30发送无线信号xn。在中间收发器31根据各个信道系数hmn叠加发送的无线信号。任意数量的终端设备30可以同时发送。

d、每个中间收发器31选择实际使用的方程系数a，可以为其接收的数据的每个终端设备选择单个系数或一个系数。中间收发器31从步骤b中传送给它的候选方程系数中选择这些系数。如将在下文中更详细讨论的，中间收发器31可以根据其配置和/或其关于无线信道状态的信息选择这些系数。中间收发器31可以选择其确定的系数，使控制器能够以最大速率恢复信号。

e、每个中间收发器31基于在步骤d中选择的方程系数a对由其接收的发送信号的叠加进行解码。

f、每个中间收发器31将解码的方程以及其选择使用的方程系数的指示转发到中央控制器。

g、中央控制器使用完整的解码方程集合并使用方程系数来估计原始消息数据。因为选择方程系数使得由中间收发器31解码的方程至少实质上独立，所以可以以可接受的准确度估计原始消息数据。

为了在步骤a中确定候选方程系数的集合，中央控制器应该在各个无线信道上访问csi。csi可以由一个或多个中间收发器31收集并转发到中央控制器。csi可以由一个或多个终端设备30收集并且经由一个或多个中间收发器31转发到中央控制器。csi可以取决于由中央控制器收集的关于终端设备30的位置的信息。终端设备的位置可以由与所述终端设备相关联的定位单元估计(例如，由同一车辆携带)。所述位置可以通过一个或多个中间收发器31报告给中央控制器。终端设备的位置可以由中间收发器或其他方式估计。csi还可以取决于定义中间收发器31位置的数据。csi可以与终端设备的估计的位置一起帮助去表征潜在长度并因此表征每个信道的预期性能。csi可以随时间聚合。

在步骤a中为第m个中间收发器确定的方程系数mm由方程mm＝{x∈z^k:mod(x,2)∈bm}给出，其中并且选择方程系数mm使得各个中间收发器的方程将与其他中间收发器处的方程独立。在这种关系中：k是对应于发射器数量的维度，z^k是维度k的所有整数的集合，x是由这些整数组成的长度为k的向量，bm是中间收发器m的二进制系数集合，并且f2^k是顺序/大小为2的有限域，其结果是bm是由0和1组成的长度为k的向量。

在步骤c中，终端设备通过公共物理和/或逻辑链路同时发送。可以认为所述链路在各个发射器和接收器之间提供多个信道，如图2所示。为了便于中间收发器解码，优选的是，每个发射器使用相同的码率和/或使用相同线性码对信号进行编码。应当理解，其他系统也是可以的。例如，一个发射器可以根据另一个发射器可用的编码子集进行编码。应当注意的是，不同于时隙aloha系统，不需要调度单个发射器来对无线资源的访问，并且不同于编码时隙aloha系统，不需要多次发送相同的消息以实现可以恢复消息。

在步骤d中，每个中间收发器31选择要使用的一个或一组方程系数a。中间收发器31从步骤b中提供给中间收发器31的候选集合中自主地进行选择。要使用的一个或一组方程系数的选择可以取决于相应的中间收发器的配置和/或中间收发器当前的信道估计数据。由每个中间收发器接收的信号y是受相应信道特性h(可以为实数值)和加性噪声z影响的发送信号x的线性组合。对于第m个中间收发器，并且对于n个终端设备的传输，接收信号ym为原则上，选择将与不同的中间收发器产生线性无关方程的系数a将可以为恢复原始信号提供良好的机会。然而，优选地，在实际使用中中间收发器选择使运算速率最大化的系数，也就是说，中央控制器可以在这个速率下解码线性组合的速率。所述速率r(hm,am)由下式给出：

其中hm是元素hmi的信道矢量，其中m是接收器索引，i是发射器索引，h是共轭转置算子。这可以求解以导出要使用的系数a。一种方法是通过以下方式解决最短约束矢量点阵问题：

-定义其中m∈[1,l]是相应的中间收发器31的索引，并且h∈cⁿ是从第n个终端设备到第i个中间收发器的信道。

-解决约束的最短矢量点阵问题，mina^hgma满足a∈mm，即，从步骤b中提供给相应中间收发器的候选值的集合mm中选择值a，a可以是整数。

一旦确定了在中间收发器的运算速率，就可以将其发送到将与所述收发器通信的一个或多个终端设备。这种终端设备可以根据传送给它的速率选择传输速率(例如，数据速率或符号速率)。这可能有助于最大化系统中的可用带宽。终端设备可以以这样的方式选择传输速率，即，对于其所通信的接收器中的至少一个接收器，优选地，全部接收器，终端设备不超过所述运算速率。

在步骤e中，每个中间收发器31基于如上所述选择的方程对由其接收的发送信号的叠加进行解码。假设已经从集合mm中选择了a，假设a是整数，并且假设信道不受约束，则实际信道系数h可能与方程系数a不匹配。如果修改接收的数据以使得与所选择的方程系数更接近匹配，则可以提高成功恢复原始消息的可能性。这可以通过对第m个中间收发器31，将接收信号缩放值αm来实现。对于具有方差σ²的高斯噪声，可以看出，将αm设置为可以最小化运算噪声。考虑到αm，第m个中间收发器的解码器的输出可表示为在所述方程中，项∑k(amhmn-amn)xn+zm表示由于hmn的近似值amn形成的噪声，并且优选地应该通过适当选择αm来减小幅度。如上所述，由第m个中间收发器解码的方程由下式给出：

其中βmi是二进制方程系数，满足βmn＝mod(amn,2)，wk是原始消息，如图2所示。

可以在任何方便的时间重复步骤a和b。为了效率，优选地，不通过计算新的候选系数并且频繁地将这些候选系数发送给中间收发器来占用带宽和处理时间。中央控制器可以在最后计算候选方程系数时存储csi的指示。然后，中央控制器可以不时地将当前csi与存储的csi进行比较。如果两者之间的偏差超过预定义阈值，那么可以重新计算候选系数并将其重新发送给中间收发器。或者，如果它们与当前由收发器保存的系数相差超过预定阈值，可以基于当前csi不时地重新计算候选系数，并将其发送给中间收发器。或者，可以按照预定义的时间间隔计算和发送候选系数。

在如上所述的系统中，每个发送消息都被发送一次。可以根据请求重传所述消息，例如，如果所述消息因为干扰而丢失。图3是使用上述系统的多样化变体进行通信的时序图。图3示出了终端设备30、中间收发器中继器32和中央控制器33。在所述系统中，所述设备用于在不同的频谱资源上多次发送消息(步骤40)，例如，通过不同的逻辑和/或物理信道和/或不同的时间。使用与上述类似的原理，中间收发器解码那些信号(步骤41)并通过相应的方程表示每个频谱资源上的信号。将这些方程、方程系数和方程可靠性的指示发送给中央控制器(步骤42)。可靠性指示可以是如上所述的运算速率r。中央控制器根据运算速率选择使用哪个方程(步骤43)。优选地，中央控制器选择使用具有最大运算速率的方程。这样可以在消息仅发送一次的系统中增加恢复原始消息的可靠性。

图4示出了对于使用上述原理的系统的归一化吞吐量与平均信噪比(signal-to-noiseratio，简称snr)的仿真，其中ofdm空口具有图1所示的拓扑中的四个终端设备和四个中继。图4表示使用上述原理的系统可以在较高的平均snr水平下提供比编码时隙aloha(codedslottedaloha，简称csa)系统大得多的吞吐量。

在如上所述的系统中，在中间收发器和中央控制器之间进行处理的分配。实际上，可以以任何期望的方式在物理和/或逻辑网元之间划分功能。例如，中央控制器可以与中间收发器集成。

在如上所述的系统中，终端设备与车辆相关联。终端设备可以是其他类型的设备，例如个人电话、个人数据设备或固定位置的物联网设备。

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