通信方法和通信参与者与流程

本发明的实施例涉及一种通信方法以及涉及诸如发射机或接收机、或者收发机之类的通信参与者，并且涉及具有一个或若干个通信参与者的对应系统。优选实施例涉及一种用于实时无线电系统中的高效网络编码协作的方法或者总体上涉及网络编码。

背景技术：

1、无线电系统，特别是在具有快速反应时间或对安全性或可用性有强烈要求的工业应用中，面临着对双向传输中的丢包率、数据速率或时延的高要求。

2、图1示出了由五个无线电节点10a至10d组成的示例无线电系统。这种节点的示例是可移动场景中的传感器或致动器，例如(引擎)控制器。示例包括可移动场景中的传感器或致动器或者(引擎)控制器。

3、为了在无线电传输中实现确定性时间行为，通常采用调度方法或时间复用方法(时分多址(tdma))。在无故障传输的情况下，这会导致确定性时延或周期时间。在干扰传输的情况下，必须采取措施。这些措施不能违反对传输的时间要求，否则外部控制器系统会对传输干扰做出反应，例如紧急操作或关闭机器。

4、提高鲁棒性的措施通常以不同的方式执行：

5、-信道编码，用于改善单个链路

6、-在周期时间内具有分组重复的重传或arq/harq方法。

7、-天线分集，在多路径传播的情况下利用若干个传输路径

8、-中继和协作方法(协作通信(cc))，即通过其他无线电节点(rn)作为转发中间节点进行分组转发。通过该中间节点也产生路径冗余。

9、例如，图2a中示出了这种协作通信。

10、图2a示出了向接收机10e传输数据分组的若干个发射机10s1至10sm。若干个中继节点10r1至10rn设置在它们之间。例如，发射机10s1至10sm(源节点)在m个(正交)资源块(时间和/或频率块)中传输数据分组。n个中继节点10r1至10rn将该信息转发给10e(实线)。例如，每个中继节点需要m个正交资源来传输其传输向量bri，该传输向量是长度为m的向量。与直接连接(虚线)相反，该过程表示数据流从10s1到10e的间接(协作)传输。图2b中示出所得数据流。可以看出，对转发的资源需求(参见传输向量brn)与初始传输sn＝>c(c＝所有潜在接收机，即10e和/或中继节点10r1至10rn)或直接传输(虚线)相比显著增加。其背景是每个中继节点10r1至10rn单独地转发所有数据分组。如图3所示，通过中间节点10r1至10rn在转发中使用网络编码(nc或ncc)改善了这种情况。

11、图3a进而示出了数据源10s1至10sm通过使用中继10r1至10rn与数据接收器10e进行通信的情况。例如，中继节点10r1至10rn执行nc或ncc，并且在n个资源块中传输以将数据分组转发给接收机10e(接收器)。传输向量br1、br2和brn(参见图2b)通过网络编码协作ncc显著压缩(参见图3b中的br1、br2、brn)，其中，传输向量br1仍然根据由源节点传输的信息信号来生成。

12、当一条链路上的可能性通过信道编码耗尽时，cc，特别是ncc具有巨大的潜力，因为整个系统的所谓分集阶数(传播路径的数量)增加了。

13、由于每个所接收的分组在cc中转发，因此信道占用率急剧增加。可以通过ncc避免这种情况，因为在这种情况下，所转发的分组被组合。因此，信道占用率不会增长。然而，现在需要关于组合分组中包括哪些分组的信号化。

14、对于具有低确定性时延的无线电网络，该ncc信号化工作是一个需要解决的问题。

15、在现有技术中，也存在几种方法来解决所描述的问题。ncc描述了在转发之前通过路由器对数据分组进行组合和编码的方法。在这种情况下，若干个数据分组(数目n)各自用系数(所谓的编码系数)进行加权，并且进行相加。为此，使用有限域中的代数，并且采用大小/符号长度为g比特的伽罗瓦(galois)域中的乘法/加法。

16、随后，分析现有技术，其中，分析结果(即，对现有技术中问题的识别)是本文要求保护的教导的一部分，因为识别问题及其原因代表本发明的基础。具体地，对原因的分析可以包括关于所要求保护的解决方案的指示，因此应与现有技术的反映分开考虑。

17、图4示出了基于两个源分组(源数据分组1、源数据分组2)的编码分组的示例性计算。每个源数据分组分别与对应的编码系数c1和c2相乘，并且进行相加(xor运算)。编码系数c1和c2的级联被称为编码向量n*g(大小：2*g比特)。

18、为了使接收机能够对分组进行解码，信息(相关信息，例如关于源分组、编码分组、它们各自包括的编码系数和/或有效载荷的结构的信息)通常是已知的。编码系数通常被概括为所谓的编码向量。

19、编码系数以比特为单位的数据量g取决于所使用的伽罗瓦域的大小/尺寸。因此，具有特性2的伽罗瓦域产生2g个编码系数。对于g＝1的最小数据量，编码系数可以采用值0或1。

20、如果不知道包括哪些源分组以及要在哪些rn之间传输这些分组，则必须传输附加标头信息。它包括确定数据源和数据接收器的两个逻辑地址以及每个源分组的编码系数，其中，逻辑地址可以通过所谓的节点标识(节点id/nid)来描述。为此，每个无线电节点具有唯一的nid(本文不讨论nid的分配)。

21、因此，图5中进一步示出了完整的标头。图5的示例同样开始于以下假设：源数据分组data1要与编码系数c1相乘，并且源数据分组data2要与编码系数c2相乘，以便将它们添加到编码分组(编码数据)。编码分组(有效载荷数据分组)是数据分组20的一部分，并且设置有附图标记22。标头24被插入到编码分组的前面。例如，它包括关于数据源和数据接收器(例如，nid1至nid2)的信息以及关联的编码系数(例如，c1)。该相关信息设置有附图标记24a，并且实质上定义了用于将data1(源分组1)从nid1传输给nid2的边界条件(参见附图标记kom1)。另外，标头24还包括区域24b，其中传输关于data2(源分组2)的传输的信息(参见附图标记kom2)。这进而包括关于数据源nid1、数据接收器nid7的相关信息以及所使用的编码系数c2。

22、示例1：无线电节点之间的任意组合：

23、无线电节点具有短nid(7比特)作为逻辑地址。作为伽罗瓦域，选择g＝4的gf(24)。另外，在一个通信周期中要传输8个源分组。通常适用的数据分组可以具有以下形式：

24、

25、可以看出，有效载荷编码数据22包括可能要传输的八个源分组的数据，这基于标头24变得清楚。针对要传输的每个源分组(每行)，标头24包括关于数据源的一个信息、关于数据接收器的一个信息以及对应的编码系数。

26、每个编码源分组所需的ncc标头长度为7比特的源nid+7比特的目的地nid+大小为4比特的伽罗瓦域＝18比特。这产生8*18比特＝18个字节的数据量。

27、无线电节点具有短nid(7比特)作为逻辑地址，1比特指示固定无线电节点(基站)是上行链路还是下行链路。作为伽罗瓦域，选择g＝4的gf(24)。另外，在一个通信周期中要传输八个源分组，例如，这对应于其中基站与四个现场设备进行通信的无线电系统。

28、通常适用的编码分组则会为(这里，例如，无线电节点5是基站)：

29、

30、即，在每种情况下，标头24仅包括关于数据源的一个信息与关于数据流方向的一个信息的组合。编码系数仍然包括在要传输的每个源分组中。

31、每个编码源分组的ncc标头长度会是：

32、7比特的nid+1比特的ul/dl+大小为4比特的伽罗瓦域＝12比特

33、这产生长度＝n个源分组*12比特＝8*12比特＝12个字节。

34、在具有短时延的传输中，每个通信周期要传输的数据量是有限的。典型的分组大小为30～255个字节。

35、在这方面，12或18个字节的标头开销会占很大比例。

36、现有技术中已经存在解决相关问题的一些方法。在这方面，值得注意的是国际专利申请wo 2014/134276 a1，其涉及无线网络协议和对应的方法。另一现有技术文献是us964780b2，其涉及网络编码。us10270468b2涉及一种在分布式存储系统中使用的方法。us2018/0302836描述了一种用于网状网络的协议。ep 3384619 a1描述了用于执行扩展网络编码的方法和布置。

37、上述方法均无法提供减少或显著减少标头长度的可能性。

技术实现思路

1、本发明的实施例基于减少无线电通信系统中的信号化工作的目的，特别是在支持具有低时延的实时通信的无线电通信系统中。

2、该目的通过独立专利权利要求的主题来解决。

3、本发明的实施例提供了一种通信方法，具有中心的传输步骤，例如通过中继节点转发至少一个数据分组。该数据分组包括标头和编码分组。根据实施例，编码分组可以用于要沿不同传输方向，例如在一个或若干个源与一个或若干个接收器之间或者在一个源与一个或若干个接收器之间传输若干个源分组。在这种情况下，例如，针对要作为编码分组传输的每个源分组，使用一个编码向量(例如，每个编码分组一个编码向量)。例如关于编码向量的至少一个相关信息可以在标头中一起传输。标头以可导出的方式包括来自以下组的与用于解释编码分组有关的至少一个第一信息，其中，该组包括以下信息中的一项或若干项：

4、-关于编码分组的一个或若干个源的信息和关于编码分组的一个或若干个接收器的信息，或者关于编码分组的一个或若干个源(32)或接收器的信息与关于传输方向的信息的组合：

5、-编码向量，其中，编码向量被单独包括、整体包括、预先指定或引用，其中，将编码系数分配给编码向量。

6、另外，传输过程包括：在考虑预配置信息的情况下，从至少一个第一信息中导出该组中与用于解释编码分组有关的一个第二信息。

7、本发明的实施例基于以下发现：可以通过传输包括在标头中或通过其他信息引用的编码向量、以及直接包括或引用(即，可以导出)的关于数据源和数据接收器的信息与预配置信息(例如，编码矩阵、调度表或请求列表)的组合来最小化信号化工作。其背景是：通过标头中包括的相关信息，可以通过使用(例如，预先传输的)预配置信息来确定另外的相关信息。例如，第一最小化阶段是可能的，因为编码系数或cv索引(对编码系数的引用，或在编码向量中)被概括为以列表类型(请求列表)的形式与一个或若干个通信伙伴或通信对相关联，使得不必在标头中传输编码/解码所需的所有编码信息。附加地或备选地，与通信过程和/或源分组相关联的编码系数或编码向量可以包括在矩阵类型(编码矩阵)中，其中，该矩阵由标头信息引用。因此，对于要传输的源分组，每个通信伙伴接收所需的编码和/或解码信息，特别是预配置信息，其中，通过引用来最小化标头的范围。

8、因此，根据优选实施例，可以使用预配置的配置(例如编码矩阵、调度表或请求列表)来压缩标头中的信息内容。根据实施例，例如，编码矩阵可以包括编码向量或编码向量索引之间的连接，二者都允许得出关于编码系数的结论，并且包括要传输的源分组的编号。备选地或附加地，根据另外的实施例，可以使用所谓的调度表。例如，从传输无线电节点(源)的角度来看，调度表取决于通信过程编号来指定数据接收器。备选地或附加地，根据实施例，可以使用所谓的请求列表，其结合对应的数据流方向，基于传输节点(数据源)来指定不同数据接收器和/或不同通信伙伴的编码向量索引。备选地或附加地，该请求列表还可以指定对相应集群id的分配。

9、也就是说，根据实施例，基本实施例被扩展为使得通常在标头中传输的信息现在仅以可导出的方式(即，通过参考预配置信息，例如调度表、请求列表，或编码矩阵)来传输。换言之，例如，关于源和接收器的信息和/或关于编码向量的信息不仅直接包括在标头中，而且还间接包括在标头中。由此，在最小的情况下，可以以每个有效载荷部分(源数据分组)一比特进行操作。

10、根据实施例，通信方法可以包括以下步骤：从标头的其他信息中导出标头的信息，或者在考虑调度表和/或编码矩阵和/或请求列表的情况下，从标头的其他信息中导出标头的信息。

11、根据实施例，针对每个通信过程(cp)，要传输的若干个源数据分组中的每一个可能已经向其分配恰好一个编码系数。根据另外的实施例，如果假设从固定通信伙伴(例如，固定基站或源)开始执行传输，则可以在标头中省略关于源的附加信息。也就是说，标头仅包括关于有效载荷(编码分组)的一个或若干个接收器的信息，可能还包括传输方向。

12、根据实施例，上述请求列表用于导出如下的另外信息：请求列表包括关于一个或若干个源分组的一个或若干个源和/或接收器的信息。例如，请求列表可以包括一个或若干个源和/或一个或若干个接收器到对应编码向量索引的分配。

13、根据实施例，数据分组包括用于包括上行链路传输和下行链路传输在内的至少两个传输或不同通信伙伴之间的至少两个调度传输的cv索引。然后，这些cv索引可以相应地按顺序编号包括在请求列表中。根据实施例，按照时间序列执行针对若干个数据分组的通信过程。即，针对一个或若干个(连续编号的)通信过程重复传输步骤或者传输步骤和导出步骤(组合)，和/或按照时间序列(tdma)重复传输步骤或者传输步骤和导出步骤(组合)，并且因此可以被(连续)编号。根据实施例，可以在所谓的调度表中指定该时间序列。根据实施例，调度表包括通信过程到相应源和/或相应接收机的分配。例如，通信过程的时间序列或调度表可以具有时隙到一个或若干个相应数据源(和/或相应数据接收器)的固定分配。备选地，可以针对每个通信过程指定固定通信伙伴和一个或若干个关联的源或接收器。这里，关于传输方向的指示是可以想到的。

14、关于该编码向量或所期望的(例如，调度的和/或预期的)编码向量，根据实施例，应当注意，它可以取决于通信过程的(连续)编号或者可从通信过程的(连续)编号中导出。例如，该连接(或者一般地，通信过程(cp)与用于源分组的编码系数之间的连接)可以存储在所谓的编码矩阵中。根据实施例，编码矩阵指定通信过程与用于源分组的编码系数之间的连接。备选地，在编码矩阵中定义了相应的固定编码系数到相应的通信过程的固定分配以及编码向量索引，其中，作为信息，标头包括编码向量(cv)的关于源分组(分配给编码向量索引)是否包括在数据分组(20)中的信息(参见下面的扩展1)。换言之，可能结合传输方向，针对每对数据源-数据接收器(或者一般地，每个数据源和/或每个数据接收器)指定编码向量。

15、根据另外的实施例，可以在标头和/或编码矩阵中提供编码向量索引(即，例如线索引(引用所期望的编码向量))，而不是具有编码系数的编码向量。例如，针对每个通信过程指定该编码向量索引，或者可直接从相应通信过程中导出该编码向量索引，其中，可以通过使用编码矩阵从该编码向量索引中导出所期望的编码向量(例如，如果请求列表和/或调度表和/或编码矩阵是已知的)。在这种情况下，创建所谓的压缩(以无损方式压缩)的编码数据分组。

16、根据另外的实施例，标头仅包括关于要传输的每个源分组的一个源的信息。例如，如果例如使用请求列表和/或调度表和/或编码矩阵，则这使得可以从关于该源的信息中导出接收器。根据实施例，调度表包括关于接收器的指示。

17、根据另外的实施例，可以想到在不同的传输方向上对若干个源与若干个接收器之间或者在一个源与一个接收机之间的若干个请求进行聚类。不同的集群可以在请求列表中指示，因此使得各个源/接收器对能够指定这些节点在通信过程中的参与类型，以便有利地减少cv长度，因为例如相同的cv可以重新用于不同的集群。即，通过向每个请求分配集群的分配来补充请求列表。

18、根据实施例，在传输至少一个数据分组之前，在通信伙伴之间发生预配置信息(诸如调度表和/或编码矩阵和/或请求列表)的交换或分发。根据实施例，可以基于调度表和/或编码矩阵和/或请求列表来执行对发射机和/或接收机的配置。这是有利的，因为缩减了标头中的信息并且它们全部访问相同的预配置数据。

19、当将上述通信方法简化为传输或转发过程时，由发射机或者在传输/转发时执行传输。根据实施例，传输可以包括通过使用编码向量对有效载荷进行编码和/或生成标头的子步骤。根据另外的实施例，还包括以下子步骤：

20、·从编码矩阵中读出针对当前通信过程指定(调度)的编码向量；

21、·验证和/或适配与编码向量相关联的编码系数(这里，适配意味着如果不是所有源分组都可以按计划传输，则相应地适配所读出的编码向量：例如，如果无法传输第二数据分组(针对第二编码系数的数据分组)，则将cv 345设置为305。例如，当系数不等于0时，验证源分组的可用性；如果不可用，则在标头中将系数设置为＝0；

22、·通过使用编码系数对源分组进行编码；

23、·在考虑编码向量的情况下生成标头；

24、·将标头和有效载荷/编码分组组合为数据分组。

25、根据另外的实施例，如果通信方法现在被简化为接收，则这可以是接收的一部分或者可以由接收机执行。在这种情况下，该通信方法例如包括以下步骤：

26、·从编码矩阵中读出针对当前通信过程定义(期望)的编码向量；

27、·通过使用编码向量对有效载荷进行解码；

28、·根据实施例，例如，每个通信伙伴在配置之后验证它是否是通信过程的一部分。

29、显然，该方法还可以是计算机实现的，使得各个步骤由软件引发。

30、另一实施例涉及具有标头的数据分组，其中，标头以可导出的方式(例如，通过引用预先交换的信息)包括与用于解释相关的上述信息。

31、另一实施例涉及通信伙伴，具体地，发射机或中继器，或者具体地，接收机。

32、通信伙伴被配置为传输具有标头和有效载荷/编码分组的至少一个数据分组，其中，标头以可导出的方式包括以下信息：

33、·关于有效载荷的一个或若干个源的信息和关于有效载荷的一个或若干个接收器的信息，或者关于有效载荷的一个或若干个源或接收器的信息与关于传输方向的信息的组合：

34、·编码向量，其中，编码向量被单独包括、整体包括或指定；其中，编码向量具有向其分配的编码系数。

35、通信伙伴被配置为在考虑预配置信息的情况下，从标头的其他信息中导出标头的信息。

36、显然，通信参与者也可以同时是发射机和接收机。也就是说，每个通信参与者包括具有一个接收机和一个发射机的收发机。例如，ue或iot设备等被用作通信参与者。

37、另一实施例涉及具有充当发射机的至少一个通信参与者和充当接收机的一个通信参与者的通信系统。显然，通信系统还可以包括多个通信参与者。

38、根据实施例，所开发的方法可以用于具有低时延(即，在一个通信周期内执行节点之间的通信)的确定性通信系统。

39、根据另外的实施例，无线电节点彼此直接通信，即它们位于彼此的无线电范围内。这使得可以利用所谓的偷听(overhearing)效果。在这种情况下，无线电节点还可以接收不属于它们自己而是属于其他无线电节点的数据分组，并且转发这些数据分组。

40、根据实施例，参与者的数量以及无线电节点之间交换的每个通信周期的数据量在运行时是可配置且可调整的。不一定提供通信周期在时域中的自发的、快速的变化。

41、根据实施例，该方法包括：在传输至少一个数据分组(20)时，转发来自源(另一节点)的源分组，或者转发来自若干个源(另外的节点)的若干个源分组。例如，由中继节点执行转发。备选地，它可以包括转发从源接收的数据分组或者转发从若干个源接收的若干个数据分组。这里，执行重新编码，即转发包括通过使用(例如，与所接收的数据分组不同的)另一编码向量进行编码。