一种大规模单入多出系统使能的短数据包超可靠低时延传输方法技术方案

本发明专利技术提供了一种大规模单入多出系统使能的短数据包超可靠低时延传输方法，包括：1、构造具有低信号处理时延的短数据包物理层非相干传输方案；2、获取接收端高斯白噪声的瞬时方差信息；3、利用噪声方差信息，在信号调制阶数与平均功率约束下，确定自适应链路信噪比的有限字符星座优化问题；4、将优化问题转化成多维参数空间内的星座结构设计与比特分配问题；5、基于该转化问题，针对不同调制阶数，确定各参数空间的最优星座结构与比特分配方案；6、在误比特率与传输速率要求下，解决接收端天线数的优化配置问题。本发明专利技术在快变信道下，能够避免信道估计操作，充分利用空间分集与时间编码增益，实现短数据包的超可靠低时延传输。

【技术实现步骤摘要】
一种大规模单入多出系统使能的短数据包超可靠低时延传输方法
本专利技术涉及通信
，具体涉及一种大规模单入多出系统使能的短数据包超可靠低时延传输方法。
技术介绍
与目前的无线通信物理层传输机制不同，由于对时延的严格要求，超可靠低时延通信(UltraReliableLowLatencyCommunications，URLLC)系统的主要特点是进行短数据包的传输，这将对现有物理层信号传输理论分析方法和编码调制方案设计提出以下两点主要挑战：(1)传统基于信道容量或信道中断概率准则对长数据包(长码、长帧等)传输性能衡量的研究分析方法及其逼近信道容量或可达信道容量的编码方法已不再适用。(2)短数据包传输过程中系统时间分集将严重受限，传统长包传输过程中基于交织、混合自动重发等提高系统时间分集增益的技术将受到极大限制。为提高系统可靠性，需开发无线通信系统中其他可利用的分集资源。因此，为了降低系统时延并确保无线通信链路的可靠性，研究如何减少短数据包传输对具有较强纠错能力的信道编码方案的依赖以及利用其他分集资源(空域、频域)来提升系统可靠性，对于第五代通信系统(5-thGeneration,5G)实现超可靠低时延通信具有重要意义。大规模单入多出(Single-InputMultiple-Output,SIMO)系统以其较大的天线阵列增益、准确定性信道、高空间分集增益与频率分集增益的特点，能够显著提高通信链路信噪比，可以在信道占用次数受限情况下，极大提高链路的可靠性，减轻信号传输对现有具有较强纠错能力的信道编码方案的依赖，被认为是实现超可靠低时延通信中短包传输的使能技术方案之一。然而，在URLLC场景下，由于移动终端(如无人机、无人驾驶等)可能存在的超高移动性，链路信道状态信息(ChannelStateInformation,CSI)剧烈变化，如何获取瞬时CSI被认为是大规模SIMO系统进行短数据包传输时面临的主要挑战。在当前长数据包传输过程中，发送端能够发送充分长的训练序列来获取精确的CSI，以此达到在接收端相干检测的目的。然而，在短数据包传输过程中，由于控制数据和信息数据尺寸相当，训练序列的使用会极大降低系统的频谱效率；另一方面，在短数据包传输过程中，由于占用信道次数有限，基于训练序列估计的信道状态信息精度将受到严重影响。因此，瞬时CSI的有效获取被广泛认为是限制大规模SIMO系统实现URLLC的技术瓶颈。目前，虽然针对多天线系统的盲信号处理和差分调制方法可以解决CSI获取的难题，但盲信号处理方法往往需要使用较长时间的采样窗口来获取，因此不能够满足短数据包对时延的要求。差分调制方案虽然可以简化相干机制中的信道估计操作，但其相对于相干机制会有3分贝的误差性能损失，并不能确保短包传输的可靠性。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，一种大规模SIMO系统使能的短数据包超可靠低时延传输方法利用参数化调制星座与低时延卷积信道编码模块，能够避免信道估计操作模块，满足短数据包传输对无线通信超高可靠性与低时延的严格要求。第一方面，本专利技术提供一种大规模SIMO系统使能的短数据包超可靠低时延传输方法，所述方法包括：S1：构造具有低信号处理时延的短数据包物理层非相干传输方案；S2：获取接收端高斯白噪声的瞬时方差信息；S3：利用噪声方差信息，在信号调制阶数与平均功率约束下，确定自适应链路信噪比的有限字符星座优化问题；S4：将优化问题转化成多维参数空间内的星座结构设计与比特分配问题；S5：基于该转化问题，针对不同星座调制阶数，确定各参数空间的最优离散星座结构与比特分配方案；S6：在误比特率与传输速率要求下，解决接收端天线数的优化配置问题。优选地，所述步骤S1具体包括：大规模SIMO系统无线链路物理层采用非相干参数化调制模块，外层级联卷积编码模块，该编码与调制模块能够避免信道估计操作，且能够实现快速的非相干最大似然检测算法。优选地，所述步骤S2具体包括：基于大规模SIMO系统的无线信道硬化特性，利用特征值分解工具，在连续两个符号传输时隙内确定高斯白噪声的方差。优选地，所述步骤S3具体包括：针对广义参数化调制星座，分析系统在接收端天线数量趋于无穷时，检测器误符号率的收敛性能；并基于最小化系统误符号率准则，在调制阶数与星座平均能量约束条件下，确定离散星座优化问题。优选地，步骤S4具体包括：利用采用的参数化星座结构特殊性，将星座优化问题转化成连续参数空间内离散星座结构与比特分配问题。优选地，所述步骤S5具体包括：针对星座优化转化问题，采用混合优化的方法，求解星座优化问题的最优解。优选地，所述步骤S6具体包括：面向不同超可靠低延时业务对超高可靠性要求，采用计算机模拟的方法，在不同信噪比下，联合优化大规模SIMO系统接收端天线数与内层非参数化调制星座的阶数。由上述技术方案可知，本专利技术提供一种大规模SIMO系统使能的短数据包超可靠低时延传输方法，通过在系统物理层中使用参数化调制星座级联外层卷积信道编码模块，解决短数据包在传输时因信道估计而产生的时延增加的问题。同时，接收端采用大规模天线阵列，通过利用空间分集增益与优化离散星座来增加编码增益，解决了非相干信号传输可靠性低的问题。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述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专利技术的一些实施例，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(a)是大规模SIMO系统使能的短数据包物理层编码与非参数化调制方案示意图；图1(b)是本专利技术采用的非相干短数据包帧结构；图2是估计的噪声归一化均方误差随接收天线数目增加时的变化示意图；图3(a)是信噪比为-10dB时，本专利技术提供的16阶参数化调制星座示意图；图3(b)是信噪比为0dB时，本专利技术提供的16阶参数化调制星座示意图；图4是天线数为32时，随链路信噪比变化时，本专利技术在接收端的误差性能的变化图；图5是天线数为64时，随链路信噪比变化时，本专利技术在接收端的误差性能的变化图；图6是本专利技术提供的一种大规模SIMO系统使能的短数据包超可靠低时延传输方法的流程示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他的实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，为本专利技术一实施例提供的一种大规模SIMO系统使能的短数据包超可靠低时延传输方法，该方法包括如下步骤：S1：构造具有低信号处理时延的短数据包物理层非相干传输方案；S本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大规模单入多出系统使能的短数据包超可靠低时延传输方法，其特征在于，所述方法包括：/nS1：构造具有低信号处理时延的短数据包物理层非相干传输方案；/nS2：获取接收端高斯白噪声的瞬时方差信息；/nS3：利用噪声方差信息，在信号调制阶数与平均功率约束下，确定自适应链路信噪比的有限字符星座优化问题；/nS4：将优化问题转化成多维参数空间内的星座结构设计与比特分配问题；/nS5：基于该转化问题，针对不同调制阶数，确定各参数空间的最优星座结构与比特分配方案；/nS6：在误比特率与传输速率要求下，解决接收端天线数的优化配置问题。/n

【技术特征摘要】
1.一种大规模单入多出系统使能的短数据包超可靠低时延传输方法，其特征在于，所述方法包括：
S1：构造具有低信号处理时延的短数据包物理层非相干传输方案；
S2：获取接收端高斯白噪声的瞬时方差信息；
S3：利用噪声方差信息，在信号调制阶数与平均功率约束下，确定自适应链路信噪比的有限字符星座优化问题；
S4：将优化问题转化成多维参数空间内的星座结构设计与比特分配问题；
S5：基于该转化问题，针对不同调制阶数，确定各参数空间的最优星座结构与比特分配方案；
S6：在误比特率与传输速率要求下，解决接收端天线数的优化配置问题。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：
大规模单入多出系统在无线链路物理层采用非相干参数化2维星座调制模块，外层级联卷积编码模块；该编码与调制模块在接收端无信道状态信息的情况下，可以有效地检测出参数化调制信号，从而避免信道估计操作，且能够实现快速的非相干最大似然检测算法，降低了信号处理时延。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：
基于大规模单...

【专利技术属性】
技术研发人员：李双志，郭新，朱政宇，张建康，王宁，韩刚涛，郝万明，张迪，姬祥，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南;41