曹 軍,凌 云
(中通服咨詢(xún)?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司,江蘇 南京 210019)
高質(zhì)量通信體驗(yàn)是通信技術(shù)在交流領(lǐng)域的追求,尤其是近幾年信息技術(shù)不斷發(fā)展,通信基礎(chǔ)設(shè)施的建立不斷完善,第五代通信技術(shù)時(shí)代(5G)到來(lái)。對(duì)5G通信技術(shù)的主要需求有4個(gè)方面:連續(xù)覆蓋性、熱點(diǎn)高容量性、低功耗連接性和低時(shí)延高可靠性。本文主要分析基于時(shí)延感知的5G通信技術(shù)。由于傳統(tǒng)算法時(shí)延性較高,數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量不佳,針對(duì)此問(wèn)題,提出線性預(yù)編碼方案,降低干擾和誤碼率;再依據(jù)5G通信技術(shù)過(guò)程中數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c(diǎn),將碼字進(jìn)行分層映射到各個(gè)數(shù)據(jù)流,結(jié)合預(yù)編碼聯(lián)合將數(shù)據(jù)傳送到端口;最后基于時(shí)延感知優(yōu)化映射算法感知層,提升頻譜效率和峰值速率,提高用戶使用感受。通過(guò)實(shí)驗(yàn)論證,本文提出的算法基本可以滿足移動(dòng)通信的低時(shí)延高可靠的要求。
預(yù)編碼技術(shù)首先將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,降低在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中產(chǎn)生干擾,達(dá)到提高數(shù)據(jù)質(zhì)量,降低用戶時(shí)延感知過(guò)程的目的。其中線性預(yù)編碼作為更便捷的技術(shù),應(yīng)用更為廣泛。建立線性預(yù)編碼傳輸系統(tǒng)的過(guò)程如下:在多天線傳輸系統(tǒng)中,信號(hào)接收量是由信道向量、發(fā)送信號(hào)矩陣和噪聲向量組成;經(jīng)線性預(yù)編碼技術(shù)調(diào)整后,形成數(shù)據(jù)矩陣,對(duì)該矩陣進(jìn)行分解,得到一個(gè)共軛轉(zhuǎn)置矩陣,再由數(shù)據(jù)接收端進(jìn)行處理,得到碼本[1]。由此可見(jiàn),數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)不再需要知道全部的信道向量,而只清楚碼本的數(shù)量即可。預(yù)編碼數(shù)據(jù)傳輸實(shí)際上就是在發(fā)射端對(duì)發(fā)射信號(hào)乘以共軛轉(zhuǎn)置矩陣,再對(duì)其進(jìn)行奇異值分解處理,大大減少了接收端需要處理數(shù)據(jù)的復(fù)雜性,為提高傳輸時(shí)延提供了技術(shù)基礎(chǔ),使得5G通信鏈路即使采用簡(jiǎn)單的線性處理算法,也能獲得較好的性能。
5G通信中的數(shù)據(jù)傳輸通過(guò)不同的時(shí)域、頻域和空間傳輸資源,基于時(shí)延感知的5G通信鏈路映射則把重點(diǎn)放在傳輸時(shí)間即時(shí)域這一層面上來(lái)。時(shí)域傳輸,即指上行的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流進(jìn)行信道向量編碼之后的數(shù)據(jù)。每一個(gè)不同的向量對(duì)應(yīng)不同的數(shù)據(jù)流,只有這樣多個(gè)端口發(fā)送數(shù)據(jù),才能保證時(shí)域傳輸。當(dāng)時(shí)域數(shù)據(jù)流與接收端口數(shù)量不相同時(shí),將會(huì)導(dǎo)致接收端口無(wú)法破譯碼本的結(jié)果。在當(dāng)前的5G通信鏈路的應(yīng)用技術(shù)中,接收端口與發(fā)送端口的數(shù)據(jù)流無(wú)法正常匹配,已經(jīng)成為常見(jiàn)問(wèn)題。因此需要制定層映射模式規(guī)則,保證發(fā)送端的信道向量與接收端口的數(shù)據(jù)流相對(duì)應(yīng),即通過(guò)層映射模式將信道向量重新映射到每一個(gè)數(shù)據(jù)層,每層都能與有效的數(shù)據(jù)流相對(duì)應(yīng)。數(shù)據(jù)流進(jìn)行層映射處理后,傳輸塊[x(0)(i)…x(v-1)(i)]根據(jù)以下算法映射到天線端口:
式中,i=0,1,...,Map-1,Map=Mlayer。
式(1)中算法制定了層映射與數(shù)據(jù)流的對(duì)應(yīng)關(guān)系,數(shù)據(jù)進(jìn)入端口后通過(guò)層映射模式,將每個(gè)數(shù)據(jù)的復(fù)值信息映射到各個(gè)數(shù)據(jù)層中。通過(guò)層映射模式將原本雜亂的信道向量規(guī)則地映射到接收端數(shù)據(jù)端口,完成數(shù)據(jù)傳輸。層映射和預(yù)編碼聯(lián)合完成碼字到天線端口數(shù)據(jù)流的處理。
在搭建算法過(guò)程中,基于時(shí)延感知理論,聯(lián)合流控制和調(diào)度算法,建立端對(duì)端時(shí)延隊(duì)列,以減少每個(gè)數(shù)據(jù)包從進(jìn)入數(shù)據(jù)隊(duì)列到離開(kāi)數(shù)據(jù)隊(duì)列的等待時(shí)間,降低端對(duì)端時(shí)延感知,優(yōu)化映射算法感知層。在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方面,利用建立線性預(yù)編碼數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和開(kāi)發(fā)層映射功能,搭建5G通信鏈路映射算法,提高接入網(wǎng)的整體性能,滿足5G復(fù)雜場(chǎng)景的需求。其具體算法如下:
式中,R=948/1024(取0.9258)為冗余數(shù);a(j)為歸一化比例因子;v為發(fā)送的最大層數(shù);Qm為峰值速率;f(j)為頻譜效率;NPRB為帶寬上調(diào)的最大RB數(shù);NPRB12則為調(diào)度的最大子載波數(shù);Ts為一個(gè)子幀內(nèi)的OFDM符號(hào)的平均周期,OH(j)為相對(duì)于有效帶寬時(shí)間積包含的RE總數(shù)。在此算法中,設(shè)置統(tǒng)一的信噪比數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)傳輸開(kāi)始之后,依次經(jīng)過(guò)信息調(diào)整、重新編碼、冗余信道編碼之后,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)編碼生成數(shù)據(jù)流碼本,再由層映射將碼流映射到數(shù)層,其中層數(shù)是能夠獨(dú)立并行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流個(gè)數(shù)。之后將編碼矩陣傳輸?shù)蕉丝谔?,?jīng)過(guò)OFDM進(jìn)行調(diào)制,最后經(jīng)過(guò)信道和噪聲加擾之后到達(dá)接收端。此算法基于時(shí)延感知理論優(yōu)化映射算法感知層,測(cè)定頻譜效率和單用戶傳輸峰值速率,以此為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)可以驗(yàn)證基于時(shí)延感知搭建5G通信鏈路映射算法的可靠性。
為保證本文提出的基于時(shí)延感知的5G通信映射算法的有效性,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)論證,實(shí)驗(yàn)論證將本文提出算法設(shè)為實(shí)驗(yàn)組,將傳統(tǒng)算法設(shè)為對(duì)比組,將信噪比作為變量,對(duì)兩組的頻譜效率進(jìn)行統(tǒng)計(jì),結(jié)果如表1。
表1 頻譜效率(bits/s/Hz)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)
由表1頻譜效率數(shù)據(jù)可知,相較于對(duì)比組,在信噪比為10 dB時(shí),實(shí)驗(yàn)組提高了0.67 bit/s/Hz;信噪比為20 dB時(shí),實(shí)驗(yàn)組提高了0.71 bit/s/Hz;信噪比為30 dB時(shí),實(shí)驗(yàn)組提高了0.61 bit/s/Hz;信噪比為40 dB時(shí),實(shí)驗(yàn)組提高了0.86 bit/s/Hz;信噪比為50 dB時(shí),實(shí)驗(yàn)組提高了1.11 bit/s/Hz。本文提出算法有更高的頻譜效率。
峰值速率是驗(yàn)證通信算法有效性的另一重要指標(biāo),將信噪比作為變量,對(duì)兩組的峰值速率進(jìn)行統(tǒng)計(jì),結(jié)果如表2。
表2 峰值速率(Mb/s)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)
由表2峰值速率數(shù)據(jù)可知,相較于對(duì)比組,在信噪比為10 dB時(shí),實(shí)驗(yàn)組提高了0.75 Mb/s;信噪比為20 dB時(shí),實(shí)驗(yàn)組提高了1.11 Mb/s;信噪比為30 dB時(shí),實(shí)驗(yàn)組提高了1.16 Mb/s;信噪比為40 dB時(shí),實(shí)驗(yàn)組提高了1.73 Mb/s;信噪比為50 dB時(shí),實(shí)驗(yàn)組提高了1.53 Mb/s;由此可見(jiàn),本文提出算法有更大的峰值速率。綜合實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,與傳統(tǒng)算法相比,總體傳輸效果提升了19.8%。本文提出的基于時(shí)延感知的5G通信映射算法能夠提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)念l譜效率和峰值效率,減少數(shù)據(jù)包流動(dòng)等待時(shí)間,降低數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的時(shí)延感知,具有更優(yōu)越的通信性能表現(xiàn)。
本文對(duì)基于時(shí)延感知的5G通信鏈路映射算法進(jìn)行分析,經(jīng)實(shí)驗(yàn)論證,取得了不錯(cuò)的測(cè)試結(jié)果,驗(yàn)證了所提出算法的優(yōu)越性。但此次研究還存在一些不足之處,今后的研究工作中,可以將重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到擴(kuò)大最大峰值速率上來(lái),通過(guò)現(xiàn)有的基于時(shí)延感知的5G通信算法,擴(kuò)大數(shù)據(jù)的傳輸峰值,為5G通信技術(shù)提供更可靠的技術(shù)手段。