CN103493389A - 通过分布处理经由回程通信的下行链路信号传送的方法 - Google Patents

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Abstract

减少协同多点(CoMP)***中要通过回程从中央处理器(CP)传送到每个基站的多天线信号的量。本发明的实施例利用了底层信号结构的特性，并且将一些基带处理功能性——比如信道编码和多用户预编码的应用——从CP分配到远程基站。另外，在一些实施例中，多天线信号的非预编码部分从CP被广播到CoMP***中的所有基站，以进一步减少回程通信上的负担。在一个实施例中，回程网络是有千兆比特能力的无源光网络(GPON)。

Description

通过分布处理经由回程通信的下行链路信号传送的方法
技术领域
一般来讲，本发明涉及无线电信，具体来讲，本发明涉及在无线电信网络中在回程信道上传送信息的方法。
背景技术
无线数据通信需求的指数式增长对蜂窝网络运营商施加了巨大的压力来改进他们的通信网络的容量。为了改进这些网络的频谱效率，不得不在相邻小区中过度地再使用稀缺的无线电资源。结果，小区间干扰(ICI)已经成为信号干扰的主要来源，这不仅限制了小区边缘用户的服务质量，而且还限制了总的***吞吐量。
协同多点(CoMP)传送或接收是一种有效减轻小区间干扰的已知手段。在CoMP***中，中央处理器协调去往形成CoMP***的小区中的所有用户的下行链路传送，并且可能还协调来自形成CoMP***的小区中的所有用户的上行链路传送。中央处理器向每个基站传送——经由回程数据通信网络——将被每个天线传送到它的小区中的RF信号的表示。中央处理器协调和优化传送，以减少或者甚至避免用户之中的相互干扰。
特别是，下行链路CoMP传送***能够使用多用户预编码技术有效地减轻ICI。多用户预编码通过在与该信道和其它用户正交的“方向”上向每个用户发送信号，允许在相同频带上向多个用户的同时传送，而不产生(在CoMP集群10内)任何相互干扰。然而，中央处理器向每个远程基站发送或从每个远程基站接收所需要的信息量可能是巨大的，特别是当多个天线部署在每个基站时。一般而言，待分配的天线信号是复值的下行链路信号，包括用于每个天线支路的同相(I)分量和正交(Q)分量。在标准通用公共无线电接口(CPRI)中，IQ回程信号的每个实值样本将简单地按固定的比特数量(例如，16)独立地量化，而不考虑底层回程信号的任何结构。这种传送的纯量对回程链路的容量施加了大的负担——实际上，中央处理器和多个基站之间的回程通信链路的容量可能限制CoMP***10的性能。
发明内容
根据本文所公开的和所要求的一个或多个实施例，减小在CoMP***中要通过回程从中央处理器(CP)传送到每个基站的多天线信号的量。本发明的实施例利用了底层信号结构的特性，并且将一些基带处理功能性——诸如信道编码和多用户预编码的应用——从CP分配到远程基站。另外，在一些实施例中，多天线信号的非预编码的部分从CP被广播到CoMP***中的所有基站，以进一步减少回程通信上的负担。
一个实施例涉及一种从CoMP***中的CP向多个基站分配将被传送到所述基站所服务的小区中的用户设备(UE)的信息的方法。为每个基站选择多用户预编码矩阵，每个预编码矩阵包括将被应用到符号的预编码权重，所述符号将由基站传送到UE。关于为每个基站所选择的预编码矩阵的信息被传送到该基站。计算将被传送到CoMP***中的所有UE的信息比特。信息比特的集合被传送到CoMP***中的所有基站。
另一个实施例涉及一种将信号传送到CoMP***的小区中的UE的方法。在基站从CP接收关于预编码矩阵的信息以及将被传送到CoMP***中的所有UE的信息比特。应用调制和编码方案到信息比特以生成经调制的符号。应用来自预编码矩阵的预编码权重到经调制的符号以生成经预编码的符号。传送经预编码的符号到小区中的UE。
又一个实施例涉及一种CoMP***中的CP。CP包括回程网络接口，所述回程网络接口可操作以将CP可通信地耦合到CoMP***中的多个基站。CP还包括控制器。控制器可操作以为每个基站选择多用户预编码矩阵，每个预编码矩阵包括将被应用到符号的预编码权重，所述符号将由基站传送到UE；经由回程网络接口向每个基站传送关于为该基站所选择的预编码矩阵的信息；计算将被传送到CoMP***中的所有UE的信息比特；以及将信息比特的集合经由回程网络接口传送到CoMP***中的所有基站。
再一个实施例涉及一种可操作以向CoMP***的小区中的UE提供通信服务的基站。基站包括回程网络接口，所述回程网络接口可操作以将基站可通信地耦合到CoMP***的CP。基站还包括传送器，所述传送器可操作以将经预编码的符号传送到小区中的UE。基站还包括控制器。控制器可操作以经由回程网络接口从CP接收关于预编码矩阵的信息以及将被传送到CoMP***中的所有UE的信息比特；将调制和编码方案应用到信息比特以生成经调制的符号；将来自预编码矩阵的预编码权重应用到经调制的符号以生成经预编码的符号；以及将经预编码的符号经由传送器传送到小区中的UE。
附图说明
图1是协同多点(CoMP)***的功能框图。
图2是图1的CoMP***中的中央处理器的功能框图。
图3是图1的CoMP***中的基站的功能框图。
图4是图1的CoMP***中的回程通信网络的功能框图。
图5是在图1的CoMP***中从中央处理器传送下行链路信号到多个基站的方法的流程图。
图6是在图1的CoMP***中从基站传送下行链路信号到用户设备的方法的流程图。
图7是图1的CoMP***中的中央处理器和基站的功能框图。
具体实施方式
图1描绘了代表性的CoMP***10(也称为CoMP集群)，其中用户设备(UE)12在多个小区14中接收无线通信服务。基站16将下行链路RF信号传送到每个小区14中的UE12(并且从UE12接收上行链路传送)。为了避免小区间干扰，中央处理器(CP)18协调去往形成CoMP***10的小区14中的UE12的下行链路传送，并且可能还协调来自形成CoMP***10的小区14中的UE12的上行链路传送。CP18协调并优化传送，以减少或者甚至避免UE12之中的相互干扰。为了有效地完成这个任务，CP18必须经由回程通信网络将大量数据传送到每个基站16(实际上，传送到每个基站16的每个天线链)。运送这样的数据的回程网络的容量限制可能限制CoMP***10优化性能的能力。
根据本发明的实施例，通过将某些处理任务从CP18分配到基站16，并且通过广播一些经预编码的信号信息，显著地减少了CoMP***10中CP18和基站16之间的回程通信。
考虑下行链路CoMP传送***10，其中N个远程基站16用于在相同的频率和时间上向K个UE12同时传送。对于每个UEk∈{1，2，...，K}和每个基站i∈{1，2，...，N}，令Hk，i是用于基站i和UE k之间的链路的nr，k乘以nr，i的信道响应矩阵，其中nr，k表示在UE k处的接收天线的数量，并且nt，i表示在远程基站i中的发射天线的数量。而且，令Hk≡[Hk，1，Hk，2，...，Hk，N]表示用于CoMP小区10中的所有N个基站到UE k之间的链路的信道响应矩阵。CP18计算用于每个远程基站i∈{1，2，...，N}的多用户预编码矩阵Pi(或者预编码权重的矩阵)，其中Pi是nt，i乘以
Figure BPA0000180088830000041
的矩阵，并且ns，k表示传送到UE k的数据流的数量。令xk表示将从N个远程基站16传送到UEk的ns，k乘以1的符号向量，其中符号向量xk是来自输入信号向量bk的无线电信道编码器的输出。在UE k接收的信号由下式给出：
r k = H k P 1 P 2 . . . P N x + n k = ( Σ i = 1 N H k , i P i ) x + n k - - - ( 1 )
每个远程基站i传送复值IQ符号si，其中si=Pi·x是nt，i乘以1的向量，并且
x = x 1 x 2 . . . x K - - - ( 2 )
在现有技术的CoMP无线通信***10中，在将IQ符号传送到远程基站16之前，CP18计算预编码权重Pi并且将预编码权重Pi应用到符号向量x。所得到的IQ符号构成需要被量化并且针对每个符号时间周期被传送的
Figure BPA0000180088830000044
维的向量s=[s1，s2，...，sN]T。
根据本发明的实施例，回程链路的容量负担通过将CP18编码功能的部分分配到远程基站16而减小。在CP18和远程基站16处的编码器结构分别示于图2和图3中。图2还示出将通过回程链路从CP18传送到远程基站16的信息。
CP18包括多用户预编码块20、回程单播接口22以及回程广播接口24。CP18首先在多用户预编码块20中计算用于每个远程基站i的多用户预编码矩阵Pi。在一个实施例中，能够基于例如迫零或MMSE线性预编码技术来计算多用户预编码矩阵。这些技术被描述在由Spencer等人于2004年2月发表在IEEE Trans.Sig.Proc.第52卷第461-471页的“Zero-Forcing Methods for Downlink Spatial Multiplexing in MultiuserMIMO Channels”的论文中，以及由Joham等人于2005年8月发表在IEEETrans.Sig.Proc.第53卷第8期第2700-2712页的“Linear TransmitProcessing in MIMO Communications Systems”的论文中，这两者整体通过引用结合于本文中。在该情形中，(量化版本的)预编码矩阵权重Pi、未编码的信息符号
Figure BPA0000180088830000051
以及它们对应的调制和编码方案(MCS)在CoMP预编码以及可能的信道编码和调制发生之前，被从CP18转发到远程基站16(该传送没有在图2中示出)。在另一个实施例中，能够从预定的码本中选择多用户预编码矩阵。在该情形中，对应于所选择的预编码矩阵权重Pi的一个或多个码本索引以及未编码的信息符号b从CP18被转发到远程基站16(也没有在图2中示出)。
图2中的信息符号b是来自***中的所有K个UE12的所有流的信息符号(或者比特，如果编码和调制将在远程基站16执行)的集合
Figure BPA0000180088830000052
。每个信息流是信息比特块，信息比特块将由信道编码器和符号调制器处理成为调制符号块。在长期演进(LTE)***的情形中，该映射由匹配信道条件的调制和编码方案(MCS)的选择来确定。
图3描绘了基站16，它包括：用于每个发射天线的处理块26，可操作以将调制和编码应用到信息比特流bn；以及处理块28，可操作以应用从CP18接收的特定多用户预编码矩阵Pi。对应的经调制的符号流由
Figure BPA0000180088830000053
来表示。然后，每个经调制的符号流xn中的元素被分配到时间-频率平面中的某个区域。在远程基站16，上面在等式(1)中所描述的预编码操作按元素(使用与它们的块表示相同的符号)被应用到来自所有UE12的元素，这些元素在CoMP***10中在相同时间和频率被传送。预编码矩阵Pi通常在大的时间-频率区域上保持不变。
本发明的实施例减轻了回程链路上的容量负担。首先，传送未预编码的符号替代经预编码的符号s不需要符号的量化。这占回程容量的节省的大部分。另外，将信道编码功能分配到远程基站16减少了将通过回程链路传送的信息量。对信息传送的进一步减少能够通过将无损压缩应用到源比特流{bi}而获得。例如，LTE***使用码率为1／3的turbo信道码，并且发送b替代x能够节省另一个1／3(save another factor of three)。预编码矩阵Pi的系数被量化(例如，8比特)，但不需要对于每个符号被更新。作为附加回程容量节省的另一个示例，常规LTE下行链路资源块由12个子载波和7个符号周期组成。利用***中的频率和时间相关性，预编码矩阵的系数可以对于多个资源块被再使用。此外，预编码矩阵能够从预编码器的有限集合中选择，消除了传递预编码器矩阵中的各个量化条目的需求。
图4描绘了有千兆比特能力的无源光网络(GPON)30，在一些实施例中，GPON可以良好地适合于根据本发明的CoMP***10中的回程通信。GPON包括光线路终端(OLT)31，光线路终端(OLT)31可以是CoMP18中的接口。网络30在多个光网络单元(ONU)33处终止，多个光网络单元(ONU)33可以是基站16中的接口。连接OLT31和ONU33的光分配网络(ODN)是无源的波分复用(WDM)光网络，该波分复用光网络可包括无动力的无源分路器(PS)32以及其它的网络元件。图4描绘了将被分配给每个基站16的预编码矩阵Pi，以及将同时被分配给CoMP***10中的所有基站16的信息比特b。GPON30是点对多点(P2MP)网络架构，并且同样地良好地适合于将传送信息b同时广播分配到所有远程基站16，这使得能够更有效率地使用回程资源。
图5描绘了将信息从CP18分配到多个基站16的方法100，该信息将在CoMP***10中被传送到UE12。CP18为每个基站16选择多用户预编码矩阵Pi(块102)。每个预编码矩阵Pi包括将被应用到符号的预编码权重，这些符号将在小区14中由基站16传送到UE12。CP18还计算将被应用到CoMP***10中的所有UE12的调制和编码方案(MCS)。CP18将MCS信息和关于为该基站16所选择的预编码矩阵Pi的信息都传送到每个基站16(块104)。预编码矩阵信息可以包括已量化的预编码矩阵Pi本身。备选地，它可包括进入预定的(或者先前传递的)预编码矩阵的码字中的索引。CP18计算将被传送到CoMP***10中的所有UE12的信息比特b(块106)，并且，例如通过广播，将信息比特b的完整集合传送到CoMP***10中的所有基站16(块108)。在一个实施例中，在向基站16广播之前，CP18还可无损地压缩信息比特b的完整集合。
图6描绘了通过基站16将信号传送到CoMP***10的小区14中的UE12的方法200。基站16从CP18接收用于所有UE12的MCS信息，以及关于用于特定基站16的预编码矩阵Pi的信息(块202)。预编码矩阵信息可包括已量化的预编码矩阵Pi本身。备选地，它可包括进入预定的(或者先前传递的)预编码矩阵的码字中的索引(以所接收的预编码矩阵信息对码字进行索引的步骤没有在图6中示出)。基站16还从CP18接收将被传送到CoMP***10中的所有UE12的信息比特b(块204)。在一个实施例中，信息比特b以压缩格式被接收，并且基站16将它们解压缩(没有在图6中示出)。基站16将调制和编码方案(MCS)应用到信息比特b以生成经调制的符号x(块206)。基站16可周期性地从CP18接收关于应用哪个MCS的指示。然后，基站16将来自预编码矩阵Pi的预编码权重应用到经调制的符号x，以生成经预编码的符号s(块208)。然后，基站16将经预编码的符号s传送到小区14中(并且也可能到相邻小区中)的UE12。
图7描绘了根据本发明的实施例的CoMP***10中的CP18和基站16的代表性实现。CP18包括一个或多个控制器34和回程网络接口36。控制器34可包括与适当软件一起的处理器或者数字信号处理器(DSP)、与适当固件一起的可编程逻辑部件、状态机、等等。控制器34可操作以例如通过执行存储在计算机可读介质上的程序代码来实现如参照图2所描述的多用户预编码块20、回程单播接口22以及回程广播接口24的功能性以及其它的CoMP功能性。回程网络接口36可包括可操作以将CP18与多个基站16可通信地连接的任何网络接口，诸如到有线或无线局域网(例如，以太网、FDDI、Wi-Fi等)或城域网(例如，ATM、WiMax等)的接口。在一个实施例中，如参照图4所描述的，回程网络接口36是GPON30的OLN31。CP18可包括为清楚起见而没有在图7中描绘的附加的电路、特征以及功能性。
基站16包括一个或多个控制器38、回程网络接口36以及一个或多个传送器42。控制器38可包括如上所述的与适当软件和／或固件一起的处理器、DSP等。控制器38，如在图3中所描绘的，例如通过执行存储在计算机可读介质上的程序代码，操作为至少实现调制和编码块26的功能性以及多用户预编码28的应用。如上所述，回程网络接口36可包括可操作以将基站16与CP18可通信地连接的任何网络接口。在一个实施例中，如参照图4所描述的，回程网络接口36是GPON30的ONU33。传送器42可操作以根据无线通信空中接口协议经由天线44将经预编码的符号s传送到小区14中的UE12。基站可包括多个传送器42——或者传送器42可包括多个分支——用于在多个天线44上将信号传送到UE12。基站16可包括附加的电路、特征以及功能性——诸如一个或多个用于上行链路通信的接收机链——为清楚起见而没有在图7中描绘。
本发明的实施例提供了将回程信号从CP18传送到CoMP***10中的多个远程基站16的有效手段。本发明的方法利用底层信号结构，并且将CP18编码功能的一部分分配到远程基站16，以减小回程信号的量。另外，根据一个实施例，提出用于有效CoMP***10支持的新颖的广播和单播回程架构。本发明的方法允许回程网络将回程信号的信息部分同时广播到多个基站16，以进一步减少回程链路容量上的负担。
如本文所用的术语“广播”和“广播的”等指代信息从单个实体到两个或更多实体的在时间上同时传递。该术语要被宽泛地解释，并且包括例如经由引导的或非引导的介质以及通过定向或全向传送的广播。
当然，本发明可在不偏离本发明的本质特征的前提下，以不同于本文明确阐述的那些方式的其它方式来实施。目前的实施例在所有方面要视为说明性的而非限制性的，并且所附权利要求意在涵盖落入所附权利要求的含义和等效范围内的所有改变。

Claims (30)

1.一种从协同多点(CoMP)无线通信***中的中央处理器向多个基站分配将被传送到所述基站所服务的小区中的用户设备(UE)的信息的方法，包括以下步骤：
为每个基站选择多用户预编码矩阵，每个预编码矩阵包括将被应用到符号的预编码权重，所述符号将由基站传送到UE；
向每个基站传送关于为该基站所选择的预编码矩阵的信息；
计算将被传送到所述CoMP***中的所有UE的信息比特；以及
将信息比特的集合传送到所述CoMP***中的所有基站。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：在为每个基站选择多用户预编码矩阵之前，为每个基站计算多用户预编码矩阵。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括：
量化所选择的预编码矩阵；以及
其中，向每个基站传送关于为该基站所选择的预编码矩阵的信息包括：将已量化的预编码矩阵传送到每个基站。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，为每个基站计算多用户预编码矩阵的步骤包括：使用最小均方误差线性预编码技术。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，为每个基站计算多用户预编码矩阵的步骤包括：使用迫零线性预编码技术。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，向每个基站传送关于为该基站所选择的预编码矩阵的信息包括：将进入预编码矩阵码本的索引传送到每个基站。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
为所述CoMP***中的每个基站选择调制和编码方案(MCS)；以及
将该MCS传送到每个基站。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
将无损压缩应用到将被传送到所述CoMP***中的所有UE的信息比特；以及
其中，将信息比特的集合传送到所述CoMP***中的所有基站包括：
将已压缩的信息比特传送到所述CoMP***中的所有基站。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，将信息比特的集合传送到所述CoMP***中的所有基站包括：将所述信息比特同时地广播到所述CoMP***中的所有基站。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，将所述信息比特同时地广播到所述CoMP***中的所有基站包括：使用有千兆比特能力的无源光网络(GPON)广播所述信息比特。
11.一种将信号传送到协同多点(CoMP)无线通信***的小区中的用户设备(UE)的方法，包括以下步骤：
从中央处理器(CP)接收关于预编码矩阵的信息以及将被传送到CoMP***中的所有UE的信息比特；
将调制和编码方案(MCS)应用到所述信息比特以生成经调制的符号；
将来自所述预编码矩阵的预编码权重应用到所述经调制的符号以生成经预编码的符号；以及
将所述经预编码的符号传送到所述小区中的UE。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，从CP接收关于预编码矩阵的信息的步骤包括从CP接收进入预编码矩阵码本的索引；并且还包括使用所接收的索引从所述预编码矩阵码本中检索预编码矩阵。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，从CP接收关于预编码矩阵的信息的步骤包括：从CP接收在所述CP计算的预编码矩阵。
14.根据权利要求11所述的方法，还包括从CP接收待应用到所述信息比特的MCS的步骤。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，从CP接收将被传送到CoMP***中的所有UE的信息比特的步骤包括接收已压缩的信息比特，并且还包括在应用所述MCS之前将所述已压缩的信息比特解压缩。
16.一种协同多点(CoMP)无线通信***中的中央处理器(CP)，包括：
回程网络接口，可操作以将CP可通信地耦合到CoMP***中的多个基站：以及
控制器，可操作以：
为每个基站选择多用户预编码矩阵，每个预编码矩阵包括将被应用到符号的预编码权重，所述符号将由基站传送到用户设备(UE)；
将关于为该基站所选择的预编码矩阵的信息经由所述回程网络接口传送到每个基站；
计算将被传送到所述CoMP***中的所有UE的信息比特；以及
将信息比特的集合经由所述回程网络接口传送到所述CoMP***中的所有基站。
17.根据权利要求16所述的CP，其中，所述控制器还可操作以在为每个基站选择多用户预编码矩阵之前，为每个基站计算多用户预编码矩阵。
18.根据权利要求17所述的CP，其中，所述控制器还可操作以：
量化所选择的预编码矩阵；以及
其中，所述控制器可操作以通过将已量化的预编码矩阵经由所述回程网络接口传送到每个基站，将关于为该基站所选择的预编码矩阵的信息传送到每个基站。
19.根据权利要求17所述的CP，其中，所述控制器可操作以通过使用最小均方误差线性预编码技术为每个基站计算多用户预编码矩阵。
20.根据权利要求17所述的CP，其中，所述控制器可操作以通过使用迫零线性预编码技术为每个基站计算多用户预编码矩阵。
21.根据权利要求16所述的CP，其中，所述控制器可操作以通过将进入预编码矩阵码本的索引经由所述回程网络接口传送到每个基站，将关于为该基站所选择的预编码矩阵的信息传送到每个基站。
22.根据权利要求16所述的CP，其中，所述控制器还可操作以：
为所述CoMP***中的每个基站选择调制和编码方案(MCS)；以及
经由所述回程网络接口将所述MCS传送到每个基站。
23.根据权利要求16所述的CP，其中，所述控制器还可操作以：
将无损压缩应用到将被传送到所述CoMP***中的所有UE的信息比特；以及
其中，所述控制器可操作以通过将已压缩的信息比特经由所述回程网络接口传送到所述CoMP***中的所有基站，将信息比特的集合传送到所述CoMP***中的所有基站。
24.根据权利要求16所述的CP，其中，所述控制器可操作以通过将信息比特经由所述回程网络接口同时地广播到所述CoMP***中的所有基站，将信息比特的集合传送到所述CoMP***中的所有基站。
25.根据权利要求16所述的CP，其中，所述回程网络接口包括有千兆比特能力的无源光网络(GPON)接口。
26.一种基站，可操作以向协同多点(CoMP)无线通信***的小区中的用户设备(UE)提供通信服务，包括：
回程网络接口，可操作以将所述基站可通信地耦合到CoMP***的中央处理器(CP)；
传送器，可操作以将经预编码的符号传送到小区中的UE；以及
控制器，可操作以：
经由所述回程网络接口从CP接收关于预编码矩阵的信息以及将被传送到CoMP***中的所有UE的信息比特；
将调制和编码方案(MCS)应用到所述信息比特以生成经调制的符号；
将来自所述预编码矩阵的预编码权重应用到所述经调制的符号以生成经预编码的符号；以及
将所述经预编码的符号经由所述传送器传送到所述小区中的UE。
27.根据权利要求26所述的基站，其中，所述控制器可操作以通过经由所述回程网络接口从CP接收进入预编码矩阵码本的索引，经由所述回程网络接口从所述CP接收关于预编码矩阵的信息；并且其中，所述控制器还可操作以使用所接收的索引从所述预编码矩阵码本中检索预编码矩阵。
28.根据权利要求26所述的基站，其中，所述控制器可操作以通过经由所述回程网络接口从CP接收在所述CP计算的预编码矩阵，经由所述回程网络接口从所述CP接收关于预编码矩阵的信息。
29.根据权利要求26所述的基站，其中，所述控制器还可操作以经由所述回程网络接口从CP接收待应用到所述信息比特的MCS。
30.根据权利要求26所述的基站，其中，所述控制器可操作以通过接收已压缩的信息比特，经由所述回程网络接口从CP接收将被传送到所述CoMP***中的所有UE的信息比特，并且进一步地其中，所述控制器还可操作以在应用MCS之前将所述已压缩的信息比特解压缩。
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