專利名稱：移動通信系統中提高信號傳輸速率的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及移動通信技術，特別涉及移動通信中的信號調制技術。
背景技術：
隨著移動通信的日益普及，僅僅提供移動話音通信已經不能滿足人們獲取信息的需要，移動數據通信業(yè)務因其可以提供辦公、娛樂、與他人進行跨越地域界限的交流，而顯現出巨大的生命力和發(fā)展前景。
第三代(3rd Generation，簡稱“3G”)移動通信技術之一碼分多址2000(Code Division Multiple Access 2000，簡稱“CDMA2000”)版本數據優(yōu)化演進(Evolution Data Optimized，簡稱“EV-DO”)技術正是在這樣的市場需求推動下應運而生的。
CDMA2000 1x EV-DO標準最早起源于高通(Qualcomm)公司的高數據率(High Data Rate，簡稱“HDR”)技術，后經過不斷地完善和實驗，在2000年3月份以CDMA2000 1x EV-DO的名稱向第三代移動通信合作伙伴項目2(3rd Generation Partnership Project 2，簡稱“3GPP2”)提交了正式的技術方案。1xEV的意思是Evolution，表示是對CDMA2000 1x標準的演進發(fā)展，DO的意思開始是Data Only，后來改為Data Optimized，表示EV-DO技術是對CDMA2000 1X在數據業(yè)務上增強。在1x EV-DO技術中，單扇區(qū)載頻1.2288Mcps碼片速率下，能夠支持的最大峰值速率達到2.4Mbps。在版本A中，峰值速率又提高至3.072Mbps。
正交調幅(QUADRATURE AMPLITUDE MODULATION，簡稱“QAM”)是1x EV-DO系統中一項十分重要的技術。
QAM技術是一種將兩種調幅信號匯合到一個信道的方法，因此會雙倍擴展有效帶寬。正交調幅被用于脈沖調幅，特別是在無線網絡應用。
正交調幅信號有兩個相通頻率的載波，但是相位相差90度。一個信號叫I信號，另一個信號叫Q信號。從數學角度講，一個信號可以表示成正弦，另一個表示成余弦。兩種被調制的載波在發(fā)射時已被混和。到達目的地后，載波被分離，數據被分別提取然后和原始調制信息相混和。
或者，也可以說QAM技術是一種正交幅度數字調制方式，利用一定的映射關系，將輸入的信號映射到星座圖中。圖1示出16QAM的調制映射關系。
如圖所示，每輸入一組符號序列，通過16QAM映射成一對復數調制符號。舉例來說，若輸入的一組符號序列為“0000”，則被映射成(3A，3A)，16QAM的具體映射關系可參見表1。
表1

本領域的一般技術人員可以了解，由此可以引申出更高階的調制，比如64QAM，128QAM等調制技術。高階調制需要更好的信道條件，同時能夠提高單位時間內傳輸信息的速率。
下面介紹目前1x EV-DO系統中，前向鏈路的實現方案。目前，前向鏈路傳輸的分組格式為(5120，1，16)，5120表示分組長度為5120比特，1表示該分組要在1個時隙中傳完，其中，1個時隙＝1.667ms。在目前的1xEV-DO系統中，傳輸以上格式的分組包時，采用的調制方式為16QAM、均勻星座圖調制。在這種情況下，前向鏈路傳輸速率達到最大峰值速率，即前向鏈路速率達到3.072Mbps。
在實際應用中，上述方案存在以下問題根據目前1x EV-DO系統中前向鏈路的實現方案，5MHz的帶寬所能夠支持的最大前向峰值速率未達到要求。
造成這種情況的主要原因在于，在多載波DO的需求中提出，在5MHz的帶寬上，多載波DO系統向前鏈路峰值速率至少應該達到14.4BPS。然而，如果按照目前1x EV-DO系統前向鏈路的實現方式，由于沒有改變單載波上前向鏈路的峰值速率，在5MHz的帶寬上只可以提供4個1.2288Mcps的載波。
在這種情況下，能夠支持的最大前向峰值速率僅僅為3.072Mbps×4＝12.288Mbps，因此，無法達到需求所要求的最低峰值速率14.4Mbps。

發(fā)明內容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種移動通信系統中提高信號傳輸速率的方法，使得空中接口的信號傳輸速率得到提高。
為實現上述目的，本發(fā)明提供了一種移動通信系統中提高信號傳輸速率的方法，包含以下步驟發(fā)送方使用正交調幅非均勻星座圖調制需要從空中接口發(fā)送的信號；接收方使用所述正交調幅非均勻星座圖解調從空中接口收到的信號；
其中，所述正交調幅非均勻星座圖中的點坐標預先通過仿真產生，在該仿真過程中使用了至少一個符合高斯分布的隨機數序列。
其中，正交調幅非均勻星座圖為64階或更高階。
此外在所述方法中，所述仿真可采用“Monte Carlo”方法實現。
此外在所述方法中，所述仿真進一步包含以下步驟將數軸上的指定區(qū)間等分為K個小區(qū)間，將高斯分布的隨機數序列中各個數字按其值劃歸相應的小區(qū)間，統計落入各個小區(qū)間的隨機數序列數字的數目，再逐步累加進一步得到各個小區(qū)間的累計分布CDF[i]，i＝0，1，..，K-1；根據該累計分布，查表得到di，滿足CDF[di]＝(2*i-1)*1/2n，i＝1，2，...，2(n-1)其中n滿足22n＝M，M為所述正交調幅非均勻星座圖的階數；對di，進行歸一化，使得Σi=12(n-1)di2=2n-2]]>M階非均勻正交調幅星座圖中各點坐標為sm，n＝±dm±jdnm，n＝1，...，2n-1。
此外在所述方法中，所述數軸上的區(qū)間為
，其中L≥3；所述高斯分布的隨機數序列的均值為0，方差為0.5。
此外在所述方法中，所述移動通信系統為第三代移動通信系統。
此外，所述方法可應用于碼分多址2000 1x EV-DO系統的單載波前向業(yè)務信道。
此外在所述方法中，所述前向業(yè)務信道傳輸的分組格式可采用(6144，1，64)。
通過比較可以發(fā)現，本發(fā)明的技術方案與現有技術的主要區(qū)別在于，使用接近高斯分布的非均勻QAM星座圖進行信號調制和解調。非均勻QAM星座圖可通過“Monte Carlo”方法仿真獲得，仿真過程中使用了至少一個符合高斯分布的隨機數序列。對于CDMA2000 1x EV-DO系統的單載波前向業(yè)務信道，可以使用(6144，1，64)的分組格式提高單載波的前向峰值速率。
這種技術方案上的區(qū)別，帶來了較為明顯的有益效果，即使用了本發(fā)明提出的非均勻QAM星座圖后，使得信號分布更加符合高斯分布，而在高斯分布下的輸入信號可以使得信道容量達到理論極限Shannon界。所以可以有效地提高空中接口的速率。使用均勻和非均勻QAM星座圖進行調制后，不同參數下傳輸性能的仿真計算結果參見圖3，在實施方式中將對該圖作進一步的分析。
本發(fā)明提出的“Monte Carlo”仿真方法實現簡單，可以方便地產生接近高斯分布的非均勻QAM星座圖，便于推廣和應用。
使用基于64階非均勻QAM星座圖的(6144，1，64)的分組格式后，可以使EV-DO系統單載波的前向峰值速率提高到3.686Mbps。在多載波EV-DO系統中，5MHz的帶寬上前向峰值速率至少可達到14.4Mbps(4×3.6＝14.4Mbps)，并且比傳統的均勻調制功率效率性能提高。而且調制、解調方法完全等同傳統均勻調制，沒有增加任何復雜性。


圖1是16QAM的調制映射關系示意圖；圖2是根據本發(fā)明一個實施方式的分布非均勻的64QAM星座圖；圖3是采用64QAM調制時，均勻和非均勻調制方式在附加高斯白噪聲(Additive White Gaussian Noise，簡稱“AWGN”)下的性能比較曲線圖。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本發(fā)明作進一步地詳細描述。
總的來說，本發(fā)明的要點在于，在第三代移動通信系統中，通過接近高斯(Gaussian)分布的非均勻QAM星座圖進行信號調制和解調，使得輸入信號的分布更加符合高斯分布，使信道容量達到理論極限，從而有效地提高空中接口的速率。
根據本發(fā)明的一個實施例的移動通信系統中提高信號傳輸速率的方法應用于CDMA 2000 1x EV-DO系統的單載波前向業(yè)務信道。
在該實施例中，發(fā)送方使用正交調幅非均勻星座圖對需要從空中接口發(fā)送的信號進行調制，并發(fā)送給接收方，接收方收到后，使用正交調幅非均勻星座圖，對從空中接口收到的信號進行解調。
具體地說，在此過程中，前向業(yè)務信道傳輸的分組格式可采用(6144，1，64)，其中，6144表示分組長度為6144比特，1表示該分組需要在1個時隙內傳完。換句話說，即1個時隙內傳輸6144比特，在這種情況下，前向鏈路傳輸速率達到最大分組速率為3.686Mbps。在本發(fā)明中，要支持該分組格式的傳輸，必須采用64QAM調制或更高階的調制。需要指出的是，在本實施例中，雖然將前向業(yè)務信道傳輸的分組格式改變?yōu)?6144，1，64)，但不改變原有編碼方式、編碼速率以及信道交織等處理。
為了達到進一步的效果，本實施例中可以采用接近高斯分布非均勻的64QAM星座圖。參見圖2。
本領域的一般技術人員能夠理解，相對于一般的64QAM均勻星座圖，由于非均勻星座圖可以使信號分布更加符合高斯分布，而在高斯分布下的輸入信號可以使信道容量達到理論極限Shannon界，因此，采用非均勻的64QAM星座圖能夠更好的改善峰值速率。
下面進一步說明本實施例中通過“Monte Carlo”(蒙特卡羅)仿真方法，獲得接近高斯分布的非均勻正方M-QAM星座圖坐標點的獲得方法。
1求n，使得22n＝M；例如，對于本實施例中64階的QAM，M為64，可以計算得到n＝3。
2將
區(qū)間劃分為10000個小區(qū)間，對應xi＝0.0003*i；產生均值為0，方差為0.5，獨立同分布的高斯分布隨機數序列(例如10000000個)，對隨機數落入的小區(qū)間進行累加計數，得到各個小區(qū)間的累計分布CDF[i]，i＝0，1，..，10000-1。
本發(fā)明所稱的隨機數落入小區(qū)間是指該隨機數的值在小區(qū)間所設定的范圍之內，例如，對于小區(qū)間[a，b]，如果隨機數的值為c，且a≤c≤b，則認為該隨機數落在該小區(qū)間內。
本發(fā)明所稱的累計分布CDF[i]是指將所有落入第1個到第i個小區(qū)間中的隨機數的數目累加。例如，有10個隨機數落在第1個小區(qū)間內，則CDF[1]＝10；有15個隨機數落入第2個小區(qū)間內，則CDF[2]＝10+15＝25；有18個隨機數落在第3個小區(qū)間內，則CDF[3]＝10+15+18＝43；......；依此類推。
本領域的普通技術人員可以知道，這里的許多參數是可以根據需要調整的，例如，如果希望結果與高斯分布更接近，可以取比
更大的區(qū)間(如
)，劃分的小區(qū)間的數目也可以更多些，高斯分布隨機數序列可以更長些。不過這樣調整會產生更多的計算量，本實施例中的這些參數已經可以得到比較好的結果。
3根據CDF，察表得到di，滿足CDF[di]＝(2*i-1)*1/2n，i＝1，2，...，2(n-1)4對di，進行歸一化，使得Σi=12(n-1)di2=2n-2]]>5非均勻正方M-QAM星座圖坐標點為sm，n＝±dm±jdnm，n＝1，...，2n-1圖3是采用64QAM調制時，均勻和非均勻調制方式在AWGN下的性能比較(仿真結果)。其中從左至右的曲線依次代表(3072，1，8PSK)；(6144，2，64)，分布非均勻的64QAM星座圖；(6144，2，64)，分布均勻的64QAM星座圖；(6144，1，64)，分布非均勻的64QAM星座圖；(6144，1，64)，分布均勻的64QAM星座圖；(7168，1，64)，Qualcomm提供的數據(分布均勻的64QAM星座圖)；(8192，1，64)，Qualcomm提供的數據(分布均勻的64QAM星座圖)。
通過比較圖3中各條曲線可以得出以下結論首先，在1個時隙內，如果傳輸的分組越長則速率越高。但另一方面，這對信道條件的要求就越高，對應圖3則是要求的信噪比Ec/Nt越大。比如(8192，1，64)就比(6144，1，64)要求的信噪比Ec/Nt大。而信道條件要求越高，系統越難實現，有些情況下是基本不可能實現的。
其次，對于同一分組長度，分1個時隙和2個時隙分別傳輸，對信道條件要求不一樣，速率也是不一樣的。具體地說，傳輸時隙越多則速率越低，但這對信道條件要求較低，所以在實際傳輸中經常遇到多時隙傳輸。
第三，對于同樣的分組傳輸格式，采用均勻星座圖和非均勻星座圖性能不一樣。在同樣條件下，采用非均勻調制星座圖時能得到更好的性能。在(6144，1，64)速率和AWGN條件下，非均勻調制比均勻調制有0.3dB的增益。
綜上考慮，本技術方案建議采用分組傳輸格式為(6144，1，64)，64QAM非均勻星座圖調制，使得EV-DO系統單載波的前向峰值速率提高到3.686Mbps。
由此可見，在本實施例中，使用了接近高斯分布的非均勻QAM星座圖進行信號調制和解調，使得輸入信號的分布更加符合高斯分布，由此使得信道容量達到理論極限Shannon界，所以可以有效地提高空中接口的速率。并且，非均勻QAM星座圖可通過“Monte Carlo”方法仿真獲得，在仿真過程中使用了至少一個符合高斯分布的隨機數序列。這種仿真方法實現簡單，可以方便地產生接近高斯分布的非均勻QAM星座圖，便于推廣和應用。另外，在本方面的一個實施例中，對于CDMA200EV-DO系統的單載波前向業(yè)務信道，使用了(6144，1，64)的分組格式，由此可以使EV-DO系統單載波的前向峰值速率提高到3.686Mbps。在多載波EV-DO系統中，5MHz的帶寬上前向峰值速率至少可達到14.4Mbps，并且比傳統的均勻調制功率效率性能提高。而且調制、解調方法完全等同傳統均勻調制，沒有增加任何復雜性。有效的實現了本發(fā)明的提高空中接口的信號傳輸速率的目的。
雖然通過參照本發(fā)明的某些優(yōu)選實施方式，已經對本發(fā)明進行了圖示和描述，但本領域的普通技術人員應該明白，可以在形式上和細節(jié)上對其作各種改變，而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。
權利要求
1.一種移動通信系統中提高信號傳輸速率的方法，其特征在于，包含以下步驟發(fā)送方使用正交調幅非均勻星座圖調制需要從空中接口發(fā)送的信號；接收方使用所述正交調幅非均勻星座圖解調從空中接口收到的信號；其中，所述正交調幅非均勻星座圖中的點坐標預先通過仿真產生，在該仿真過程中使用了至少一個符合高斯分布的隨機數序列。
2.根據權利要求1所述的移動通信系統中提高信號傳輸速率的方法，其特征在于，正交調幅非均勻星座圖為64階或更高階。
3.根據權利要求1或2所述的移動通信系統中提高信號傳輸速率的方法，其特征在于，所述仿真采用“Monte Carlo”方法實現。
4.根據權利要求3所述的移動通信系統中提高信號傳輸速率的方法，其特征在于，所述仿真進一步包含以下步驟將數軸上的指定區(qū)間等分為K個小區(qū)間，將高斯分布的隨機數序列中各個數字按其值劃歸相應的小區(qū)間，統計落入各個小區(qū)間的隨機數序列數字的數目，再逐步累加進一步得到各個小區(qū)間的累計分布CDF[i]，i＝0，1，..，K-1；根據該累計分布，查表得到di，滿足CDF[di]＝(2*i-1)*1/2n，i＝1，2，...，2(n-1)其中n滿足22n＝M，M為所述正交調幅非均勻星座圖的階數；對di，進行歸一化，使得Σi=12(n-1)di2=2n-2]]>M階非均勻正交調幅星座圖中各點坐標為sm，n＝±dm±jdn m，n＝1，...，2n-1。
5.根據權利要求4所述的移動通信系統中提高信號傳輸速率的方法，其特征在于，所述數軸上的區(qū)間為
，其中L≥3；所述高斯分布的隨機數序列的均值為0，方差為0.5。
6.根據權利要求1所述的移動通信系統中提高信號傳輸速率的方法，其特征在于，所述移動通信系統為第三代移動通信系統。
7.根據權利要求6所述的移動通信系統中提高信號傳輸速率的方法，其特征在于，所述方法應用于碼分多址2000 1x EV-DO系統的單載波前向業(yè)務信道。
8.根據權利要求7所述的移動通信系統中提高信號傳輸速率的方法，其特征在于，所述前向業(yè)務信道傳輸的分組格式采用(6144，1，64)。
全文摘要
本發(fā)明涉及移動通信技術，公開了一種移動通信系統中提高信號傳輸速率的方法，使得空中接口的信號傳輸速率得到提高。本發(fā)明中，使用接近高斯分布的非均勻QAM星座圖進行信號調制和解調。非均勻QAM星座圖可通過“MonteCarlo”方法仿真獲得，仿真過程中使用了至少一個符合高斯分布的隨機數序列。對于CDMA2000 1x EV－DO系統的單載波前向業(yè)務信道，可以使用(6144，1，64)的分組格式提高單載波的前向峰值速率。
文檔編號H04J13/02GK1863182SQ20051010741
公開日2006年11月15日 申請日期2005年9月30日 優(yōu)先權日2005年9月30日
發(fā)明者李少明 申請人:華為技術有限公司