專利名稱：用于在無線通信系統(tǒng)中對數(shù)據(jù)字進行自適應(yīng)編碼、調(diào)制和傳輸?shù)姆椒皞鬏攩卧闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于在無線通信系統(tǒng)中對數(shù)據(jù)字進行編碼、調(diào)制和傳輸 的方法及傳輸單元，更具體地，涉及對數(shù)據(jù)字進行編碼、調(diào)制并通過信
道將數(shù)據(jù)字傳送到接收器以在信道上獲得高吞吐量(throughput)。
背景技術(shù)：
在通信系統(tǒng)中，將要從傳送器(transmitter)傳送到接收器的數(shù)據(jù) 在其通過傳送器和接收器之間的鏈路上被傳送之前，通常被編碼和調(diào) 制。
在無線通信系統(tǒng)中，傳送器和接收器之間的鏈路是無線鏈路。在本 文中，該鏈路此后^f皮稱作信道。信道使用頻率間隔來進行數(shù)據(jù)傳輸。信 道可以4皮劃分為多個子信道，每個子信道使用頻率間隔的一部分來傳送
數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)在通過信道祐:傳送之前^:編碼和調(diào)制。通常在通信系統(tǒng)中， 一種調(diào)制和編碼方案被用于對將要在某一時段(被稱作例如，傳輸時間 間隔(tti)或時幀)內(nèi)通過從傳送器到接收器的鏈路來傳送的所有數(shù) 據(jù)進行編碼和調(diào)制。
在諸如GSM、 W-CDMS、 CDMA2000、 WiMAX等之類的無線系統(tǒng) 中，頻率間隔上的信道質(zhì)量的變化會比固定通信(fixed communication) 系統(tǒng)中的鏈路質(zhì)量的變化大得多。結(jié)果，編碼數(shù)據(jù)字常常將在經(jīng)歷不同 質(zhì)量的多個子信道上^^皮傳送。信道質(zhì)量可以通過測量例如頻率間隔上的 信號對干擾和噪聲比(SINR)來估計。對于寬帶無線系統(tǒng)，信道覆蓋寬 頻率范圍，即頻率間隔4艮寬。因此，在TTI內(nèi)的整個頻率間隔上的信道 質(zhì)量變化通常要比窄帶系統(tǒng)大。
為此，信道自適應(yīng)(channel adaptation):故廣泛4吏用，從而根據(jù)信 道條件(例如信道質(zhì)量)為信道動態(tài)地選擇調(diào)制和編碼方案。這已經(jīng)在 例如無線技術(shù)高速下行鏈路分組接入(HSDPA)或CDMA演進僅數(shù)據(jù) (Evolution Data Only) (CDMAEV國DO)中得以4吏用。CDMAEV國DO 是CDMA2000演進的第一步，除了僅支持語音服務(wù)的傳統(tǒng)信道之外，還具有一些用于僅數(shù)據(jù)服務(wù)(data-service-only)的信道。在現(xiàn)有的無線
通信系統(tǒng)中，信道自適應(yīng)傳統(tǒng)上凈皮設(shè)計成對信道的每個TTI或時幀4吏用
單一調(diào)制模式和單一碼率(code rate)。即，就每個TTI而言使用相同 的碼率和相同的調(diào)制模式來將數(shù)據(jù)編碼和調(diào)制到用于傳輸?shù)乃凶有诺郎稀?br> 當在信道上傳送數(shù)據(jù)時，所關(guān)注的是就某一傳送功率水平而言在信 道上獲得高吞吐量。
本發(fā)明人所執(zhí)行的仿真示出就經(jīng)歷高信道質(zhì)量變化的信道而言在 吞吐量中存在固有損耗。根據(jù)仿真結(jié)果，信道經(jīng)歷高信道質(zhì)量變化的情 況比信道經(jīng)歷低信道質(zhì)量變化的情況需要更低的統(tǒng)一編碼率?；蛘咭粤?一種方式可以看到，質(zhì)量變化越大，就需要越高的傳送功率來獲得相同 的目標誤塊率(block error rate BLER)。這些仿真結(jié)果在

圖1的示圖中 示出。在所述仿真中， 一個信道的每個子信道可以取第一或第二信噪比
(SNR)狀態(tài)。示例圖給出SNR，這是因為它們是鏈路仿真結(jié)果或單個 小區(qū)(single-cell)仿真結(jié)果，其中SNR等于SINR。示圖中的曲線示出 了用來獲得某一 BLER所需的平均SNR和相應(yīng)所需的碼率。每條曲線對 應(yīng)于兩個SNR狀態(tài)之間的以dB表示的某一偏移量。在圖1中能夠看出， 對于某一平均SNR，當兩個SNR狀態(tài)分離較遠時比它們彼此更接近時 需要更低的編碼率來獲得相同的BLER。例如，當這兩個狀態(tài)具有相同 的水平時，即偏移量為0 dB (0 dB曲線)，對于8 dB的平均SNR水平， 編碼率可以是0.9，但當這兩個狀態(tài)的偏移量為30dB時，(見30dB曲 線，即示圖中最上方的曲線)但是仍使用8 dB的平均SNR水平，則編 碼率必須為0.43。反之，當這兩個狀態(tài)的偏移量為0 dB并且使用0.43 的編碼率時，可以使用0 dB的平均SNR水平，與之相比，對于30 dB 偏移量并具有同樣的0.43的編碼率的情況，要獲得同一BLER,需使用 8 dB的平均SNR水平。
為了進一步給出信道質(zhì)量變化對信道吞吐量影響的一些提示，進一 步的仿真產(chǎn)生圖2的四個示圖。圖2的示圖示出了對于不同信道質(zhì)量條 件的標準化(normalized)吞吐量。在圖2中，假設(shè)SNR為對數(shù)正態(tài)
(log-Normal )分布。在左上方的示圖中，信道上SNR的標準偏差為5 dB, 在右上方的示圖中其為10dB,在左下方的示圖中為15dB，且在右下方 的示圖中為20dB。每個示圖中的實線示出了理想鏈路自適應(yīng)的吞吐量，即當已根據(jù)每個子信道的SNR水平(或狀態(tài))向其分配了單獨的調(diào)制 和編碼方案(MCS)的時候。每個示圖中的虛線示出了每幀選擇單一 MCS的吞吐量，即當已經(jīng)對所有子信道選擇了一個調(diào)制和編碼方案而不 管SNR水平如何的時候。在仿真中，對單一MCS和理想鏈路自適應(yīng)這 二者使用了相同的碼塊大小，以使得可以不考慮塊大小的情況下對單一 MCS和理想鏈路自適應(yīng)方法進行比較。并且，沒有考慮必要的開銷信息 (overhead information)大小的可能差異。在圖2中，針對單一MCS情 況和理想鏈路自適應(yīng)情況這二者的調(diào)制是在調(diào)制方案BPSK、 QPSK、 16QAM、 64QAM之間選擇的。由于必須使用每OFDM符號兩比特(bit) 來與已經(jīng)使用了調(diào)制方案的接收器進行通信，所以隨著多狀態(tài)信道以dB 表示的SNR期望值的增加，標準化的吞吐量從0比特/符號增加到6比
特/符號的最大值。
圖2示出了在假設(shè)使用相同塊大小和相同量的系統(tǒng)開銷信息時，在 對整個信道使用相同MCS時的情況和在對每個子信道選擇單獨MCS時 的情況之間的吞吐量存在著差距。圖2還示出了信道變化越大，差距會 增加。即，仿真已經(jīng)示出了在一個TTI/幀期間當信道顯著變化時，就鏈 路自適應(yīng)而言存在著明顯的改進空間?？梢宰⒁獾剑瑘D2所示的性能差 異與實際的編碼和碼塊大小有關(guān)。在理想編碼和無限大碼塊的理想情況 下，當使用相同的塊大小時所述性能差異預(yù)計會消失。
如上所示，每幀或TTI選擇單一 MCS的缺點包括
-具有嚴重的質(zhì)量變化的信道中的吞吐量損失，原因在于強制 (imperative )統(tǒng)一碼率和調(diào)制模式限制了在具有高質(zhì)量(就良好信道狀 態(tài)而言)的子信道上所發(fā)送數(shù)據(jù)的吞吐量。
-對于具有低質(zhì)量的信道狀態(tài)而言，信道估計更易于出現(xiàn)錯誤。在 統(tǒng)一 MCS鏈路自適應(yīng)中存在不良信道估計的情況下，所包含的低質(zhì)量 狀態(tài)實際上地削減了來自更好質(zhì)量狀態(tài)的能量。
在圖1和圖2中，已經(jīng)示出了在假設(shè)相同的塊大小的情況下，如果 調(diào)制和編碼方案與信道質(zhì)量水平或SNR水平相適應(yīng)，則吞吐量會更高。 因此可以假設(shè)解決方案是使用理想鏈路自適應(yīng)方法，其中是根據(jù)每個子 信道的質(zhì)量狀態(tài)來對該子信道進行MCS自適應(yīng)。盡管如此，理想鏈路 自適應(yīng)方法存在著其他缺點
-性能或?qū)嶋H吞吐量是有限的，原因在于由于碼字的每個組分(fraction)都有它自己的MCS的緣故必須使碼塊很小。圖2是在兩種 方法中假設(shè)相同的碼塊大小的仿真，以便能夠在不考慮碼塊的大小的情 況下對兩種方法的吞吐量進行比4交；
-需要太多的開銷來向接收器通知在每個碼塊中所使用的MCS。 總體而言，在算入碼塊大小和系統(tǒng)開銷信息的大小時，對于理想鏈
路自適應(yīng)方法而言，實際吞吐量將4支差。
近來，還針對鏈路自適應(yīng)提出了每TTI/幀混合調(diào)制。這種提議在由 NTT DoCoMo、 NEC、 SHARP于2005年8月29日至9月2日在英國倫 敦舉行的3GPP TSG WG1 #42 on LTE R1-050942中所提出的題為"AMC and HARQ Using Frequency Domain Channel-dependent Scheduling in MIMO Channel Transmission"標準化文獻中得以描述。在該文獻中，根 據(jù)每個組塊(chunk)或子信道的狀態(tài)或質(zhì)量水平來對其完成調(diào)制自適 應(yīng)。該方案產(chǎn)生了一些性能改進，原因在于較高階的調(diào)制才莫式被用于經(jīng) 歷高SINR的子信道，且較低階的調(diào)制模式被用于經(jīng)歷低SINR的子信 道。然而，混合調(diào)制方案與單一 MCS的情形相比，需要相當數(shù)量的額 外信令成本，原因在于必須向接收器通知對每個被傳送的編碼和調(diào)制 的數(shù)據(jù)字組分而言使用了哪種調(diào)制方案。如果有四種不同的調(diào)制方案可 供選擇，則每個經(jīng)編碼和調(diào)制的數(shù)據(jù)字組分將需要包括兩個比特來說明 所使用的調(diào)制方案。
如上所示，存在著在信道上獲得高吞吐量的需求，并且就經(jīng)歷高質(zhì) 量變化的信道而言，存在著改進吞吐量的空間。
發(fā)明簡述
本發(fā)明的目的是在無線通信系統(tǒng)中的信道上實現(xiàn)從傳輸單元向接 收單元傳送數(shù)據(jù)的高吞吐量，其中信道在其頻率范圍內(nèi)經(jīng)歷很大質(zhì)量變化。
上述目的通過在獨立權(quán)利要求的特征部分中所陳述的方法、傳輸單 元以及計算機程序產(chǎn)品而得以實現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明，通過以下步驟來增加經(jīng)歷高質(zhì)量變化的信道的吞吐 量估計每個子信道的質(zhì)量，并且基于每個子信道的估計質(zhì)量將子信道 分類(classify)成多個質(zhì)量組，并且為每個質(zhì)量組選擇一個碼率。當對 數(shù)據(jù)字進行編碼時，數(shù)據(jù)字的每個組分是依賴于編碼數(shù)據(jù)字的該組分要被調(diào)制到哪個子信道、根據(jù)所選擇的碼率來編碼的。例如，可以通過測
量信道頻率范圍內(nèi)的信號對干擾和噪聲比(SINR)或信號對噪聲比 (SNR)、或者通過在接收單元中測量每條子信道的接收比特信息率來 估計信道質(zhì)量，并將結(jié)果傳送到傳輸單元。
仿真示出了當經(jīng)歷高質(zhì)量變化的信道的子信道被分類成兩個、三個 或四個組時實現(xiàn)了接近最優(yōu)的吞吐量，如果信道經(jīng)歷非常高的質(zhì)量變 化，則優(yōu)選三個或四個組，且如果信道經(jīng)歷4交緩和(moderate)的信道 質(zhì)量變化，則優(yōu)選兩個組。如果信道具有低質(zhì)量變化，還可以將所有子 信道分類到同一個組中。就一個組內(nèi)信道質(zhì)量分布而言，良好數(shù)值是接 收比特信息率(RBIR)的分布為0.3。
本發(fā)明的一個優(yōu)點是根據(jù)子信道的質(zhì)量水平將子信道分類成多個 組，并且為每個組選擇一個碼率，與使用統(tǒng)一碼率相比增加了某一傳輸 功率的信道吞吐量。
本發(fā)明的另一個優(yōu)點是能夠?qū)崿F(xiàn)與每個子通道或狀態(tài)使用一個碼 率相類似的性能，但具有更低的信令成本。
本發(fā)明的又另一個優(yōu)點是如果采用僅使用了兩個、三個或四個不同 質(zhì)量組的本發(fā)明的實施例，則每個碼塊只需要一個或兩個比特來傳送所 使用的碼率，即以低信令成本獲得高吞吐量。
另 一 個優(yōu)點是通過使用在本申請中所描述的任何 一種方法，在 一個 編碼塊內(nèi)實施多碼率，進一步提高了性能。
附圖筒要描述
接下來將參考附圖更加詳細地描述本發(fā)明，其中
圖1示出了本發(fā)明人所執(zhí)行的仿真的結(jié)果的示圖。該示圖在y軸上 示出了對于x軸上的不同編碼率，接收器中的解碼器所需的SNR。
圖2示出了在SNR的標準偏差為5 dB、 10 dB、 15 dB或20 dB的 四種情況下，對于SNR的不同平均值，信道上吞吐量的仿真結(jié)果的四 個不同示圖。
圖3描述了根據(jù)本發(fā)明方法的實施例的流程圖。
圖4描述了根據(jù)本發(fā)明方法的另一個實施例的流程圖。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的傳輸單元的示意性框圖。的四個不同示圖。這些示圖示出了當SNR的標準偏差為5dB、 10dB、 15dB或20dB時，對于SNR的不同平均值，信道上的吞吐量。
詳細描述
在下文中，將參考示出了本發(fā)明優(yōu)選實施例的附圖對本發(fā)明進行更 為充分的描述。然而，本發(fā)明可以采用許多不同的形式來實現(xiàn)，并且不 應(yīng)當被理解為限于這里所給出的實施例；相反，提供這些實施例以使得 本公開將會全面且完整，并且向本領(lǐng)域技術(shù)人員充分傳達了本發(fā)明的范圍。
在無線通信系統(tǒng)中，尤其對于寬帶系統(tǒng)，且更尤其對于基于正交頻 分復(fù)用(OFDM)系統(tǒng)的寬帶系統(tǒng)，信道在其頻率范圍內(nèi)會有大的信道 質(zhì)量變化，使得經(jīng)編碼和調(diào)制的數(shù)據(jù)字在其被傳送時將經(jīng)歷質(zhì)量變化4艮 大的信道狀態(tài)。
如從本發(fā)明人所執(zhí)行的仿真所看到的(其結(jié)果被示于圖1和2中)， 對于經(jīng)歷高信道質(zhì)量變化的信道而言，在吞吐量中存在著固有損耗。
為了即使對在頻率范圍內(nèi)經(jīng)歷高質(zhì)量變化的信道而言也能夠?qū)崿F(xiàn) 傳送數(shù)據(jù)的高吞吐量，根據(jù)本發(fā)明的一種方法，提議如下
估計每個子信道的質(zhì)量；
根據(jù)每個子信道的估計質(zhì)量將所述子信道分類成多個質(zhì)量組；和 為每個質(zhì)量組選擇碼率。
之后，對待傳送的數(shù)據(jù)字進行編碼，以使得數(shù)據(jù)字的每個組分是依 賴于編碼數(shù)據(jù)字的該組分要被調(diào)制到哪個子信道、根據(jù)所選擇的碼率來 編碼的。
即，根據(jù)子信道的信道質(zhì)量水平將其分類成多個組。為每個組選擇 一個碼率以使得該組的吞吐量得以最大化或接近最大化。對數(shù)據(jù)字進行 編碼，以使得利用為某一子信道被分類到的等級所選擇的碼率對要在該 子信道上傳送的數(shù)據(jù)字的各組分進行編碼。
才艮據(jù)本發(fā)明的 一 個實施例，可以選擇每個組的碼率以使得該組的吞 吐量得以最大化或接近最大化，就如同該組是恒定信道，即不變化的信 道。對于恒定信道的最優(yōu)鏈路自適應(yīng)而言，SINR對吞吐量的映射是凸 曲線。因此，將根據(jù)以下公式為所述組選擇碼率
Mean(throughput(SINR—i))〉=throughput(Mean[SINR—i])此處"Mean"指"平均"。該不等式說明了作為組中每個單獨子信道 SINR函數(shù)的吞吐量的平均值要高于作為組中子信道的所有SINR平均值 函數(shù)的吞吐量。每個組的碼率將根據(jù)不等式的右側(cè)來選擇。由于SINR 對吞吐量是凸曲線，所以根據(jù)不等式右側(cè)選擇碼率將近似于最優(yōu)選擇， 該最優(yōu)選擇無論如何都不會是開放式的(optimistic)。因此，不存在應(yīng) 用過高碼率(即，過差編碼(too weak coding))的風險。
類似的公式可以用于RBNR對吞吐量的映射。也可以使用其他為每 個組選擇碼率的方式以使得該組的吞吐量得以最大化。
通過將子信道分類成質(zhì)量組并為某等級的所有子信道選擇一個碼 率，能夠為每個子信道選擇更為合適的碼率，與使用統(tǒng)一MCS選擇的 情況相比，這將提高其性能。同時，能夠保持大的碼塊大小。而且，尤 其在保持組數(shù)目很低的情況下，只需要少量比特來向接收器通知所選擇 的碼率?？傮w而言，與為整個信道使用一個MCS相比，信道的吞吐量 將得以增加。而且，由于可以保持低的開銷信息，所以與為每個子信道 使用單獨MCS的情況相比，吞吐量會更高。仿真已經(jīng)示出了兩個、三 個或四個不同質(zhì)量組是最佳選擇，原因在于如圖6中仿真所示，吞吐量 將很高而且也能夠保持低的額外信令開銷。例如，如果只選擇了兩個組， 則每個碼塊只需要一個額外比特來向接收單元通知所選擇的碼率。組的
最佳數(shù)目將取決于信道質(zhì)量的變化信道質(zhì)量的變化越高，質(zhì)量組的最 佳數(shù)目就越高。對于非常高的信道質(zhì)量變化，最佳值將必須高達四個組， 原因在于選擇更好的碼率所增加的吞吐量將會比作為開銷的額外比特 所減少的吞吐量要多。另一方面，如果信道質(zhì)量變化低，則只用一個質(zhì) 量組就足夠了。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的用于在無線通信系統(tǒng)中的信道上從 傳輸單元向接收單元傳送數(shù)據(jù)字的方法。所述方法開始于估計301信道 的每個子信道的質(zhì)量。子信道覆蓋著子頻率間隔，所述子頻率間隔是傳 輸信道所使用的頻率間隔的一部分。子信道所覆蓋的子頻率間隔取決于 估計方法。根據(jù)一個實施例，可以根據(jù)最近獲得的或在頻率間隔上對每 個子頻率進行采樣而獲得的瞬時的信道質(zhì)量測量或者根據(jù)質(zhì)量的統(tǒng)計 分布，來^質(zhì)量進行估計。從而子頻率間隔可以取決于在信道頻率間隔 上所取的樣本的數(shù)量。在對質(zhì)量進行估計之后，根據(jù)每個子信道的估計 質(zhì)量，將子信道分類302成多個質(zhì)量組。對于每個組選擇303使該組的吞吐量最大化的碼率。然后，以所選擇的碼率對數(shù)據(jù)字進行編碼304,
這樣使得，依賴于編碼數(shù)據(jù)字的組分要祐:調(diào)制到哪個子信道，根據(jù)所選
擇的碼率對所述數(shù)據(jù)字的每個組分進行編碼。之后，選擇305調(diào)制方法。 所述調(diào)制方法是通過例如為所有子信道選擇統(tǒng)一調(diào)制方法，或者通過為 每個質(zhì)量組或每個子信道選擇調(diào)制方法，或者通過上述的任意混合來選 擇的。之后，對編碼數(shù)據(jù)字進行調(diào)制306,并且通過信道將經(jīng)編碼和調(diào) 制的數(shù)據(jù)字傳送307到接收單元。
接下來描述根據(jù)本發(fā)明的另一種方法。舉例來說，所述方法用于在 基于正交頻分復(fù)用(OFDM)的無線通信系統(tǒng)中從傳輸單元向接收單元 傳輸數(shù)據(jù)。圖4描述了根據(jù)該方法的多碼率鏈路自適應(yīng)的流程圖。在該 方法中，概念組塊(chunk)被用于在時域和頻域中定義信道質(zhì)量幾乎 不變化的小區(qū)域。其與圖3的子信道相當，在短時間段內(nèi)對信道質(zhì)量進 行估計。所述方法開始于估計401組塊質(zhì)量并由此對塊進行歸類(sort)。 估計可以通過傳輸單元或接收單元來執(zhí)行。例如，組塊質(zhì)量可以通過接 收單元測量組塊質(zhì)量并將其傳送到傳輸單元來估計。接著根據(jù)例如信道 質(zhì)量變化，將組塊優(yōu)選地分類402成兩個、三個或四個組。存在對組塊 進行分類的不同方法。 一個示例是基于標準化的每編碼比特交互信息 (mutual information per coded bit MIPB ),也一皮稱作接收比特信息率 (RBIR) 。 RBIR是在理想信道的情況下，在某一噪聲水平，對應(yīng)用了 某一調(diào)制方案的組塊的信息傳輸效率的量度。許多研究已經(jīng)表明，在為 組定義質(zhì)量量度范圍時，RBIR是有效的質(zhì)量量度。進行分類來就每個 組而言將RBIR動態(tài)范圍限定在某一 范圍。根據(jù)本發(fā)明有利的實施例， 每個組的動態(tài)RBIR范圍被限定在大約0.3。仿真已經(jīng)示出了如果每個組 所具有的質(zhì)量變化在RBIR 0.3或大約RBIR 0.3之內(nèi)，那么信道能夠達 到非常接近于最優(yōu)的吞吐量。圖6給出了相應(yīng)的仿真結(jié)果。之后，對于 每個組，在利用所選擇的碼率和調(diào)制模式對數(shù)據(jù)字進行編碼和調(diào)制并最 終將其傳送到接收器之前，通過選擇調(diào)制^^莫式和碼率來使鏈路(或信道)
與信道條件相適應(yīng)。在將組塊或子信道分類成組時，還可以使用其他的 信道質(zhì)量指示器。信道質(zhì)量指示器可以是SINR、 RBIR、吞吐量或標準 化吞吐量、或者SNIR的任何其他非線性函數(shù)，或任何其他信道質(zhì)量指 示器。在已經(jīng)估計了信道質(zhì)量從而獲得信道質(zhì)量指示器之后，根據(jù)信道 質(zhì)量指示器進行分類。存在著對數(shù)據(jù)字實施不同碼率的不同方法。#4居本發(fā)明的第 一實施 例，每個組都具有單獨的碼塊，所述碼塊具有設(shè)定的碼率。
根據(jù)本發(fā)明的笫二實施例，各組共享相同的碼塊，但是仍具有不同
的碼率。這需要對速率匹配(rate-matching)算法進行4務(wù)改，并且可能 還要對交織圖案(interleaving pattern)進行修改。在該實施例中，非均 勻差錯保護(unequal error protection UEP )被用來為不同組設(shè)置不同的 選定碼率。這需要對速率匹配算法進行一些修改，以使其成為由標準化 主體3GPP所定義并且公布為技術(shù)規(guī)范3GPP TS 25.212的所謂Turbo碼， 如果使用該代碼，則可能還要對交織圖案進行修改。用于非均勻差錯保 護的可能方法的示例是
-在需要低碼率的組中進行重復(fù)(repetition)。在這種情況下，根 據(jù)最佳組(即，具有最高選定碼率的組)的碼率來選擇初始編碼。對于 具有較低選定碼率的組，通過在頻域上重復(fù)編碼數(shù)據(jù)來降低碼率，以使 得保護能力得到增強。重復(fù)可以通過其他實施方式來完成，比如以擴展 圖案(spreading pattern)進行擴展等；
-使用不均勻收縮率(uneven puncture rate )。在這種情況下，初 始編碼基于具有最低選定碼率的組。對于具有較高選定碼率的組，移除 一些編碼比特來獲得較高的碼率。巻積碼的一個示例是基于速率兼容收 縮巻積碼(RCPC )的被稱作非均勻差錯保護的方案。RCPC碼在Fren倉er 等人于1998年4月的Communications Systems Group of Chalmers University of Technology才支術(shù)斗艮告21 "Multirate convolutional codes"中 被加以描述。巻積碼是確定移除哪些比特的編碼。它還基于母碼，例如 具有RCPC中的收縮圖案的1/3速率。
-將數(shù)據(jù)字的各組分劃分為不同部分，其中數(shù)據(jù)字組分的第 一部分 通過具有高質(zhì)量的組來傳送，而數(shù)據(jù)字組分的第二部分通過具有低質(zhì)量 的組來傳送。例如，具有高碼率的較好的組只包含第一傳送分組(packet) 的部分。具有低碼率的組包含第一傳送分組和第二傳送分組的部分。對 于turbo碼，類似混合自動重傳請求-遞增冗余(HARQ-IR)的結(jié)構(gòu)是可 能的。傳送比特序列的次序可參考HARQ-IR的次序。而且，可以使用 對數(shù)據(jù)字實施不同碼率的第 一和第二實施例之間的混合。
例如，可以為每個組選擇調(diào)制模式。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，每 個組都具有用于質(zhì)量組的所有子信道的單一調(diào)制才莫式。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，調(diào)制模式適合于每個子信道的狀態(tài)，例如，在基于OFDM 的系統(tǒng)中為每個組塊選擇調(diào)制模式。如果為每個組塊或子信道選擇調(diào)制 模式，則需要更多的開銷信令。
圖5描述了根據(jù)本發(fā)明的實施例的傳輸單元500,其^皮配置成在無 線通信系統(tǒng)中的信道上向接收單元傳送數(shù)據(jù)字。該傳輸單元包括處理器 504,其具有用于估計信道的每個子信道的質(zhì)量的裝置506。可以基于指 示每個子信道質(zhì)量的測量結(jié)果來估計每個子信道的質(zhì)量?？梢越?jīng)由節(jié)點 的接收器505 (比如移動臺)在處理器504中接收這些測量結(jié)果，其中 傳輸單元可位于該節(jié)點中。處理器504還具有用于根據(jù)每個子信道的估 計質(zhì)量將子信道分類成多個質(zhì)量組的裝置507。處理器還具有選擇裝置 508,其纟皮配置成為每個組選擇碼率，該碼率使該組的吞吐量最大化。 選擇裝置還可以被配置成為每個組或每個子信道選擇調(diào)制方法。傳輸單 元500還包括編碼器501,所述編碼器501用于對數(shù)據(jù)字進行編碼以使 得所述數(shù)據(jù)字的每個組分是依賴于編碼數(shù)據(jù)字的該組分要被調(diào)制到哪 個子信道、根據(jù)處理器所選擇的碼率來編碼的。為此，處理單元^皮配置 為向編碼器通知所選擇的碼率。傳輸單元還包括調(diào)制器502,其被配置 成從編碼器501接收編碼數(shù)據(jù)字，并且對所述編碼數(shù)據(jù)字進行調(diào)制。處 理器504還可以:故配置為向調(diào)制器502通知調(diào)制方法，該調(diào)制器應(yīng)該4吏 用所述調(diào)制方法來調(diào)制編碼數(shù)據(jù)字。傳輸單元還包括傳輸塊503,其#皮 配置成從調(diào)制器接收經(jīng)編碼和調(diào)制的數(shù)據(jù)字，并將經(jīng)編碼和調(diào)制的數(shù)據(jù) 字傳送到接收單元。用于估計的裝置506、用于分類的裝置507和用于 選擇的裝置508可以是傳輸單元500中分離的單元，并且位于處理單元 中。
根據(jù)本發(fā)明，傳輸單元大體上被描述為以硬件實現(xiàn)。盡管這樣，本 發(fā)明還可以以軟件或軟硬件的組合來實現(xiàn)。在這種情況下，用于執(zhí)行根 據(jù)本發(fā)明的方法權(quán)利要求的步驟的相應(yīng)裝置可以利用傳輸單元中的計 算機程序軟件來實現(xiàn)。
圖6示出了基于OFDM的系統(tǒng)的仿真結(jié)果。該結(jié)果示出了不同鏈路 自適應(yīng)解決方案之間的比較。所有的解決方案列出如下，其中LA1和 LA2是本發(fā)明所提出的思想。鑒于它們是其中信號對噪聲比(SNR)與 信號對干擾和噪聲比(SINR)相等的鏈路仿真結(jié)果，因而示例圖給出了 SNR。LAO:理想鏈路自適應(yīng)，即，對每個信道狀態(tài)(或根據(jù)每個子信道 的信道狀態(tài)對每個子信道)的調(diào)制和碼率自適應(yīng)。 LA1:多碼率，對每個組塊采用調(diào)制自適應(yīng)。
LA2:多碼率，對每個碼率采用單一調(diào)制模式(針對組的(group-wise) MCS自適應(yīng))。
LA3:單一碼率，針對組塊的(chunk-wise )調(diào)制自適應(yīng)。
LA4:單一MCS。
仿真^f叚設(shè)包括
假設(shè)OFDM系統(tǒng)，其中每幀100個組塊，每組塊128個符號。對于 所有組塊，傳送功率是共同的。
多狀態(tài)信道被建模成具有正態(tài)分布的SNR_dB的100個狀態(tài)，其中 在左上方的示圖中，標準偏差為5dB，在右上方的示圖中為10dB,在 左下方的示圖中為15dB，以及在右下方的示圖中為20dB。大的變化(20 dB)被用于模擬帶寬很大的情況，或用戶接近小區(qū)邊界的時候。
所使用的備選調(diào)制才莫式為{BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM}。在接收 單元中使用BICM-logMAX算法。
編碼自適應(yīng)能夠選擇/人0到1的任意碼率來達到1%的BLER目標。
假設(shè)在傳輸單元和接收單元這二者中具有完全的信道信息(perfect channel knowledge )。
組塊劃分是以RBIR為基礎(chǔ)的，將RBIR范圍限定在每組在0.3內(nèi)， 該RBIR范圍以Drbir表示。
假設(shè)對于所有鏈路自適應(yīng)解決方案，碼塊大小相同。并且，不考慮 由于不同的首部大小而引起的不同信令成本。在圖6中可以看到，在一 幀內(nèi)當信道劇烈變化時，LA1和LA2明顯優(yōu)于LA4。 LA1非常接近于理 想鏈路自適應(yīng)，即LA0。在性能上，LA2和LA3彼此十分接近。
下面比較五種不同的鏈路自適應(yīng)解決方案的信令成本
-LA4僅需要在傳送器和接收器之間傳送MCS，因此其耗費最低的開銷。
-LA2是笫二最有效率的，其需要多個MCS信息和額外的信令來 向每個組塊告知組索引。如果僅使用兩個組(其^L證明為足以實現(xiàn)根據(jù) 圖6的結(jié)果)，那么一個比特就足以標記組索引。
- LA3實施具有公共碼率的針對組塊的(chunk-wise )調(diào)制自適應(yīng)，因此其信令成本僅次于LA2。雖然在只使用兩個組的情況下僅需要一個 碼率信息比特，但是需要兩個比特來為每個塊標記BPSK、QPSK、16QAM 和64QAM之中的調(diào)制才莫式。
-LA1需要比LA3更多的某些額外信令來向每個組塊告知關(guān)于多 碼率和組索引的信息。
-LA0效率最低，原因在于其需要向接收單元傳送每個組塊的碼率
和調(diào)制模式信息。
如上所述，如果將子信道分類成多個組，且其中每個組使用所選擇 的碼率，則在經(jīng)歷高信道質(zhì)量變化的信道上在其頻率范圍內(nèi)的總吞吐量 將會增加。通過針對每個組使用一個碼率，信令成本將會很低，在僅使 用有限數(shù)目的組時(例如根據(jù)信道變化而使用一至四個組)尤其如此， 而獨立于信令成本的吞吐量仍然很高。
在附圖和說明書中已經(jīng)公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施例和示例，并且雖 然使用了特定術(shù)語，但是其僅作為一般和描述用途，并非用于限定目的， 本發(fā)明的范圍在下面的權(quán)利要求中給出。
權(quán)利要求
1.一種用于在無線通信系統(tǒng)中的信道上從傳輸單元向接收單元傳送數(shù)據(jù)字的方法，所述信道被劃分成多個子信道，其中所述信道被分配有用于傳輸?shù)念l率間隔，并且每個子信道被分配有相應(yīng)的子頻率間隔，每個子頻率間隔是所述頻率間隔的一部分，其中所述方法包括步驟以確定碼率對數(shù)據(jù)字進行編碼(304)；將編碼數(shù)據(jù)字調(diào)制到所述多個子信道上，其中編碼數(shù)據(jù)字的組分被調(diào)制到子信道上；通過所述信道將經(jīng)編碼和調(diào)制的數(shù)據(jù)字傳送(307)到接收器；特征在于所述方法進一步包括步驟估計(301)每個子信道的質(zhì)量；根據(jù)每個子信道的估計質(zhì)量將子信道分類(302)成多個質(zhì)量組；和為每個質(zhì)量組選擇(303)碼率；其中對數(shù)據(jù)字進行編碼的步驟包括依賴于編碼數(shù)據(jù)字的組分要被調(diào)制到哪個子信道上，根據(jù)選定碼率對數(shù)據(jù)字的每個組分進行編碼。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中對編碼數(shù)據(jù)字進行調(diào)制的步驟 包括為每個質(zhì)量組選擇(305 ) —種調(diào)制方法；和 依賴于編碼數(shù)據(jù)字的每個組分要被調(diào)制到哪個子信道上，根據(jù)所選 擇的調(diào)制方法對編碼數(shù)據(jù)字的每個組分進行調(diào)制(306)。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中對編碼數(shù)據(jù)字進行調(diào)制的步驟 包括為每個子信道選擇(305 )調(diào)制方法；和依賴于編碼數(shù)據(jù)字的每個組分要被調(diào)制到哪個子信道上，根據(jù)所選 擇的調(diào)制方法對編碼數(shù)據(jù)字的每個組分進行調(diào)制(306)。
4. 如權(quán)利要求1-3中任何一項所述的方法，其中估計(301)每 個子信道的質(zhì)量的步驟基于對每個子信道上的信號對噪聲比SNR或信 號對干擾和噪聲比SINR的測量。
5. 如權(quán)利要求1-3中任何一項所述的方法，其中估計(301)每 個子信道的質(zhì)量的步驟基于對每個子信道上的接收比特信息率RBIR的 測量。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中對所述子信道進行分類(302), 以使得相同質(zhì)量組的子信道的RBIR具有不超過0.3的動態(tài)范圍。
7. 如前述權(quán)利要求中任何一項所述的方法，其中分類(302)步驟 包括將子信道分類成兩個、三個或四個不同的質(zhì)量組。
8. 如前述權(quán)利要求中任何一項所述的方法，其中在分離的碼塊中 對要被調(diào)制到屬于不同質(zhì)量組的子信道上的數(shù)據(jù)字的組分進行編碼(304)。
9. 如權(quán)利要求1 - 7中任何一項所述的方法，其中在一個公共碼塊 中對數(shù)據(jù)字進行編碼(304)。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中每個質(zhì)量組的不同的選定碼率 是通過所述公共碼塊中使用的非均勻差錯保護方法來實現(xiàn)的。
11. 如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述非均勻差錯保護方法包括以第一選定碼率對數(shù)據(jù)字進行編碼；和通過在兩個或更多子信道上對要以第二選定碼率來編碼的編碼數(shù) 據(jù)字的每個組分的部分進行調(diào)制，以對要以第二選定碼率來編碼的編碼 數(shù)據(jù)字的每個組分的部分進行重復(fù)，其中所述第二選定碼率低于所述第 一選定碼率。
12. 如權(quán)利要求10或11所述的方法，其中所述非均勻差錯保護方 法包括以第一選定碼率對數(shù)據(jù)字進行編碼，從要以第三選定碼率來編碼的數(shù)據(jù)字的每個組分中移除一些編碼 比特，所述第三選定碼率高于所述第一選定碼率，被稱作不均勻收縮率。
13. —種無線通信系統(tǒng)中的傳輸單元(500),適于在無線通信系 統(tǒng)中的信道上向接收單元傳送數(shù)據(jù)字，所述信道被劃分為多個子信道， 其中所述信道^L分配有用于傳輸?shù)念l率間隔，并且每個子信道^皮分配有 相應(yīng)的子頻率間隔，每個子頻率間隔是所述頻率間隔的一部分，傳送器包括編碼器(501),適于以確定碼率對數(shù)據(jù)字進行編碼； 調(diào)制器(502 )，適于將編碼數(shù)據(jù)字調(diào)制到所述多個子信道上，其 中所述調(diào)制器還適于將所述數(shù)據(jù)字的組分調(diào)制到子信道上；傳輸塊(503 ),適于通過所述信道將經(jīng)編碼和調(diào)制的數(shù)據(jù)字傳送到接收器；特征在于所述傳輸單元還包括用于估計每個子信道的質(zhì)量的裝置(506);用于根據(jù)每個子信道的估計質(zhì)量，將子信道分類成多個質(zhì)量組的裝置(507);和選擇裝置(508 ),被配置成為每個質(zhì)量組選擇碼率； 其中所述編碼器(501)進一步被配置成依賴于數(shù)據(jù)字的組分要被調(diào)制到哪個子信道上，根據(jù)選定碼率對數(shù)據(jù)字的每個組分進行編碼。
14. 如權(quán)利要求13所述的傳輸單元(500 )，其中所述選擇裝置(508 ) 進一步被配置成為每個質(zhì)量組選擇一種調(diào)制方法，并且其中所述調(diào)制器(502 )進一步被配置成依賴于編碼數(shù)據(jù)字的每個組分要被調(diào)制到哪個
15. 如權(quán)利要求13所述的傳輸單元(500)，其中所述選擇裝置(508) 進一步被配置成為每個子信道選擇調(diào)制方法，并且其中所述調(diào)制器(502 )進一步被配置成依賴于編碼數(shù)據(jù)字的每個組分要被調(diào)制到哪個 子信道上，根據(jù)所選擇的調(diào)制方法對編碼數(shù)據(jù)字的每個組分進行調(diào)制。
16. 如權(quán)利要求13-15中任何一項所述的傳輸單元(500)，其中 所述用于估計的裝置(506)被配置成根據(jù)對每個子信道上的信號對噪 聲比SNR或信號對干擾和噪聲比SINR的測量來估計每個子信道的質(zhì) 量。
17. 如權(quán)利要求13-15中任何一項所述的傳輸單元(500)，其中 所述用于估計的裝置(506)被配置成根據(jù)對每個子信道上的接收比特 信息率RBIR的測量來估計每個子信道的質(zhì)量。
18. 如權(quán)利要求17所述的傳輸單元(500),其中所述用于分類的 裝置(507)被配置成對子信道進行分類，以使得相同質(zhì)量組的子信道 的RBIR具有不超過0.3的動態(tài)范圍。
19. 如權(quán)利要求13-18中任何一項所述的傳輸單元(500),其中 所述用于分類的裝置(507)被配置成將子信道分類成兩個、三個或四 個不同的質(zhì)量組。
20. 如權(quán)利要求13 - 19中任何一項所迷的傳輸單元(500),其中 所述編碼器(501)進一步被配置成在分離的碼塊中對要被調(diào)制到屬于 不同質(zhì)量組的子信道上的數(shù)據(jù)字的組分進行編碼。
21. 如權(quán)利要求13-20中任何一項所述的傳輸單元(500)，其中 所述編碼器(501)被配置成在一個公共碼塊中對數(shù)據(jù)字進行編碼。
22. 如權(quán)利要求21所述的傳輸單元(500),其中每個質(zhì)量組的不 同的選定碼率是通過所述編碼器(501)來實現(xiàn)的，所述編碼器(501) 被配置成以第一選定碼率對數(shù)據(jù)字進行編碼；和通過在兩個或更多子信道上對要以第二選定碼率來編碼的編碼數(shù) 據(jù)字的每個組分的部分進行調(diào)制，以對要以第二選定碼率來編碼的編碼 數(shù)據(jù)字的每個組分的部分進行重復(fù)，其中所述第二選定碼率低于所述第 一選定碼率。
23. 如權(quán)利要求21或4又利要求22所述的傳輸單元(500)，其中 每個質(zhì)量組的不同的選定碼率是通過所述編碼器(501)來實現(xiàn)的，所 述編碼器(501 )被配置成以第 一選定碼率對數(shù)據(jù)字進行編碼，從要以第三選定碼率來編碼的數(shù)據(jù)字的每個組分中移除一些編碼 比特，所述第三選定碼率高于所述第一選定碼率。
24. —種可加載到駐留在傳輸單元(500)中的數(shù)字計算機設(shè)備的 存儲器中的計算機程序產(chǎn)品，其中所述計算機程序產(chǎn)品包括用于當所述 計算機程序產(chǎn)品在所述計算機設(shè)備上運行時執(zhí)行權(quán)利要求1- 12中任何 一項所述的方法的軟件代碼部分。
全文摘要
在通過無線通信系統(tǒng)中的信道從傳輸單元向接收單元傳送數(shù)據(jù)時，已經(jīng)觀察到在吞吐量中存在固有損耗，特別是對于在其頻率范圍內(nèi)經(jīng)歷高信道質(zhì)量變化的信道。為了提高這種信道上的吞吐量，提議如下估計(301)信道的每個子信道的質(zhì)量，根據(jù)估計的質(zhì)量將子信道分類(302)成多個質(zhì)量組，并且為每個質(zhì)量組選擇(303)碼率。之后當對待傳送的數(shù)據(jù)字進行編碼(304)時，使用這樣的針對每個質(zhì)量組的選定碼率。發(fā)明人所執(zhí)行的仿真示出了通過將子信道分為有限數(shù)量的組，例如依賴于信道質(zhì)量變化的一至四個組，能夠以最低的額外開銷形式的信令成本獲得高吞吐量。
文檔編號H04L1/00GK101300768SQ200580051991
公開日2008年11月5日 申請日期2005年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月4日
發(fā)明者J·阿克斯納斯, 蕾 萬 申請人:艾利森電話股份有限公司