專利名稱：無(wú)線通信鏈路質(zhì)量確定的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及無(wú)線通信環(huán)境中的信號(hào)傳輸。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及用于傳輸編碼信號(hào)的通信鏈路的質(zhì)量確定。
背景技術(shù)：
在自適應(yīng)通信系統(tǒng)，如UMTS、EDGE或5GHz WLAN系統(tǒng)(IEEE802.11a、HiperLAN2和HisWANa))中，調(diào)整諸如發(fā)送功率、碼率和/或調(diào)制方案等的傳輸參數(shù)以適應(yīng)通信鏈路的瞬時(shí)狀況，具體來(lái)說(shuō)適應(yīng)信道條件以便有效地利用可用資源。這些自適應(yīng)方案的一個(gè)關(guān)鍵元素是所謂的信道質(zhì)量信息(CQI)或通信鏈路質(zhì)量測(cè)量(LQM)。CQI或LQM代表對(duì)諸如信噪比(SNR)、多徑抽頭加權(quán)值等鏈路參數(shù)的評(píng)估。
CQI的一個(gè)特有問(wèn)題是經(jīng)由多狀態(tài)通信鏈路的信號(hào)傳輸(如多狀態(tài)信道上的編碼傳輸)的誤碼率預(yù)測(cè)。表述多狀態(tài)指在利用特定調(diào)制和編碼方案(MCS)的信號(hào)或其部分(如一個(gè)碼字)的傳輸期間，通信鏈路或信道的狀態(tài)是變化的。這在瞬時(shí)SNR或信干比(SIR)的情況下通?？梢员硎緸閥k=SNRk·xk+zk,,k=1,...,N,---1.1]]>其中SNRk表示在瞬時(shí)k經(jīng)歷的通信鏈路SNR(信道狀態(tài))，N是所考慮的每傳輸信號(hào)信號(hào)部分?jǐn)?shù)量(例如每碼字碼元數(shù))。這里，信號(hào)部分(若干碼元)的平均功率xk和噪聲樣本zk假定等于1。
有許多其中出現(xiàn)這些多狀態(tài)通信鏈路的實(shí)例。下面簡(jiǎn)要提及三種時(shí)常發(fā)生的的情況-時(shí)間選擇性信道上的傳輸；
-頻率選擇性信道上的傳輸；以及-空間選擇性信道上的傳輸。
時(shí)間選擇性通信鏈路上的傳輸?shù)囊粋€(gè)實(shí)例是UMTS的物理層傳輸。一般來(lái)說(shuō)，5MHz帶寬的UMTS也會(huì)促成頻率選擇性信道。信息在時(shí)域進(jìn)行編碼，并經(jīng)組織，以便以不同長(zhǎng)度(例如10、20、40或80毫秒)的所謂傳輸時(shí)間間隔(TTI)對(duì)輸入信息進(jìn)行分組、編碼并傳送。
一個(gè)TTI直接對(duì)應(yīng)于一個(gè)碼字。接收到的TTI碼元或軟比特在RAKE合并之后被取作譯碼器輸入。這些碼元所經(jīng)歷的信道SNR或等效信道狀態(tài)一般隨時(shí)間變化。變化程度取決于車輛(vehicular)速度。


圖1中顯示了UMTS信道時(shí)間選擇性的一個(gè)實(shí)例。這是車速為120km/h、載波頻率為2GHz、假定平坦衰落情況下的一個(gè)瞬像。圓圈標(biāo)記所謂時(shí)隙的開(kāi)始位置，時(shí)隙的長(zhǎng)度為10/15毫秒。對(duì)應(yīng)于所示圓圈的SNR值可以構(gòu)成信道狀態(tài)SNRk。要注意SNR值經(jīng)過(guò)歸一化，使得平均值等于1(0dB)。
OFDM傳輸是頻率選擇性信道上傳輸?shù)囊粋€(gè)實(shí)例。IEEE802.11a可以視為應(yīng)用OFDM的各種系統(tǒng)之一。在OFDM中，將信息編碼并映射到頻率子載波。通常，它應(yīng)用于相對(duì)于反向傳輸帶寬有較大時(shí)延擴(kuò)展的情況，這種情況意味著在傳輸帶寬上具有頻率選擇性信道。因此，接收到的子載波碼元在解調(diào)之后一般經(jīng)歷不同的衰落振幅。子載波衰落的程度取決于瞬時(shí)信道脈沖響應(yīng)的時(shí)延擴(kuò)展及抽頭加權(quán)值。
圖2中顯示了IEEE802.11a信道的頻率選擇性的一個(gè)實(shí)例。這是rms時(shí)延擴(kuò)展為150納秒(這是IEEE802.11a標(biāo)準(zhǔn)化程序中采用信道模型C的假定)的一個(gè)瞬像。IEEE802.11a信道帶寬為20MHz，此帶寬分為64個(gè)子信道。圓圈標(biāo)記各個(gè)子載波的位置。每子載波SNR值通常構(gòu)成信道狀態(tài)SNRk。同樣將SNR值歸一化，使其平均值為1。
BLAST類型的MIMO傳輸方案可以視為空間選擇性信道的一個(gè)實(shí)例。由此，(可能物理上可用的)并行MIMO信道通過(guò)并行傳輸流或?qū)觼?lái)饋送。這些層通?？梢杂梢粋€(gè)碼來(lái)編碼，然后進(jìn)行空間復(fù)用?；贛IMO信道的傳輸導(dǎo)致干擾層。假定頻率平坦信道，并將線性MMSE檢測(cè)器應(yīng)用于接收到的信號(hào)矢量以抑制空間干擾，則該檢測(cè)器輸出上作為軟比特饋送給譯碼器的碼元流一般會(huì)經(jīng)歷檢測(cè)器輸出SNR形式的不同的信道狀態(tài)。這可以視為隨空間或?qū)幼兓男诺?。變化程度主要取決于MIMO信道的空間相關(guān)性和多徑分布。
圖3中顯示了MIMO信道的時(shí)間選擇性的一個(gè)實(shí)例。這是平坦且不相關(guān)4×4MIMO信道的典型瞬像。發(fā)送天線流或?qū)釉诮邮掌魃贤ㄟ^(guò)線性MMSE檢測(cè)器分離。附圖所示的SNR是檢測(cè)器輸出上的SNR。每層SNR值通常構(gòu)成信道狀態(tài)SNRk。將這些SNR值歸一化，使其平均值等于1。
在上述的多狀態(tài)通信情況中，需要一種允許精確地確定無(wú)線通信鏈路質(zhì)量的方法和接收器。
發(fā)明概述為滿足此需求，本發(fā)明提出一種基于編碼信號(hào)來(lái)確定無(wú)線通信鏈路質(zhì)量的方法，所述編碼信號(hào)經(jīng)由所述通信鏈路傳輸且包含經(jīng)歷一個(gè)或多個(gè)傳輸信道的不同狀態(tài)的至少兩個(gè)信號(hào)部分。該方法包括如下步驟提供相應(yīng)于所述不同信道狀態(tài)的各信道質(zhì)量值；以及通過(guò)在指數(shù)域?qū)λ龈餍诺蕾|(zhì)量值求均值來(lái)確定指示所述鏈路質(zhì)量的質(zhì)量量度。
本發(fā)明可以應(yīng)用于各種領(lǐng)域。例如它可以應(yīng)用于對(duì)多狀態(tài)通信鏈路上的編碼傳輸執(zhí)行誤碼率估計(jì)的場(chǎng)合。如上所述，表述多狀態(tài)表示在信號(hào)傳輸期間，信道狀態(tài)如(瞬時(shí))信噪比(SNR)或信干比(SIR)是變化的。這可能發(fā)源于隨時(shí)變信道條件、頻率選擇性條件或空間選擇性行為。
估計(jì)(例如預(yù)測(cè))誤碼率的問(wèn)題產(chǎn)生于許多應(yīng)用，例如信道質(zhì)量測(cè)量以及基于此，為鏈路自適應(yīng)、功率控制、鏈路對(duì)系統(tǒng)干擾建模、仿真結(jié)果的驗(yàn)證等而執(zhí)行的鏈路質(zhì)量評(píng)估。本發(fā)明還可以用作確定此類應(yīng)用中所需的適當(dāng)量度。
所述各信道質(zhì)量值可以不同方式提供。它們可以例如根據(jù)在實(shí)際數(shù)據(jù)發(fā)送之前發(fā)送的(預(yù)定義)導(dǎo)頻信號(hào)來(lái)獲取。
為對(duì)所述各信道質(zhì)量值求均值，可以采用各種均值函數(shù)。例如，可以提到非線性(例如對(duì)數(shù)或非對(duì)數(shù))或線性均值函數(shù)。求均值期間，可以通過(guò)各概率量度對(duì)各信道質(zhì)量值作加權(quán)處理。所述概率量度可以表征信道狀態(tài)。
可以根據(jù)下式來(lái)確定質(zhì)量量度γeff=-loge(Σk=1Npkexp(-γk·α))·β,]]>其中γeff是質(zhì)量量度；γk是各信道質(zhì)量值；N是所傳信號(hào)中包含的信號(hào)部分的數(shù)量；Pk是各信道質(zhì)量值的概率量度；以及α和β是可選的系數(shù)(可以等于1)。
至少質(zhì)量量度和各信道質(zhì)量值之一可以根據(jù)編碼信號(hào)所用的編碼方案和/或調(diào)制方案來(lái)調(diào)整。例如，可以采用與特定編碼方案相關(guān)聯(lián)的第一校正項(xiàng)。第一校正項(xiàng)可以選擇為，使針對(duì)參考通信鏈路確定的質(zhì)量量度與針對(duì)實(shí)際通信鏈路確定的質(zhì)量量度的偏差對(duì)于目標(biāo)鏈路質(zhì)量(例如幀誤碼率(FER)或比特誤碼率(BER))最小?；蛘呋虼送猓€可以采用與經(jīng)由所述通信鏈路傳送信號(hào)所用的特定調(diào)制方案相關(guān)的第二校正項(xiàng)。所述第二校正項(xiàng)可以取決于所選調(diào)制方案相對(duì)于二進(jìn)制相移鍵控(BPSK)或任何其他調(diào)制方案的歐幾里德距離差。
如果要采用一個(gè)或多個(gè)校正項(xiàng)，可以根據(jù)下式確定質(zhì)量量度γeff=-loge(Σk=1Npk exp-(γkγcod*γmod))*γcod*γmod,]]>其中γeff是質(zhì)量量度；γk是各信道質(zhì)量值；N是所傳信號(hào)中包含的信號(hào)部分的數(shù)量；pk是各信道質(zhì)量值的概率量度；γcod是與特定編碼格式相關(guān)聯(lián)的第一校正項(xiàng)；以及γmod是與特定調(diào)制方案相關(guān)聯(lián)的第二校正項(xiàng)。
要注意在上述公式中，γcod和γmod可以等于1。
可以基于質(zhì)量量度導(dǎo)出通信鏈路的鏈路質(zhì)量參數(shù)(例如估計(jì)的FER或BER)?？梢愿鞣N方式確定鏈路質(zhì)量參數(shù)。根據(jù)第一種變型，可以根據(jù)將質(zhì)量量度與鏈路質(zhì)量參數(shù)相關(guān)聯(lián)的查詢表來(lái)確定。根據(jù)另一種變型，可以利用計(jì)算例程來(lái)從質(zhì)量量度導(dǎo)出鏈路質(zhì)量參數(shù)。
可以將所述質(zhì)量量度或據(jù)此導(dǎo)出的參數(shù)回傳到編碼信號(hào)的發(fā)送器。因此，可以建立控制環(huán)路，以便例如根據(jù)質(zhì)量量度或據(jù)此導(dǎo)出的參數(shù)來(lái)進(jìn)行鏈路適應(yīng)。鏈路適應(yīng)期間，可以控制編碼方案、調(diào)制方案或要經(jīng)由通信鏈路傳送的信號(hào)的發(fā)送功率。功率控制可以包括單個(gè)功率控制環(huán)路或兩個(gè)或更多嵌套的功率控制環(huán)路。
在單個(gè)功率控制環(huán)路的情況中，適應(yīng)通信鏈路可以包括基于所述質(zhì)量量度或據(jù)此導(dǎo)出的參數(shù)的內(nèi)部環(huán)路功率控制。根據(jù)一種變型，省略用于控制內(nèi)部環(huán)路功率控制的調(diào)整點(diǎn)(例如目標(biāo)鏈路質(zhì)量參數(shù))的外部環(huán)路功率控制。作為另一種變型，還可以保持外部環(huán)路功率控制，但要減少外部環(huán)路功率控制的至少步長(zhǎng)或周期之一。這兩種變型會(huì)提高系統(tǒng)容量，因?yàn)榭梢葬尫呕蛑辽贉p少用于外部環(huán)路功率控制的系統(tǒng)容量。
質(zhì)量量度或據(jù)此導(dǎo)出的參數(shù)可以應(yīng)用于將發(fā)送功率分配用于信號(hào)重發(fā)的場(chǎng)合。此類重發(fā)操作會(huì)在實(shí)現(xiàn)增量冗余技術(shù)(如基于分組的混和ARQ技術(shù))時(shí)執(zhí)行。信號(hào)重發(fā)不一定是嚴(yán)格地重復(fù)原信號(hào)。例如，還可以將其他冗余包含在重發(fā)的信號(hào)中(如在混和ARQ的情況下)。
本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及如果質(zhì)量量度或據(jù)此導(dǎo)出的參數(shù)滿足預(yù)定義條件，即在預(yù)定義范圍之外或低于預(yù)定義閾值，則完全或部分替換當(dāng)前傳輸資源(即各頻率、天線、時(shí)隙等)。
可以針對(duì)借助信號(hào)傳送的碼字的碼元獲取各信道質(zhì)量值，即，可以基于碼元獲取信道質(zhì)量值。這些碼元可以是OFDM碼元或其部分。
各信道質(zhì)量值可能涉及各種參數(shù)。例如它們可以指示信噪比或信干比或指示二者。
本發(fā)明可以軟件、硬件解決方案或它們的組合來(lái)實(shí)施。因此，本發(fā)明還涉及一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，它含有程序代碼部分，用于在所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品在通信網(wǎng)的一個(gè)或多個(gè)計(jì)算單元上運(yùn)行時(shí)執(zhí)行本發(fā)明的各個(gè)步驟。一個(gè)或多個(gè)計(jì)算單元可以是轉(zhuǎn)碼器的一部分或與之設(shè)在同一個(gè)位置上。所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品可以存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)上。
關(guān)于硬件實(shí)現(xiàn)，本發(fā)明涉及具有用于確定無(wú)線通信鏈路質(zhì)量的功能的接收器，所述無(wú)線通信鏈路包括具有兩個(gè)或更多不同信道狀態(tài)的一個(gè)或多個(gè)傳輸信道。所述接收器包括一個(gè)或多個(gè)組件，用于提供相應(yīng)于不同信道狀態(tài)的各信道質(zhì)量值，以及用于通過(guò)在指數(shù)域上對(duì)所述傳輸質(zhì)量值求均值來(lái)確定指示所述鏈路質(zhì)量的質(zhì)量量度。所述接收器還可以包括用于生成包含質(zhì)量量度或據(jù)此導(dǎo)出的參數(shù)，并要傳送到所述信號(hào)的發(fā)送器的信號(hào)的單元。
根據(jù)另一個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種通信環(huán)境，它包括用于根據(jù)質(zhì)量量度或據(jù)此導(dǎo)出的參數(shù)調(diào)整所述通信鏈路的接收器和控制器。所述控制器可以設(shè)在接收器側(cè)(例如集成在接收器中)或相對(duì)側(cè)，即設(shè)在產(chǎn)生所述編碼信號(hào)的一側(cè)。
所述控制器可以配置為實(shí)施功率控制方案。在這種情況下，所述通信環(huán)境還可以包括單個(gè)(內(nèi)部)功率控制環(huán)路，該環(huán)路基于質(zhì)量量度或據(jù)此導(dǎo)出的參數(shù)與靜態(tài)目標(biāo)值(調(diào)整點(diǎn))的比較。
所述控制器可以配置為基于要經(jīng)由所述通信鏈路傳送的信號(hào)的平均信號(hào)功率估計(jì)來(lái)適應(yīng)所述通信鏈路。或者或此外，所述控制器可以配置為在所述質(zhì)量量度或據(jù)此導(dǎo)出的參數(shù)滿足預(yù)定義條件，即在預(yù)定義范圍之外或低于預(yù)定義閾值的情況下選擇傳輸資源以完全或部分替換當(dāng)前傳輸資源。
應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是本發(fā)明還適用于實(shí)現(xiàn)鏈路和系統(tǒng)仿真之間的高效接口。此外，它還可以用作驗(yàn)證鏈路仿真結(jié)果的易于處理的裝置。
附圖簡(jiǎn)介在如下優(yōu)選實(shí)施例的描述中參考了如下附圖，附圖中圖1至圖3以示意圖說(shuō)明不同的信道狀態(tài)；圖4是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的基本步驟的框圖；圖5以示意圖說(shuō)明軟比特信息對(duì)SNR；圖6以示意圖說(shuō)明多狀態(tài)信道MSI；圖7以示意圖說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的指數(shù)ESM方法的好處；圖8以表格說(shuō)明各種調(diào)制方案的適合校正項(xiàng)；圖9和圖10以示意圖說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的使用附加校正系數(shù)的指數(shù)ESM方法的好處；圖11和12以表格說(shuō)明本發(fā)明的各個(gè)方面；圖13至圖25以示意圖說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的用于各種傳輸情況的指數(shù)ESM方法的好處；圖26以框圖說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的示范通信環(huán)境。
優(yōu)選實(shí)施例的說(shuō)明在如下描述中，為了解釋而非限制的目的，陳述了一些具體細(xì)節(jié)，如特定實(shí)施例、信號(hào)格式等，以提供對(duì)本發(fā)明的透徹理解。本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)，本發(fā)明還可以脫離這些特定細(xì)節(jié)的其他實(shí)施例來(lái)實(shí)施。具體地說(shuō)，雖然以下實(shí)施例是在示范鏈路質(zhì)量估計(jì)方案的背景中描述的，但本發(fā)明并不局限于這種實(shí)現(xiàn)。它可以利用于需要傳輸質(zhì)量確定的任何無(wú)線通信環(huán)境中。再者，本專業(yè)人員會(huì)理解，本文中解釋的功能可以采用單獨(dú)的硬件電路、采用配合編程微處理器或通用計(jì)算機(jī)使用的軟件、采用專用集成電路(ASIC)和/或采用一個(gè)或多個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
為了促進(jìn)對(duì)本發(fā)明的理解，下文將參考采用所謂的有效SNR對(duì)多狀態(tài)通信鏈路的誤碼率預(yù)測(cè)來(lái)描述用于確定通信鏈路傳輸質(zhì)量的優(yōu)選實(shí)施例。因此，如下所用的用語(yǔ)將與常用術(shù)語(yǔ)一致，例如，將信道用于表示前述的通信鏈路。
圖4說(shuō)明了有效SNR的原理。
多狀態(tài)通信鏈路的特性可由SNR值的矢量來(lái)描述SN→R=[SNR1,...,SNRN]---(1.2)]]>如上所述，有許多可能導(dǎo)致這種多狀態(tài)信道的可能性。有效SNR映射(ESM)的主要思想是將多個(gè)SNR構(gòu)成的矢量(提供完整的信道描述或特性描述)映射到單個(gè)SNR值，即通信鏈路的標(biāo)量描述。其目的在于選擇SNReff，使得所考慮的用于靜態(tài)AWGN信道(即，具有常量SNR的平均白高斯噪聲信道＝1狀態(tài))上的傳輸?shù)腗CS的以SNR＝SNReff表征的誤碼率性能與以矢量SNR表征的多狀態(tài)信道上的傳輸?shù)恼`碼率性能匹配。
因此，多狀態(tài)信道上的編碼傳輸?shù)男阅苡肁WGN性能來(lái)表示。因?yàn)樵谝粋€(gè)碼字內(nèi)利用多個(gè)信道狀態(tài)的方式取決于編碼特征，所以有效SNR映射一般是與編碼相關(guān)或特定于MCS的。
在上述實(shí)施例中，調(diào)整ESM規(guī)則以適應(yīng)所用信道編碼。此調(diào)整可以定義為FERMS(SN→R)=FERA(SNReff),]]>其中SNReff=ESM(SN→R)---(1.3)]]>不失一般性，這里將幀誤碼率(FER)理解為期望的誤碼率預(yù)測(cè)的一個(gè)實(shí)例。FERMS(SNR)是SNR所描述的多狀態(tài)信道上的FER，而FEReff表示SNR＝SNReff的一狀態(tài)(AWGN)信道上的FER。ESM(SNR)實(shí)現(xiàn)將矢量SNR映射到標(biāo)量SNReff。
為了實(shí)現(xiàn)公式1.3，需要解決兩個(gè)問(wèn)題。首先，必須知道所考慮的MCS的AWGN性能，這可以通過(guò)仿真或甚至分析計(jì)算(對(duì)于卷積碼)來(lái)獲取。其次，要導(dǎo)出有效SNR映射，這允許實(shí)現(xiàn)精確的誤碼率預(yù)測(cè)。
可能的ESM方法是線性和對(duì)數(shù)ESM，它們分別基于線性和對(duì)數(shù)的平均SNR。
線性ESM定義為SNReff=ESMlin(SN→R)=1/NΣk=1NSNRk,---(1.4)]]>其中E{.}是期望值的運(yùn)算符。
本質(zhì)上，線性ESM適用于較小的SNR變化，而且更適用于低SNR范圍。其原因是由于線性平均的原因，對(duì)高SNR值的加權(quán)非常強(qiáng)。但是，這未反映編碼特征，因?yàn)閺木幋a的觀點(diǎn)來(lái)看，存在某個(gè)閾值SNR，超過(guò)此閾值信道可以視為可靠。因此，超過(guò)此閾值的SNR值應(yīng)該得到同樣的加權(quán)，而對(duì)于線性ESM，那些高SNR值主導(dǎo)映射。
對(duì)數(shù)ESM定義為SNReff=ESMlog(SN→R)=exp(E{log(SN→R)})=exp(1/NΣk=1Nlog(SNRk)),---(1.5)]]>這里，exp(.)表示指數(shù)函數(shù)，而log(.)表示自然對(duì)數(shù)。用于線性ESM的自變量同樣適用于對(duì)數(shù)ESM。對(duì)于對(duì)數(shù)ESM，過(guò)高估計(jì)高SNR值并沒(méi)太大問(wèn)題，因?yàn)榧訖?quán)僅以對(duì)數(shù)方式增大。但是對(duì)數(shù)ESM表現(xiàn)出另外的低SNR問(wèn)題。根據(jù)對(duì)數(shù)ESM，低SNR值得到很強(qiáng)的加權(quán)(帶負(fù)號(hào))。從編碼的觀點(diǎn)，存在某個(gè)閾值SNR，低于它信道便可以視為不可靠，即視為刪除信道(erasure channel)。
下文中，在不考慮所涉及的碼字距離的情況下，采用聯(lián)合Chernoff(切爾諾夫)限來(lái)導(dǎo)出單一狀態(tài)和多狀態(tài)信道之間的關(guān)系。這是指數(shù)ESM的基礎(chǔ)，如下部分將對(duì)此予以詳述。
編碼二進(jìn)制傳輸和最大似然編碼的聯(lián)合界限由下式給出Pe(ES/N0)≤Σd=dmin∞adP2(d,Es/N0)---(2.1)]]>其中-Pe(ES/N0)是當(dāng)信道碼元SNR等于ES/N0時(shí)判決支持差錯(cuò)碼字的概率，-ES是每個(gè)發(fā)送碼元的平均能量，-N0是噪聲功率密度，-dmin加是二進(jìn)制編碼的最小漢明距離，-ad是具有漢明加權(quán)d的碼字的數(shù)量，以及-P2(d，Es/N0)是當(dāng)信道碼元SNR等于ES/N0時(shí)判決支持漢明距離為d的碼字的成對(duì)差錯(cuò)概率。
上述聯(lián)合上下限假定線性二進(jìn)制碼，這意味著從任何碼字看見(jiàn)的距離分布是相同的。因此，考慮碼的漢明加權(quán)(而非距離)分布就足夠了，這對(duì)應(yīng)于發(fā)送了全零碼字的假設(shè)。
以上聯(lián)合界限表達(dá)式的核心元素是成對(duì)差錯(cuò)概率(PEP)P2(d，ES/N0)。對(duì)于AWGN信道上的BPSK傳輸和最大似然譯碼，該概率為P2(d,ES/N0)=Q2ESN0d)=Q2γd)=P2(d,γ)---(2.2)]]>其中
Q(x)=1/2·erfc(x/2)=12π∫x∞e-t2/2dt,x≥0]]>是Q函數(shù)，互補(bǔ)高斯誤差函數(shù)erfc(x)的導(dǎo)數(shù)，以及γ＝ES/N0作為碼元SNR的簡(jiǎn)寫引入。
實(shí)際上，最大似然譯碼可以由維特比卷積譯碼器來(lái)實(shí)現(xiàn)，并由迭代turbo譯碼器來(lái)逼近。通過(guò)應(yīng)用Chernoff約束技術(shù)，Q函數(shù)的上限由下式給出Q(x)≤ex2/2---(2.3)]]>這導(dǎo)致PEP的上限為P2(d,γ)=Q(2γd)≤e-γd=P2,Chernoff(d,γ),---(2.4)]]>其中表達(dá)式P2，Chernoff(d，γ)表示P2(d，γ)的Chernoff限。對(duì)于推導(dǎo)中迄今考慮的一狀態(tài)信道，可以觀察到P2,Chernoff(d,γ)=e-γd=(e-γ)d]]>=[P2,Chernoff(1,γ)]d,---(2.5)]]>這意味著設(shè)置有Chernoff限的PEP與有Chernoff限的(未編碼的)碼元差錯(cuò)概率直接聯(lián)系。因此，有Chernoff限的差錯(cuò)概率P2，Chernoff(γ)僅取決于編碼的加權(quán)分布和有Chernoff限的(未編碼的)碼元概率，即Pe(γ)≤Σd=dmin∞adP2(d,γ)≤Σd=dmin∞ad[P2,Chernoff(1,γ)]d=Pe,Chernoff(γ)---(2.6)]]>因此不需要進(jìn)一步對(duì)所有考慮的加權(quán)d分別顯式地計(jì)算成對(duì)差錯(cuò)概率。此特性在下文定義指數(shù)ESM時(shí)起決定性作用。
下文將以兩狀態(tài)信道的簡(jiǎn)單實(shí)例解釋多狀態(tài)信道的聯(lián)合Chernoff限原理。其結(jié)果可以直截了當(dāng)?shù)姆绞綌U(kuò)展到多狀態(tài)信道。兩狀態(tài)信道可以SNR矢量來(lái)表征γ→=[γ1,γ2]---(2.7)]]>一般來(lái)說(shuō)，這兩個(gè)狀態(tài)可通過(guò)碼字看到以不相等的頻度或概率發(fā)生。因此，γk概率pk定義為碼字長(zhǎng)度內(nèi)SNR值的發(fā)生概率，k＝1，2，，由此p1+p2＝1。再者，假定這些SNR值彼此無(wú)關(guān)，這在實(shí)際中需要對(duì)應(yīng)的交織器。現(xiàn)在觀察漢明距離為d的兩個(gè)任意碼字。與d個(gè)不同碼元中的每一個(gè)相關(guān)聯(lián)的SNR值γ1，或γ2取決于相應(yīng)的碼元位置。這意味著，兩狀態(tài)信道情況下這兩個(gè)碼字的精確PEP不再僅取決于距離d，而且還取決于d個(gè)不同碼元的位置。因此，比較所有碼字對(duì)的經(jīng)典意義上的聯(lián)合限方法會(huì)需要有關(guān)比特位置的詳細(xì)碼信息，這在實(shí)際中不可行。此問(wèn)題的解決方案是采用對(duì)d個(gè)不同碼元的所有可能位置求均值的平均PEP。這等效于對(duì)SNR值γ1或γ2可以如何在d個(gè)不同碼元之間分布的所有可能情況取平均。有Chernoff限的PEP可以表示為P2,Chernoff(d,[γ1,γ2])=Σi=0ddip1ip2d-ie-(iγ1+(d-i)γ2)]]>(2.8)為了解釋，p1i，p2d-i表示與d差距碼元中的i個(gè)與γ1相關(guān)聯(lián)以及剩余的(d-i)個(gè)不同碼元與γ2相關(guān)聯(lián)的概率。有 個(gè)這樣的事件，并且exp[-(iγ1+(d-i)γ2)]是這樣一個(gè)事件的有Chernoff限的PEP。
重寫公式(2.8)并應(yīng)用二項(xiàng)式定理得到P2,Chernoff(d,[γ1,γ2])=Σi=0ddi(p1e-γ1)i(p2e-γ2)d-i---(2.9)]]>=(p1e-γ1+p2e-γ2)d---(2.10)]]>括號(hào)中的項(xiàng)是兩狀態(tài)信道上的平均的有Chernoff限的碼元差錯(cuò)概率。因此，還可以驗(yàn)證，公式(2.5)中所發(fā)現(xiàn)的相應(yīng)于單一狀態(tài)信道的關(guān)系對(duì)兩狀態(tài)信道也有效P2，Chernoff(d，[γ1，γ2])＝[P2，Chernoff(1，[γ1，γ2])]d(2.11)應(yīng)用多項(xiàng)式定理，可以證明該相同結(jié)果對(duì)多狀態(tài)信道有效P2,Chernoff(d,γ→)=[P2,Chernoff(1,γ→)]d---(2.12)]]>
以下利用有Chernoff限的PEP的此特性來(lái)導(dǎo)出指數(shù)ESM。
目的是要找到等效的一狀態(tài)信道的有效SNR值γeff，使得有Chernoff限的差錯(cuò)概率等于多狀態(tài)信道的有Chernoff限的差錯(cuò)概率Pe,Chernoff(γeff)=Pe,Chernoff(γ→)---(2.13)]]>由于公式(2.12)表明的特性，此目的可通過(guò)使相應(yīng)的有Chernoff限的碼元差錯(cuò)概率匹配來(lái)實(shí)現(xiàn)P2,Chernoff(1,γeff)=P2,Chernoff(1,γ→)---(2.14)]]>在這里插入Chernoff限表達(dá)式得到如何計(jì)算根據(jù)指數(shù)ESM計(jì)算有效SNR的公式γeff=ESMexp(γ→)=-loge(E{exp(-γ→)})=-loge(Σk=1Npke-γk)---(2.15)]]>之所以稱為指數(shù)ESM，是因?yàn)槔ㄌ?hào)內(nèi)的表達(dá)式，其中在指數(shù)域上取SNR取值。要強(qiáng)調(diào)，雖然指數(shù)ESM是通過(guò)編碼傳輸?shù)穆?lián)合限導(dǎo)出的，不同于聯(lián)合限本身，無(wú)需有關(guān)碼權(quán)或距離分布的信息。由公式(2.15)顯而易見(jiàn)，相應(yīng)于多個(gè)信道狀態(tài)的SNRγk的知識(shí)足夠用于計(jì)算有效SNR。
公式(2.15)中給出的指數(shù)ESM提供了有效的SNR，使多狀態(tài)信道和等效的一狀態(tài)信道的聯(lián)合Chernoff限相同。
指數(shù)ESM基于借助于聯(lián)合限的誤碼率計(jì)算。所得到的表達(dá)式公式(2.15)在實(shí)際中使用簡(jiǎn)單，顯示出良好的效果。一種開(kāi)發(fā)有效SNR映射的替代方法是所謂的信息值方法。結(jié)果表明，對(duì)于信息值方法和聯(lián)合Chernoff限方法，雖然基本概念十分不同，但如何將多狀態(tài)SNR映射到有效SNR上有許多相似之處。
一個(gè)方面是如果一個(gè)碼字內(nèi)的碼元經(jīng)歷不同的信道狀態(tài)，編碼性能受到怎樣的影響。從譯碼器的觀點(diǎn)看，此情況可以解釋為饋送到譯碼器的軟比特表現(xiàn)出不同的可靠性或換言之提供了不同的信息值，因?yàn)槔绶浅？煽康能洷忍匾呀?jīng)提供了靠近1比特的信息。因此，問(wèn)題是如果譯碼器輸入上存在不同的信息值，則允許正確譯碼的平均信息值是什么。
更正式地說(shuō)，將對(duì)應(yīng)于信道狀態(tài)γk的軟比特信息值表示為I(γk)。根據(jù)信息論的經(jīng)典信息值是信道輸入和輸出之間的互信息，或映射到編碼器輸出比特和譯碼器輸入軟比特之間的當(dāng)前情況。實(shí)際上，該信道編碼定理說(shuō)明，理想的編碼和譯碼器可以等于信道的互信息的碼率來(lái)可靠地傳輸，該互信息在我們的情況中等于用于BPSK傳輸?shù)男诺廊萘??；贏WGN信道上用于BPSK的容量的信息量度可以定義為IC(γk)=CBPSK=EXY{log2P(Y|X,γk)ΣXP(X)P(Y|X,γk)},]]>其中X∈{±1}，y∈R，(2.16)其中P(Y|X，γk)是取決于發(fā)送碼元X和等于γk的信道SNR的AWGN轉(zhuǎn)移概率密度，且P(X)＝1/2為BPSK碼元先驗(yàn)概率。R是實(shí)數(shù)集合。表達(dá)式公式(2.16)必須在數(shù)值上賦值，它沒(méi)有閉合形式的解。因此將對(duì)應(yīng)于適當(dāng)SNR柵格(SNR grid)的BPSK容量值存儲(chǔ)在表中是有益的。
此外，信道編碼定理聲明，可以等于多狀態(tài)信道平均互信息的速率來(lái)實(shí)現(xiàn)多狀態(tài)信道上的可靠傳輸。因此，從信息論觀點(diǎn)，無(wú)限碼長(zhǎng)的實(shí)現(xiàn)容量的碼的有效SNR映射是通過(guò)信息平均并將該信息映射回SNR來(lái)實(shí)現(xiàn)的γeff＝I-1(Iav)Iav=Σk=1NpkI(γk)---(2.17)]]>其中I-1(·)是I(·)的逆函數(shù)。它給出對(duì)應(yīng)于某個(gè)信息值的SNR值。由此，假定信息值I(γk)為BPSK信道容量。
但是，實(shí)用的編碼并未顯示所述的實(shí)現(xiàn)容量的特征。因此，還可以關(guān)注其他信息量度。已知的信息量度有例如
IRO(γk)=1-log2(1+e-γk/2),]]>BPSK截止速率(2.18)IGauss(γk)=12log2(1+γk),]]>AWGN容量，實(shí)際高斯輸入(2.19)為了比較不同有效SNR映射的特性，可以正式地定義對(duì)應(yīng)于已知ESM的其他信息量度，如線性ESM、對(duì)數(shù)ESM、指數(shù)ESMIlin(γk)＝γk， 線性ESM(2.20)Ilog(γk)＝log(γk)，對(duì)數(shù)ESM(2.21)Iexp(γk)=1-e-γk,]]>指數(shù)ESM (2.22)與公式(2.15)相比，指數(shù)ESM經(jīng)過(guò)修改，使得信息值隨SIMR增加而增加。
公式(2.17)所示的信息平均和再映射已被證明是僅對(duì)于BPSK容量量度，在二進(jìn)制編碼傳輸情況下信息處理的正確信息論方法。盡管如此，此原理還適用于其他所述的信息量度。
在圖5中，將迄今提及的信息量度繪制為比特信息值與SNRγ的關(guān)系曲線。為了可以進(jìn)行比較，將所有曲線偏移，以使I(γ＝0dB)＝1/2。此外，在對(duì)數(shù)底為20的條件下計(jì)算的對(duì)數(shù)ESM具有與其他曲線類似的斜率。
首先觀察到的是，量度Iexp、IRO和IC具有相似的特性，在圖中幾乎無(wú)法區(qū)分。此結(jié)果表明，指數(shù)ESM也可以根據(jù)信息值方法，用作逼近信息論量度IRO和IC的易于計(jì)算的信息量度。
量度Iexp、IRO和IC的另一個(gè)顯而易見(jiàn)的特性是它們局限于0與1之間。就作為軟比特信息的這些量而言，這似乎并不重要。
但是，此特性導(dǎo)致“常規(guī)”線性和對(duì)數(shù)ESM的缺點(diǎn)。
線性ESM對(duì)于高于工作點(diǎn)γ＝0dB的SNR會(huì)非常高地高估信息增加，或者一般而言，線性ESM不適用于高SNR。尤其是超過(guò)1的信息值大斜率使線性ESM不適用于在不同SNR下具有大變化的多狀態(tài)信道。原理上，同樣的論述對(duì)IGauss有效，盡管IGauss已顯示出優(yōu)于Ilin的一些改善。
對(duì)數(shù)ESM基本上與直到1比特的信息論量度一致。對(duì)數(shù)ESM的主要不足在遠(yuǎn)低于工作點(diǎn)的范圍中顯露，或一般地對(duì)于出現(xiàn)負(fù)信息值的低SNR或低速率顯露。從信息值的觀點(diǎn)，這必須解釋為存在消滅來(lái)自其他狀態(tài)的信息的信道狀態(tài)。因此，對(duì)數(shù)ESM對(duì)于具有顯著不同狀態(tài)的多狀態(tài)信道上的低SNR或低速率不太適合。這里應(yīng)該注意，將線性和對(duì)數(shù)ESM以及IGauss的各信息量度局限于0與1比特之間已經(jīng)大大改善了誤碼率預(yù)測(cè)。
為了直觀地顯示所討論的信息量度的差異，通過(guò)將x軸移位，使得I(γ＝0dB)＝1/2，這樣來(lái)將圖5的曲線歸一化。因此，還剩下這一問(wèn)題是否存在如何使x軸移位，以獲得好的誤碼率預(yù)測(cè)的準(zhǔn)則。記住信息值解釋，一種移位解決方案可以是將信息量度歸一化，以使I(γ＝γtar)＝RC。由此，γtar是二進(jìn)制編碼在AWGN信道上實(shí)現(xiàn)目標(biāo)誤碼率性能的目標(biāo)SNR，以及RC是二進(jìn)制碼率。
下面描述上述實(shí)施例(指數(shù)ESM)的實(shí)現(xiàn)并確定其精度。
某個(gè)MCS的指數(shù)ESM的實(shí)現(xiàn)包括下列四個(gè)步驟1.必須通過(guò)仿真或計(jì)算來(lái)確定AWGN信道上的編碼誤碼率性能。
2.必須仿真示范選擇的多狀態(tài)信道上的編碼誤碼率性能。
3.必須評(píng)估該指數(shù)ESM的精度。
4.通過(guò)確定碼特定的SNR偏移量γcod來(lái)提高精度。
下文中，以示范MCS來(lái)描述基本過(guò)程，并顯示通過(guò)指數(shù)ESM可實(shí)現(xiàn)的誤碼率預(yù)測(cè)精度。所選的MCS由速率R＝1/3的turbo碼(TC)和字符字母表BPSK確定。此MCS進(jìn)一步稱為MCS1。塊長(zhǎng)度任選為B1＝764，導(dǎo)致LCW＝764*3/1+12＝2304的碼字長(zhǎng)度，其中包含12個(gè)尾比特。后面將會(huì)顯示，所給出的指數(shù)ESM無(wú)需任何變化便可適用于任意塊長(zhǎng)度。
用于顯示實(shí)現(xiàn)指數(shù)ESM步驟2的基本過(guò)程的示例多狀態(tài)信道在下文中稱為信道MS1。信道MS1由16個(gè)不同的SNR值表征。碼字上周期性重復(fù)的16個(gè)示同的SNR值和兩個(gè)相鄰碼元之間的SNR差為1.8dB，即第1和第16個(gè)碼元之間的SNR差為15*1.8＝27dB(參見(jiàn)圖6)。要強(qiáng)調(diào)的是，信道MS1在SNR上已有很大變化。較之圖1、2和3的“真實(shí)世界”的實(shí)例相比，大多數(shù)SNR值與平均值有顯著的差異。
不同子載波SNR的數(shù)量和兩個(gè)相鄰碼元之間的增量是或多或少任選的。唯一的要求是，不同SNR值的數(shù)量和SNR值的總范圍足夠高，以便可以測(cè)試指數(shù)ESM對(duì)極端情況的適用性，并在MCS特定的SNR偏移量配置中實(shí)現(xiàn)更高精度，如下解釋。
如上所述，第一步驟是評(píng)估AWGN信道上相應(yīng)調(diào)制和編碼方案(本例中為MCS1)的誤碼率。這可以通過(guò)仿真來(lái)實(shí)現(xiàn)，第二步驟是同樣通過(guò)仿真來(lái)任選的多狀態(tài)信道(在此情況下為MS1)上的誤碼率。
第三步驟，應(yīng)用公式(2.15)給出的指數(shù)ESM來(lái)計(jì)算信道MS1的γeff。這意味著將多狀態(tài)信道的矢量信道描述γ映射到標(biāo)量描述γeff。以誤碼率表示，得到FERMS(γ→)=FERMS(γeff),---(3.1)]]>在圖7a中，顯示了AWGN信道和MS1信道的幀誤碼率(FER)與γeff的關(guān)系曲線。如果這兩個(gè)曲線完全一致，則指數(shù)ESM可以精確地預(yù)測(cè)FER，因?yàn)槠淠繕?biāo)可以表示為FERMS(γeff)/＝FERA(γeff)，(3.2)為了直觀地顯示ESM的質(zhì)量，將差錯(cuò)測(cè)量Δγeff定義為Δγeff(FER)=γeff|FERA=FER-γeff|FERMS=FER,---(3.3)]]>將它在圖7b中繪出?？梢钥闯?，精度取決于FER，并且在分別與10-2和1的FER對(duì)應(yīng)的0.4dB與-0.6dB之間變化。如前所述，為提高指數(shù)ESM的精度，在第四步驟中引入偏移量γcod，則修改的指數(shù)ESM表示為γeff=-loge(Σk=1Npke-(γkγcodγmod))·γcod·γmod,---(3.4)]]>由此，引入了第二SNR校正項(xiàng)γeff，它使ESM適應(yīng)任何符號(hào)字母表，因?yàn)樽畛鯇?dǎo)出的公式等式(2.15)對(duì)用于二進(jìn)制傳輸?shù)牡刃诺烙行?。在圖8中，給出了此報(bào)告中所用不同碼元星座的相應(yīng)的γeff值。這里，就公式(3.4)而言，要注意圖8引用以dB為單位的值。
對(duì)于16QAM，8dB僅表示近似值，因?yàn)閺亩M(jìn)制碼元傳輸?shù)挠^點(diǎn)，16QAM本身就可視為多狀態(tài)信道。結(jié)果已表明，8dB假設(shè)非常有效，因此繼續(xù)采用這一假設(shè)。此外，SNR偏移量γcod會(huì)減少差錯(cuò)，對(duì)于16QAM，它通過(guò)逼近γmod來(lái)引入。
選擇γcod，使得Δγeff(FERtar)=0,---(3.5)]]>其中FERtar是目標(biāo)FER。這保證了工作區(qū)的高精度。
γeff根據(jù)相應(yīng)的MSC修改γcod，可以改善圖8a中兩個(gè)曲線的一致程度，從而得到更低的Δγeff。圖9中顯示了γcod＝-1.0dB的結(jié)果。
上述四個(gè)步驟足以充分地確定具體所選MCS1的指數(shù)ESM。
為了證明γcod＝-1dB的指數(shù)ESM提供精確的誤碼率預(yù)測(cè)，在采用MCS1的兩個(gè)或更多的不同的多狀態(tài)信道上執(zhí)行仿真。圖10所示結(jié)果表明，精度對(duì)于所有使用的多狀態(tài)信道是相同的。以下稱為MS2的多狀態(tài)信道以4個(gè)不同的SNR值(相差6dB)表征以及信道MS3以256個(gè)不同的SNR值(相差0.08dB)表征。概括地說(shuō)，指數(shù)ESM連同MCS特定的SNR偏移量提供了一種用于預(yù)測(cè)多狀態(tài)信道上編碼傳輸?shù)恼`碼率的高效、精確且易于使用的方法。
已經(jīng)說(shuō)明，通過(guò)引入MCS特定的SNR偏移量，可以顯著地提高指數(shù)ESM的精度。下面顯示了圖11給出的其他MCS的仿真結(jié)果。對(duì)于每個(gè)MCS，確定特定的SNR偏移量，并將其作為參考在圖11中列出。通過(guò)比較MCS1和MCS7，可以看出，這些調(diào)制和編碼方案僅在它們的調(diào)制方案方面有差異。因此，在兩種情況下，SNR偏移量γcod完全相同。
此外，還顯示了塊程度的效果，最后但并非不重要的是，顯示了線性和對(duì)數(shù)ESM的仿真結(jié)果，以便將指數(shù)ESM取得的精度與常規(guī)方法之一的精度作比較。
為了證明指數(shù)ESM的精度與實(shí)際的信道條件無(wú)關(guān)，采用各種多狀態(tài)信道來(lái)仿真，參見(jiàn)圖12。多狀態(tài)信道MS5和MS10表示例如一個(gè)碼字內(nèi)不同SNR值并沒(méi)有顯著差異的情況。與此相反，多狀態(tài)信道MS13表示一個(gè)碼字內(nèi)SNR高度變化的情況。根據(jù)此部分的仿真結(jié)果，顯然可以看出這是預(yù)測(cè)誤碼率最難的情形。
在圖13中，顯示了MCS5的仿真結(jié)果。為了提供良好的一致性，將SNR偏移量選擇為γcod＝-0.45[dB]，而由于QPSK調(diào)制γmod＝3[dB](參見(jiàn)圖8)。從圖13b，可以看出，甚至對(duì)于一個(gè)碼字內(nèi)高度變化的SNR條件，偏離在±0.2dB內(nèi)(信道MS13)。
在圖14至圖17中，顯示了MCS2、3、4的仿真結(jié)果。對(duì)于所有MCS，預(yù)測(cè)γeff時(shí)的差錯(cuò)在±0.2dB內(nèi)。
下面評(píng)估塊長(zhǎng)度對(duì)指數(shù)ESM的影響。前兩個(gè)附圖(即圖18和圖19)分別顯示相應(yīng)于塊長(zhǎng)度分別為BL＝764和BL＝3068的調(diào)制和編碼方案MCS7的FER(γeff)和Δγeff(FER)。在兩種情況下，采用SNR偏移量γcod＝-1dB獲得最優(yōu)結(jié)果。
圖20和圖21分別顯示相應(yīng)于塊長(zhǎng)度BL＝1292和BL＝5180的調(diào)制和編碼方案MCS4的FER(γeff)和Δγeff(FER)。在兩種情況下，采用SNR偏移量γcod＝-0.45dB獲得最優(yōu)結(jié)果。這里給出的仿真結(jié)果表明，SNR偏移量γcod與塊長(zhǎng)度無(wú)關(guān)，并因此僅取決于編碼方案。
圖22和23分別顯示了相應(yīng)于MCS3和MCS4的線性ESM的仿真結(jié)果。對(duì)于R＝1/2的碼率，有意義的是線性ESM對(duì)較高SNR值進(jìn)行明顯的過(guò)加權(quán)。因此，差錯(cuò)Δγeff是負(fù)值(直到-20dB)。對(duì)于較低的碼率如R＝1/8，線性ESM的性能比根據(jù)圖5預(yù)期的好。在此情況下，對(duì)高SNR值過(guò)加權(quán)所起的作用不太明顯，但差錯(cuò)Δγeff高達(dá)-3dB。
此外，在圖24和圖25中，顯示了對(duì)數(shù)ESM的仿真結(jié)果。對(duì)于R＝1/2的碼率，對(duì)數(shù)ESM對(duì)較高SNR值過(guò)加權(quán)是有意義的。雖然未達(dá)到線性ESM的程度，但差錯(cuò)Δγeff仍為負(fù)值(最大-7dB)。對(duì)于較低的碼率(如R＝1/8)，對(duì)數(shù)ESM對(duì)負(fù)的低SNR值加權(quán)變得重要。這使得Δγeff為正值。同樣地，導(dǎo)致一個(gè)碼字內(nèi)高度變化的SNR值的多狀態(tài)信道MS13提供高達(dá)10dB的最高差錯(cuò)Δγeff。
下文將描述本發(fā)明的幾個(gè)可能應(yīng)用。
在基于CDMA的功率受控系統(tǒng)如UMTS和CDMA2000中，在不同信道條件下(尤其在多普勒散布展寬條件下)，通常采用外部環(huán)路控制來(lái)補(bǔ)償內(nèi)部環(huán)路SNR目標(biāo)差。例如，在因移動(dòng)臺(tái)速度低而導(dǎo)致多普勒效應(yīng)低的情況下，如果所得到的鏈路質(zhì)量參數(shù)(例如BER，F(xiàn)ER)偏離期望值，則外部環(huán)路功率控制(慢反應(yīng)功率控制)調(diào)節(jié)內(nèi)部環(huán)路功率控制的目標(biāo)SNR(快反應(yīng)功率控制)。如果現(xiàn)在信道條件發(fā)生變化，例如在多普勒效應(yīng)較高(速度較高)或更多頻率選擇性的條件下，鏈路質(zhì)量參數(shù)再次與期望值偏離。在此情況下，外部環(huán)路功率控制再次改變快速反應(yīng)內(nèi)部環(huán)路功率的目標(biāo)SNR，以調(diào)節(jié)性能。這是必需的，因?yàn)樵跇?biāo)準(zhǔn)中對(duì)信道質(zhì)量值求平均，這導(dǎo)致對(duì)鏈路質(zhì)量參數(shù)的不精確估計(jì)，特別是對(duì)于取決于信道條件的估計(jì)。
本發(fā)明以實(shí)施例形式提供了信道無(wú)關(guān)且精確有效的指數(shù)SNR映射(ESM)，利用它，總是可以將給定的通信條件轉(zhuǎn)換為等效的靜態(tài)的AWGN情況。因此，本發(fā)明是一種不管不同的信道條件，對(duì)發(fā)送功率及其對(duì)應(yīng)鏈路質(zhì)量參數(shù)(如FER、BER)進(jìn)行統(tǒng)一度量的方法。因此，至少可以減少外部環(huán)路功率控制。
例如，可以通過(guò)減少外部環(huán)路功率控制步長(zhǎng)來(lái)減少外部環(huán)路功率控制。如果幀被正確譯碼，則可以使外部環(huán)路功率控制步長(zhǎng)減少0.5/(1/FERtar-1)dB，其中FERtar表示上述目標(biāo)FER。這樣，可以將外部環(huán)路功率控制步長(zhǎng)減少到約0.1dB。這種減少將提高功率控制能力，尤其是在負(fù)載重的系統(tǒng)中。因此，可以因更高的噪聲限制而贏得反向鏈路容量。
此外或作為另一替代，可以通過(guò)減少外部環(huán)路功率控制工作周期來(lái)減少外部環(huán)路功率控制。例如，這可以通過(guò)不連續(xù)傳輸(DTX)空幀來(lái)實(shí)現(xiàn)。與某個(gè)通信鏈路中采用的所有幀的連續(xù)傳輸相反，不連續(xù)傳輸避免了傳輸實(shí)際上對(duì)該通信鏈路并非必需的幀。這里，采用不連續(xù)傳輸空幀，至少會(huì)減少傳輸?shù)目諑臄?shù)量。因此，還可以提高系統(tǒng)容量。
但是，在一些情況下，根據(jù)本發(fā)明以指數(shù)ESM形式提供的精確鏈路質(zhì)量確定，可以完全省略掉外部環(huán)路功率控制。省略外部回路功率控制可以得到顯著的系統(tǒng)增益，因?yàn)橄惹坝糜谕獠凯h(huán)路功率控制的容量現(xiàn)在可利用于其他方面；例如，1/8速率的語(yǔ)音空幀可用于其他目的。
在具有功率控制的CDMA系統(tǒng)中，問(wèn)題在于應(yīng)該為進(jìn)一步的傳輸分配什么功率。
在采用混合ARQ技術(shù)增量冗余(IR)的系統(tǒng)中，可以采用本發(fā)明來(lái)計(jì)算IR方案內(nèi)用于進(jìn)一步傳輸?shù)臏?zhǔn)確的功率分配。IR是一種混合ARQ技術(shù)。在IR中，分組首先以高碼率發(fā)送，在極端的情況下分組不進(jìn)行編碼。如果成功地接收到分組，則該條件視為可接受。
如果未成功接收到分組，則啟動(dòng)第二次傳輸。第二次傳輸?shù)膬?nèi)容是要由接收器中的譯碼器利用的冗余信息。這意味著，接收器中的譯碼器將來(lái)自第一次傳輸和第二次傳輸?shù)慕邮招盘?hào)組合，從而獲得實(shí)際上更高的碼率。
如果分組被無(wú)差錯(cuò)地譯碼，則就此不采取任何進(jìn)一步的措施；否則，使用其他冗余信息啟動(dòng)又一次傳輸，同樣降低了碼率。此過(guò)程以那種方式重復(fù)進(jìn)行，直到分組被成功接收或超過(guò)預(yù)定的傳輸次數(shù)閾值。
下文中，參考圖26，討論均適于在無(wú)線通信環(huán)境中通信的發(fā)送器和接收器的實(shí)施例。
如圖26所示，信號(hào)S從發(fā)送器T通過(guò)其信號(hào)發(fā)送單元STU經(jīng)由無(wú)線通信鏈路CL發(fā)送，然后由接收器R接收。接收到的信號(hào)由接收器R的解調(diào)單元DU解調(diào)，并通過(guò)例如接收器R的RAKE合并單元RCU、干擾消除單元ICU和解交織/譯碼單元D/DU轉(zhuǎn)發(fā)，以便進(jìn)行后續(xù)信號(hào)處理。
在所示實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的方法基于從解調(diào)單元DU輸出的信號(hào)來(lái)執(zhí)行。如圖26中的虛線所示，還可以基于從RAKE合并單元RCU、干擾消除單元ICU和解交織/譯碼單元D/DU輸出的信號(hào)來(lái)執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法。
借助傳輸質(zhì)量確定單元TDU，接收器確定接收信號(hào)S的傳輸質(zhì)量，并生成相應(yīng)的質(zhì)量量度γeff。如此獲得的質(zhì)量量度γeff用于確定鏈路質(zhì)量參數(shù)，例如，接收信號(hào)S的幀誤碼率FER和/或比特誤碼率BER。
借助質(zhì)量量度傳輸單元QMTU，接收器通過(guò)通信鏈路CL傳送質(zhì)量量度γeff或據(jù)此導(dǎo)出的參數(shù)。
收到質(zhì)量量度γeff或據(jù)此導(dǎo)出的參數(shù)之后，發(fā)送器T就可以通過(guò)鏈路適應(yīng)單元LAU執(zhí)行有關(guān)通信鏈路CL的鏈路適應(yīng)。
如果發(fā)送器T接收到質(zhì)量量度γeff，發(fā)送器T借助例如鏈路適應(yīng)單元LAU，基于質(zhì)量量度γeff確定指示通信鏈路CL的鏈路質(zhì)量的參數(shù)。例如，發(fā)送器可以確定通信鏈路CL的幀誤碼率FER和/或比特誤碼率BER。
如果發(fā)送器T接收到的并非質(zhì)量量度γeff，而是由此導(dǎo)出的指示通信鏈路CL的鏈路質(zhì)量的參數(shù)，則可以將后者用于鏈路適應(yīng)。
基于質(zhì)量量度γeff或由此導(dǎo)出的測(cè)量參數(shù)，發(fā)送器T在鏈路適應(yīng)單元的控制下執(zhí)行有關(guān)通信鏈路CL的鏈路適應(yīng)，例如通過(guò)控制信號(hào)發(fā)送單元STU，以改變要通過(guò)通信鏈路CL發(fā)送的信號(hào)的信號(hào)功率和/或選擇適當(dāng)?shù)木幋a和調(diào)制方案和/或?yàn)楹罄m(xù)傳輸分配信號(hào)功率。
雖然本發(fā)明方法和設(shè)備的實(shí)施例已在附圖中圖示并在以上詳細(xì)說(shuō)明中描述，但要理解，本發(fā)明并不限于所公開(kāi)的實(shí)施例，而是在不背離權(quán)利要求書(shū)所陳述和限定的本發(fā)明的精神的前提下，可以進(jìn)行各種重新配置、修改和替換。
權(quán)利要求
1.一種基于編碼信號(hào)來(lái)確定無(wú)線通信鏈路的質(zhì)量的方法，所述編碼信號(hào)是經(jīng)由所述通信鏈路傳輸且包含經(jīng)歷一個(gè)或多個(gè)傳輸信道的不同狀態(tài)的至少兩個(gè)信號(hào)部分；所述方法包括如下步驟-提供相應(yīng)于所述不同信道狀態(tài)的各信道質(zhì)量值(γk)；以及-通過(guò)在指數(shù)域上對(duì)所述各信道質(zhì)量值(γk)求均值來(lái)確定指示所述鏈路質(zhì)量的質(zhì)量量度(γeff)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于應(yīng)用非線性平均值函數(shù)來(lái)對(duì)所述各信道質(zhì)量值(γk)求均值。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于每個(gè)信道質(zhì)量值(γk)按概率量度(pk)作加權(quán)處理，所述概率量度指示信號(hào)部分經(jīng)歷所述各信道質(zhì)量值(γk)的概率。
4.如權(quán)利要求1至3之一所述的方法，其特征在于根據(jù)下式來(lái)確定質(zhì)量量度(γeff)γeff=-loge(Σk=1Npkexp(-γk·α))·β1]]>其中γeff是所述質(zhì)量量度；γk是所述各信道質(zhì)量值；N是所傳信號(hào)中包含的信號(hào)部分的數(shù)量；pk是各信道質(zhì)量值的概率量度；以及α和β是可選的校正系數(shù)。
5.如前面的權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于至少下列值之一所述質(zhì)量量度(γeff)；以及所述各信道質(zhì)量值(γk)按至少下列項(xiàng)之一進(jìn)行修改-與經(jīng)由所述通信鏈路傳送所述信號(hào)所用的特定編碼方案(MCS)相關(guān)的第一校正項(xiàng)(γcod)；以及-與經(jīng)由所述通信鏈路傳送所述信號(hào)所用的特定調(diào)制方案相關(guān)的第二校正項(xiàng)(γmod)。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于-所述第一校正項(xiàng)(γcod)選擇為使得針對(duì)參考通信鏈路確定的質(zhì)量量度(γeff)與針對(duì)實(shí)際通信鏈路確定的質(zhì)量量度(γeff)的偏差(Δeff)對(duì)于目標(biāo)鏈路質(zhì)量參數(shù)(FERtar，BERtar)最小。
7.如前面的權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于根據(jù)下式確定質(zhì)量量度(γeff)γeff=-loge(Σk=1Npkexp-(γkγcod*γmod))*γcod*γmod,]]>其中γeff是所述質(zhì)量量度；γk是所述各信道質(zhì)量值；N是所述所傳信號(hào)中包含的信號(hào)部分的數(shù)量；pk是的各信道質(zhì)量值的概率量度；γcod是與特定編碼格式相關(guān)聯(lián)的第一校正項(xiàng)；以及γmod是與特定調(diào)制方案相關(guān)聯(lián)的第二校正項(xiàng)。
8.如前面的權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于還包括基于所述質(zhì)量量度(γk)來(lái)確定所述通信鏈路的鏈路質(zhì)量參數(shù)(FER，BER)。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述鏈路質(zhì)量參數(shù)(FER，BER)是根據(jù)將質(zhì)量量度與鏈路質(zhì)量參數(shù)相關(guān)聯(lián)的查詢表來(lái)確定的。
10.如前面的權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于還包括將所述質(zhì)量量度或據(jù)此導(dǎo)出的參數(shù)(γk，F(xiàn)ER，BER)回傳到所述編碼信號(hào)的發(fā)送器。
11.如前面的權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于還包括根據(jù)所述質(zhì)量量度或據(jù)此導(dǎo)出的參數(shù)(γeff，F(xiàn)ER，BER)來(lái)適應(yīng)所述通信鏈路。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于適應(yīng)所述通信鏈路包括控制要經(jīng)由所述通信鏈路發(fā)送的信號(hào)的發(fā)送功率。
13.如權(quán)利要求11或12所述的方法，其特征在于適應(yīng)所述通信鏈路包括調(diào)整至少編碼方案和調(diào)制方案之一。
14.如權(quán)利要求11至13之一所述的方法，其特征在于適應(yīng)所述通信鏈路包括基于所述質(zhì)量量度或據(jù)此導(dǎo)出的參數(shù)(γeff，F(xiàn)ER，BER)的內(nèi)部環(huán)路功率控制，省略了用于控制所述內(nèi)部環(huán)路調(diào)整點(diǎn)的外部環(huán)路功率控制。
15.如權(quán)利要求11至13之一所述的方法，其特征在于適應(yīng)所述通信鏈路包括基于所述質(zhì)量量度或據(jù)此導(dǎo)出的參數(shù)(γeff，F(xiàn)ER，BER)的內(nèi)部環(huán)路功率控制，至少減少了用于控制所述內(nèi)部環(huán)路調(diào)整點(diǎn)的外部環(huán)路功率控制的步長(zhǎng)和周期之一。
16.如前面的權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于所述質(zhì)量量度或據(jù)此導(dǎo)出的參數(shù)(γeff，F(xiàn)ER，BER)應(yīng)用于將發(fā)送功率分配用于根據(jù)增量冗余技術(shù)執(zhí)行的信號(hào)重發(fā)的場(chǎng)合。
17.如前面的權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于還包括如果所述質(zhì)量量度或據(jù)此導(dǎo)出的參數(shù)滿足預(yù)定義的條件，則完全或部分替換當(dāng)前使用的傳輸資源。
18.如前面的權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于對(duì)于通過(guò)信號(hào)傳送的碼字的碼元，獲取所述各信道質(zhì)量值(γk)。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于所述碼元是OFDM碼元或其部分。
20.如前面的權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于所述各信道質(zhì)量值(γk)指示信噪比(SNR)或信干比(SIR)。
21.一種具有確定無(wú)線通信鏈路質(zhì)量的功能的接收器，所述無(wú)線通信鏈路包括具有至少兩個(gè)不同信道狀態(tài)的一個(gè)或多個(gè)傳輸信道，所述接收器包括用于執(zhí)行如下操作的一個(gè)或多個(gè)組件-提供相應(yīng)于所述不同狀態(tài)的各信道質(zhì)量值(γk)；以及-通過(guò)在指數(shù)域上對(duì)所述傳輸質(zhì)量值(γk)求均值來(lái)確定指示所述鏈路質(zhì)量的質(zhì)量量度(γeff)。
22.如權(quán)利要求21所述的接收器，其特征在于包括用于生成包含質(zhì)量量度或據(jù)此導(dǎo)出的參數(shù)(γeff，F(xiàn)ER，BER)，并要傳送到所述信號(hào)的發(fā)送器的信號(hào)的單元。
23.用于經(jīng)由無(wú)線通信鏈路進(jìn)行通信的通信環(huán)境，包括-如權(quán)利要求21至22之一所述的接收器；以及-用于執(zhí)行如下操作的控制器根據(jù)所述質(zhì)量量度或據(jù)此導(dǎo)出的參數(shù)(γeff，F(xiàn)ER，BER)來(lái)適應(yīng)所述通信鏈路。
24.如權(quán)利要求23所述的通信環(huán)境，其特征在于所述控制器配置為實(shí)施功率控制方案，而且還包括單個(gè)功率控制環(huán)路，所述單個(gè)功率控制環(huán)路基于所述質(zhì)量量度或據(jù)此導(dǎo)出的參數(shù)(γeff，F(xiàn)ER，BER)與靜態(tài)目標(biāo)值的比較。
25.如權(quán)利要求23或24所述的通信環(huán)境，其特征在于所述控制器配置為基于要經(jīng)由所述通信鏈路傳送的編碼信號(hào)的平均信號(hào)功率的估計(jì)來(lái)適應(yīng)所述通信鏈路。
26.如權(quán)利要求23至25之一所述的通信環(huán)境，其特征在于所述控制器配置為如果所述質(zhì)量量度或據(jù)此導(dǎo)出的參數(shù)滿足預(yù)定義的條件，則選擇傳輸資源來(lái)完全或部分替換當(dāng)前使用的傳輸資源。
全文摘要
描述了一種用于確定無(wú)線通信鏈路的質(zhì)量的方法和接收器。該鏈路質(zhì)量基于編碼信號(hào)來(lái)確定，所述編碼信號(hào)是經(jīng)由所述通信鏈路傳輸且包含經(jīng)歷一個(gè)或多個(gè)傳輸信道的不同狀態(tài)的至少兩個(gè)信號(hào)部分。該方法包括如下步驟提供不同信道的各信道質(zhì)量值；以及通過(guò)在指數(shù)域?qū)λ龈餍诺蕾|(zhì)量值求均值來(lái)確定指示所述鏈路質(zhì)量的質(zhì)量量度。
文檔編號(hào)H04L1/00GK1809982SQ200480011177
公開(kāi)日2006年7月26日 申請(qǐng)日期2004年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月29日
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