專利名稱：信道質(zhì)量以及執(zhí)行調(diào)制/編碼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體來說涉及通信系統(tǒng)，具體涉及用于在多載波通信系統(tǒng) 中確定信道質(zhì)量和執(zhí)行自適應(yīng)調(diào)制/編碼的方法和裝置。
背景技術(shù)：
多載波調(diào)制，以及特別是正交頻分復(fù)用(OFDM)，由于它們對 于長延遲擴頻具有強健的耐受力且與單載波系統(tǒng)相比具有較低的復(fù)雜 度，是對于寬帶高數(shù)據(jù)速率通信具有吸引力的技術(shù)。除了多載波調(diào)制 之外，自適應(yīng)調(diào)制/編碼(AMC)也是無線寬帶通信的基礎(chǔ)技術(shù)。通過 AMC,改變針對特定接收機的發(fā)射數(shù)據(jù)流的調(diào)制和編碼方案(MCS) 以便主要匹配正在發(fā)射的特定幀的當(dāng)前接收信號質(zhì)量(在接收機處)。 接收信號質(zhì)量是由信道質(zhì)量決定的。(術(shù)語"接收信號質(zhì)量"和"信 道質(zhì)量"可以互換地指代)?？梢灾饚馗淖冋{(diào)制和編碼方案，以便 追蹤移動通信系統(tǒng)中出現(xiàn)的信道質(zhì)量變化，或者其可以更不頻繁地執(zhí) 行，例如每超級幀一次。因此，具有高質(zhì)量的流通常被指派較高階的 調(diào)制和/或較高的信道編碼速率，調(diào)制階數(shù)和/或碼率隨著質(zhì)量的降低而 降低。對于那些經(jīng)歷高質(zhì)量的接收機來說，使用諸如16QAM、 64-QAM 或256-QAM的調(diào)制方案，而對于那些經(jīng)歷低質(zhì)量的接收機來說，使用 諸如BPSK或QPSK的調(diào)制方案。對于每一調(diào)制方案可用多個編碼速 率，以提供更精細的AMC粒度，從而使得在質(zhì)量和發(fā)射信號特性之間 更接近匹配(例如，對于QPSK， R=l/4、 1/2和3/4;對于16-QAM， R-l/2和R=2/3等等)。AMC試圖獲取最高信令速率(調(diào)制階數(shù)與碼
速率之積)，同時把誤幀率保持在目標(biāo)或目標(biāo)之下。AMC通常生成比 其他現(xiàn)有鏈路自適應(yīng)技術(shù)(諸如功率控制)更高的系統(tǒng)吞吐量和更高 的數(shù)據(jù)速率。
OFDM系統(tǒng)中的鏈路自適應(yīng)包括選擇調(diào)制和編碼速率組合，有時 候稱為調(diào)制/編碼方案(MCS)，其適合于當(dāng)前信道條件。某些OFDM (或離散多頻音(DMT))系統(tǒng)(諸如有線DSL)獨立地處理鄰近的 子載波子組用于功率分配、編碼或調(diào)制。如果選擇具有足夠小的粒度 的子組，可以執(zhí)行頻率選擇性(FS)鏈路自適應(yīng)，其中，子組上的鏈 路自適應(yīng)可類似于AWGN信道。但是，大多數(shù)OFDM系統(tǒng)采用頻率分 集(FD)方法且在許多或所有OFDM子載波上執(zhí)行碼字的交織。由于 每一子載波的SNR因為頻率選擇性的衰落而可以不同，不容易確定適 當(dāng)?shù)腗CS。例如，基于子載波上的平均SNR選擇MCS通常帶來不準(zhǔn) 確的結(jié)果，導(dǎo)致降低的吞吐量或增加的重發(fā)(延遲)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的一種在已知每一子載波的瞬時SINR時為MCS選擇提 供準(zhǔn)確結(jié)果的技術(shù)是指數(shù)ESM (EESM)方法。該方法在OFDM子載 波上計算單獨一個有》,6W/ ,標(biāo)為SM f
7
、、
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(l)
其中W是子載波數(shù)，^是在第/個子載波處的接收碼元SNR，" 是對于每一 MCS可以不同的校準(zhǔn)參數(shù)。SiWV/是等效靜態(tài)信道SNR， 由此使得給出的MCS在具有SW e//的靜態(tài)信道中獲得與在具有 bv..,;rj的頻率選擇性信道中相同的誤幀率(FER) 。 EESM方法的好 處在于，單獨一個的、根據(jù)經(jīng)驗確定的^值對于寬范圍的FS信道有效。 寬范圍的信道的典型準(zhǔn)確率是<0.5 dB，其是針對1。/。的目標(biāo)FER而評 估的。通過為每一MCS替換合適的"值，可以獲得一組SA^ f用于所 有可用MCS。鏈路適配器隨后能夠基于這組SW w為k，...,rJ信道準(zhǔn)
確地選擇最佳MCS，其是使得對應(yīng)于其SA^^的靜態(tài)FER低于目標(biāo)FER 的最高MCS。
鏈路適配器可以在訂戶站(SS，也稱為移動站、訂戶站、用戶設(shè) 備等等)處，其中，SS發(fā)送對最佳數(shù)據(jù)速率或MCS的請求。鏈路適 配器可以在基站(BS)處，其中，SS發(fā)送一組SAW^到BS。
當(dāng)在現(xiàn)實信道條件下應(yīng)用EESM時存在若干問題。在EESM用于 短期鏈路自適應(yīng)時會出現(xiàn)一個問題。(這里使用的短期鏈路自適應(yīng)的 意思是信道頻率響應(yīng)在對其測量時和使用基于該測量結(jié)果所選的MCS 進行發(fā)射時之間不會顯著變化。)為了降低反饋量，通常不正確地假 設(shè)
(1) SW ^和/ 之間關(guān)系的現(xiàn)有校準(zhǔn)對于當(dāng)前發(fā)射來說是準(zhǔn)確的。
(2) 信道的功率延遲曲線的實現(xiàn)不會由于多普勒效應(yīng)而在各幀之 間顯著變化。
(3) 當(dāng)信道SNR變化時，SVW^(dB)和"(dB)之間的關(guān)系可以從先 前信道SNR的SW^/(dB)和-關(guān)系平行移動。
因此，需要用于在保持低反饋的同時改進短期鏈路自適應(yīng)的準(zhǔn)確 性的方法和裝置。
其次，EESM方法當(dāng)前僅適用于短期鏈路自適應(yīng)。對于長期鏈路 自適應(yīng)的情況，S卩，當(dāng)信道響應(yīng)在測量和下一發(fā)射之間顯著變化時(例 如，由于具有中到大的多普勒頻率的Rayleigh衰落)，EESM方法不 提供準(zhǔn)確的MCS選擇。由于移動系統(tǒng)中的許多SS對于短期鏈路自適 應(yīng)來說可能移動地太快，因此需要使BS能夠針對長期鏈路自適應(yīng)對適 當(dāng)?shù)腗CS選擇進行更準(zhǔn)確的確定的方法。因此，需要一種方法和裝置， 用于在適應(yīng)長期鏈路自適應(yīng)的多載波通信系統(tǒng)內(nèi)準(zhǔn)確地確定信道質(zhì)量 并且執(zhí)行自適應(yīng)調(diào)制/編碼。


圖1是使用自適應(yīng)調(diào)制和編碼的多載波通信系統(tǒng)的框圖。
圖2圖示說明在OFDM通信系統(tǒng)中使用的多載波。
圖3圖示說明作為頻率的函數(shù)的信道質(zhì)量。
圖4圖示說明縮放和移動SA^^vs. / dB曲線的效果。
圖5圖示說明圖4中Es/N0 = 3 dB和10 dB的曲線。
圖6圖示說明如何使用三點來近似cdf。
圖7示出對于PedB信道的Ricean近似。
圖8是使用AMC的多載波基站和訂戶站的框圖。
圖9是示出圖8的發(fā)射機的操作的流程圖。
圖IO是示出圖8的訂戶站的操作的流程圖。
圖11是使用AMC的多載波基站和訂戶站的框圖。
圖12是示出圖11的發(fā)射機的操作的流程圖。
圖13是示出圖11的訂戶站的操作的流程圖。
具體實施例方式
為了解決上面提到的需要，這里提供一種用于在多載波通信系統(tǒng) 中確定信道質(zhì)量和執(zhí)行自適應(yīng)調(diào)制和編碼的方法和裝置。根據(jù)本發(fā)明 的優(yōu)選實施例，對于短期鏈路自適應(yīng)，BS獲得SS所見的信道條件的 瞬時信息。對于長期鏈路自適應(yīng)，在一段時間內(nèi)，基站(BS)獲得訂 戶站(SS)所見的信道條件的分布信息。這段時間可以被規(guī)定為特定 幀數(shù)、最小幀數(shù)、等等，或者以實際時間為單位。時間量優(yōu)選足夠大， 使得信道體驗由于Rayleigh衰落而帶來的若干衰落，而足夠短，使得 長期信道特性(例如路徑損耗、功率延遲曲線)不會顯著變化。分布 信息可以與概率密度函數(shù)(pdf)、累積分布函數(shù)(cdf)等等相關(guān)，且 分布信息可以用于關(guān)注于MCS選擇的一個或多個參數(shù)，諸如SNReff、 SNRband、誤碼率(BER) 、 FER等等。這里，SNRband優(yōu)選是對于特定 接收OFDM碼元的一組子載波(諸如所有占用的子載波或有代表性的 一組子載波)上的平均信號與噪聲加干擾之比。
分布信息優(yōu)選是緊湊的形式，用以降低從SS到BS的反饋開銷。
緊湊形式的例子包括來自分布的一個或多個采樣值(例如，cdf的5%
點)、分布的分析模型的參數(shù)(例如，提供對采樣分布的良好擬合的
Ricean分布的參數(shù))等等。而且，有關(guān)分布的部分信息可能被發(fā)送回 來，諸如cdf的下半部(一直到0.5)，或者一直到中值的pdf。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)來看附圖，其中相似的附圖標(biāo)記指示相似的部件，圖1是 多載波通信系統(tǒng)IOO的框圖。通信系統(tǒng)IOO包括多個小區(qū)105 (只示出 了一個)，每個小區(qū)都具有與多個訂戶站101-103通信的基站104。訂 戶站101-103也可以被稱為訂戶站、移動站或用戶設(shè)備。在本發(fā)明的優(yōu) 選實施例中，通信系統(tǒng)100使用利用自適應(yīng)調(diào)制和編碼(AMC)的正 交頻分復(fù)用(OFDM)無線協(xié)議。該架構(gòu)還可以包括對多載波擴頻技術(shù) 的使用，諸如具有一維或二維擴頻的多載波CDMA (MC-CDMA)、 多載波直接序列CDMA (MC-DS-CDMA)、交織頻域多址(IFDMA)、 正交頻分和碼分復(fù)用(OFCDM)，或者也可以同更簡單的時分和/或頻 分復(fù)用/多址技術(shù)相組合。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到，在OFDM系統(tǒng)的操作期間，使用多子 載波(例如768個子載波)來發(fā)射寬帶數(shù)據(jù)。這在圖2中圖示說明。 如圖2所示，寬帶信道被劃分為許多窄頻帶，或者子載波201，在子載 波201上平行地發(fā)射數(shù)據(jù)。在發(fā)射時間，發(fā)射機通常被指派有多個子 載波。
除了OFDM之外，通信系統(tǒng)IOO還使用AMC。通過AMC，將調(diào)
制和編碼形式改變?yōu)橹饕ヅ浣邮諜C處的子載波的當(dāng)前接收信號質(zhì) 量。接收信號質(zhì)量可以逐幀地獲得，或者可以在更長的時間標(biāo)度上獲 得，諸如逐超級幀地獲得，其中，超級幀由多個幀組成，或者可以按 需要而獲得。在第一實施例中，主要對于用于發(fā)射到特定訂戶站的所 有子載波，指派相同的調(diào)制和編碼方案，并且，在子載波上，于頻域 中完成信道編碼。在可替換實施例中，可以按每子載波、或者每子載 波組來指派調(diào)制和編碼方案。調(diào)制和編碼方案可以逐幀地變化，從而 追蹤移動通信系統(tǒng)中出現(xiàn)的信道質(zhì)量變化，或者可以在更長的時間標(biāo) 度上變化，并且可以基于平均信號質(zhì)量指標(biāo)。具有高質(zhì)量的流被指派 有較高階的調(diào)制和/或較高的信道編碼速率，調(diào)制階和/或碼率隨著質(zhì)量
的降低而降低。對于體驗高質(zhì)量的那些子載波，使用諸如16-QAM、 64-QAM或256-QAM的調(diào)制方案，而對于體驗低質(zhì)量的那些，使用諸 如BPSK或QPSK的調(diào)制方案。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，對于每一調(diào)制方案，有多個編碼速率 可用，以提供更精細的AMC粒度，并且使得信道質(zhì)量和發(fā)射信號特性 之間更接近匹配(例如，對于QPSK的編碼速率R4/4、 1/2禾B 3/4;對 于16-QAM的R-1/2和R=2/3等等)。注意，AMC可以在時間維度中 執(zhí)行(例如每Nt個OFDM碼元周期更新調(diào)制/編碼)或者可以在頻率 維度中執(zhí)行(例如每N^個子載波更新調(diào)制/編碼)或二者的組合。在 優(yōu)選實施例中，AMC是在時間維度中對于每個訂戶站而執(zhí)行的。
圖3圖示說明信號質(zhì)量可以怎樣基于頻率而變化。更具體地，圖 3示出信號的質(zhì)量301可能隨頻率或信道帶寬而怎樣變化。在這個例子 中，隨著頻率增加，質(zhì)量301下降。但是，應(yīng)該注意到，作為信號301 的具有相同的平均信噪比或信號與(噪聲加干擾)之比(SNR)的不同信 號可能具有非常不同的信道質(zhì)量曲線。例如，質(zhì)量302具有與301相 同的平均SNR，但呈現(xiàn)出比質(zhì)量301更平滑的變化。
如上所討論的，為了獲取高系統(tǒng)吞吐量，系統(tǒng)可以使用短期或長 期鏈路自適應(yīng)。對于短期鏈路自適應(yīng)，基站從SS獲得瞬時信道質(zhì)量信 息。更具體地，SS在多個子載波上匯編信道質(zhì)量信息并將其發(fā)送到BS。
對于長期鏈路自適應(yīng)，在一段時間上，基站獲得針對訂戶站所見 的信道條件的分布信息。更具體地，用于多個子載波的信道質(zhì)量信息
是由訂戶站在一段時間上確定的，關(guān)于隨時間的信道質(zhì)量的信息被發(fā) 送回基站。這段時間可以被指定為特定幀數(shù)、最小幀數(shù)等等，或以實
際時間為單位。吋間量優(yōu)選足夠大，使得信道體驗由于Rayleigh衰落 而帶來的若干衰落，而足夠短，使得長期信道特性(例如路徑損耗、 功率延遲曲線)不會顯著變化。信道質(zhì)量信息可包括SNR信息、有效 SNR信息、FER或BER信息等等，或者這些指標(biāo)中一個或多個的組合。
信道質(zhì)量信息及其時變特性被用于確定分布信息，諸如信道質(zhì)量 信息的累積分布函數(shù)(cdf)、信道質(zhì)量信息的概率密度函數(shù)(pdf)、 部分cdf或pdf信息(諸如一個或多個采樣點)等等。該分布信息優(yōu)選 由訂戶站確定。下面給出了三種技術(shù)以針對MCS選擇所關(guān)注的一個或 多個參數(shù)來報告分布信息(例如，從訂戶站發(fā)射到基站)并且使用該 分布信息(例如，在基站處)。但是，在描述用于針對MCS選擇所關(guān) 注的一個或多個參數(shù)來報告分布信息和使用分布信息的技術(shù)之前，提 供下面的文字和公式，以便為本發(fā)明的優(yōu)選實施例的使用設(shè)置必要的 背景。
SA^^是有效的信號與噪聲加干擾之比，是使用EESM方法或其 變化形式而計算出的。
SVi^。^是在關(guān)于接收到的OFDM碼元的一組子載波(諸如所有占 用的子載波或有代表性的一組子載波)上的平均的信號與噪聲加干擾
之比。注意，在高車速的情況下，SA^6。,w在每幀之間可能變化顯著。
注意，SV」&^可以被計算為SV^" =;|>,.。而且，注意，盡管在這
W /=
里給出的例子中，假設(shè)與SA^e//和相關(guān)聯(lián)的&來自不同子載波， 通常，它們可以與在其上交織FEC碼字(例如，在子載波和OFDM碼 元周期的組合上交織)的子載波和碼元周期相關(guān)聯(lián)。根據(jù)發(fā)射方案， ^Vi 6。M可以是在多個子載波和多個碼元周期上的平均值，碼元周期可
以互相鄰近或不鄰近。
EESM鏈路自適應(yīng)
對于降低反饋的EESM鏈路自適應(yīng)，在SS處確定SVi e// (dB) vs. ^ (dB)曲線的模型(最佳擬合方程)并發(fā)送回BS。該模型和模型參數(shù)可 以是例如線性模型、分段的線性模式、二次模型、三次模型等等。該 模型是為在參考歷直具有特定SW ^的特定信道實現(xiàn)(或者可替換地， 有代表性的信道實現(xiàn)或平均信道實現(xiàn))而確定的。曲線/最佳擬合參數(shù) 從SS發(fā)送到BS。
在將曲線參數(shù)發(fā)送回BS之后，SS隨后發(fā)送57\ 6//值到BS，諸如 逐幀地發(fā)送。參考"值是SS和BS已知的，通過信令或隱含計算而先驗， 或者通過將其與SW^/包括在一起而得知。希望的是，只要信道功率延 遲曲線不顯著變化，應(yīng)該不需要更新模型曲線參數(shù)。因此，盡管對于 短期鏈路自適應(yīng)，可能需要逐幀地報告SW f但因為模型通常適合于 來自于相同功率延遲曲線的不同信道實現(xiàn)，潛在的曲線參數(shù)應(yīng)該對許 多幀保持有效，且由于多普勒效應(yīng)，功率延遲曲線中的變化將發(fā)生得 比瞬時復(fù)信道增益系數(shù)的變化慢得多。
通過簡單曲線移動方法，對于在BS處的每一接收到的SA^f假 設(shè)通過最近發(fā)送到BS的曲線的簡單移動而獲得當(dāng)前SW ^值的 vs./ 曲線。例如，如果SS在當(dāng)前幀中發(fā)送回10 dB的SAW^值(針對 預(yù)定的參考"值)，且SS先前發(fā)送到BS的曲線參數(shù)具有5 dB的SW e// (針對相同的"值)，則通過向SS先前發(fā)送到BS的原始SA^e//(dB) vs. "(dB)曲線的所有^S7W ^值添加5 dB，將獲得當(dāng)前幀的SAWe//vs."曲線。 換句話說，模型曲線參數(shù)被假設(shè)為不變，而不管信道SNR的變化。
但是，上面所述的簡單移動方法導(dǎo)致當(dāng)前幀的^Vi ^vs. / 曲線中 的某些不準(zhǔn)確。在歷直附近，該方法可能足夠準(zhǔn)確，其中SS發(fā)送回當(dāng) 前SAW^值，但是對于其他歷直，可能不準(zhǔn)確。移動建模的曲線的準(zhǔn)確
性在本發(fā)明中改進如下。
下面，已知在相同信道選擇性的情況下，接收SNR的變化可以被
精確建模。BS具有原始SW ^vs.^曲線，其可以從分析上計算新曲線 族，每一曲線都假設(shè)在參考"值處的不同^S7W ^值。
回想EESM的定義，<formula>formula see original document page 12</formula>
考慮相同信道選擇性但不同平均SNR的SW e//，即，每子載波SNR 矢量被縮放到線性域中的a〉0，
愿M((W ，…，" },") = -/Mn
<formula>formula see original document page 12</formula>(2)
當(dāng)用dB來表示S7W w、 / 和a日寸，(2)變?yōu)?br> 其中，a<ffl=101Ogl。a，且五^SM犯被表達為/ dB和/^ :101og,。y9的函數(shù)。
如果五SSM^(^,…,;^,AJ vsAiB的曲線已知，則式(3)可以用來獲 得由于縮放a的任何SA 值的EESM必(W,，…,a ;U必)曲線。
注意，為了使用式(3)來生成a;4的曲線，不僅MSM^(^, VSAJB關(guān)系需要在對應(yīng)于可用MCS集合的^B區(qū)域中可用，而且針對任 何AiB-"dB值可用也是需要的。例如，基于AiB的范圍[O, 15]獲得曲線擬
合參數(shù)，該范圍對應(yīng)于可用MCS集合。為了能夠使用式(3)，如果 adB>0，在[-a犯，15]范圍中，以及如果fld8〈0，在[O， 15-adB]范圍中， 需要^SM朋(h,…，^J，Aj VS凡B關(guān)系。根據(jù)^B的范圍，二次近似可能 不夠，可能需要額外的三次參數(shù)來準(zhǔn)確地建模在寬/ 犯范圍中的
EMMjbv.vsAB關(guān)系?？商鎿Q地，如果只需要小范圍的AiB， 例如當(dāng)功率波動較小且對于鏈路自適應(yīng)只需要考慮小范圍的MCS時，
二次或甚至線性近似可能就足夠了。
圖4示出了縮放和移動SA^^vsA^曲線的效果。在圖4中，使用 GSM典型城市(TU)信道實現(xiàn)作為例子來示出使用簡單曲線移動方法
的誤差，從而從^^M必(^，…，;^，AJ vs凡B獲得i^SM巡("^…," ),As) vs Ajb。在圏4中，示出用于信道Es/No = 3 dB禾卩10 dB的五五SM犯曲線。 還示出了 Es/NQ = 3dB曲線的平行移動(即，簡單曲線移動方法)。通 過比較平行移動后的曲線和Es/No二 10dB曲線，很明顯，如果使用平 行移動后的ES/NQ = 3 dB曲線來近似Es/No = 10 dB曲線，則將出現(xiàn)顯著 的誤差。
在圖5中，包括來自圖4的Es/No二3dB和10dB的曲線。第三曲 線是使用式(3)中的關(guān)系以及Es/N^3dB曲線的多項式近似來獲得的。 這表明，式("中的關(guān)系可以用來從^SM必(仏,…,rJ，/ 戰(zhàn))VS "dB曲線獲 得五^SM必(仏^…,^J，AJ vs Ajb曲線的精確曲線。
所述的方法可以用來提供對需要多少功率增加的更準(zhǔn)確的確定。 也可以使用相同方法來計算在仍然提供充足誤幀率(FER)給特定SS 的同時可以降低多少發(fā)射功率。對于功率增加或功率降低計算的提高 的準(zhǔn)確性使得BS能夠在相同OFDM碼元中調(diào)度的多個SS上更有效地 分配其可用功率預(yù)算。下行鏈路中的功率分配處理也被稱作下行鏈路
功率分配或下行鏈路功率控制。
注意，盡管優(yōu)選實施例討論了以dB衡量的SA^^和P的模型，但
該模型也可以反映為用線性衡量的e//和/或-的特征。
增強EESM以使SS能夠反饋規(guī)則SNR報告而不是EESM SNR!報告
在這個方法中，SS首先發(fā)射SW e//VS.辨莫型到BS(例如，對 vs. -曲線的線性或二次近似，其中&\^6//和-可以是線性衡量的或者以 dB衡量的SA^^孤/ 必)。此外，參考SA^"值標(biāo)為SA^一在此值 可以獲得曲線參數(shù)，對模型曲線來說可能需要該值。有兩種方法來提 供SVi ^。第一種方法是使SS發(fā)射用于曲線的SA^^值以及曲線參數(shù)。 該方法的缺點在于其需要額外的開銷。第二種方法是使SS計算對于 BS和SS提早知道的預(yù)定SW^/值(例如10 dB)的曲線。然后，BS 知道曲線參數(shù)對于預(yù)定SW ^值是有效的。對于這種方法，SS將以相 同的值g來縮放每一實際每子載波SNR，使得在縮放之后，^W^。m = SV&e/，并且然后將確定曲線參數(shù)以發(fā)送到BS。然后，在曲線參數(shù)更 新之間的正常操作中，SS可以發(fā)送回正常SVi 6。m，而不進行任何縮放。
在BS具有關(guān)于在參考^S7W ^值的SA^^vs. / 曲線的信息之后，SS 可以(例如，在曲線參數(shù)更新之間逐幀地)發(fā)送回正常SA^&^，而不 進行任何縮放，以代替正常操作中的SVi ,并且BS可以通過使用基 于式(3)的關(guān)系而為每一從SS接收的SA^6。^重新計算SW e//vs. ^曲線
纖^ (膽^,")=膽w /膽w x膽^ (纖^, / '), where "'=々x纖^ /纖,
用于SA^。^的CDF點
在本發(fā)明的第一實施例中，為用于子載波的頻帶的信噪比獲得累 積分布函數(shù)。對于這個實施例，SS對于優(yōu)選大數(shù)量的信道瞬間的頻帶 (^S7W ^》值儲存平均SNR，諸如對于最后的100幀。換句話說，SS監(jiān)控每一子載波的SNR并且為整個頻帶(SA^6。W)計算平均值。在一
段時間上監(jiān)控<SA^6。 rf，隨時間獲得多個SW^。w值。然后，SS將S7W 6。w 的值以升序排序，在一些簡單的計算之后，確定對于SA^^^值的分布 (例如cdf)的估計。SS然后將來自基于采樣的cdf的一個或多個點發(fā) 送回BS。例如，可能有預(yù)定規(guī)則，使得SS將發(fā)送回來自cdf的三個特 定點，諸如5%點(例如，使得5%的信道瞬間具有相等或更低值的 幼化"值)，20%點以及50%點。
圖6描繪了在Ped B信道的情況下可以怎樣使用三個點來近似 cdf。如所能看到的，這個雙線性近似對于0.02 (2%)到0.7 (70%) 之間的cdf值來說十分出色。通常，不需要完全的cdf曲線，使得只需 要一部分cdf (諸如用于0.05到0.5之間的cdf值的cdf)或其近似以反饋。
BS可以使用該信息來幫助為后續(xù)的到SS的發(fā)射選擇MCS水平的 過程。例如，如果BS知道，到SS的信道基本上是平坦衰落的，則BS 知道其可以使用靜態(tài)FERvs. SNR曲線來確定適當(dāng)?shù)腗CS水平通過 在SS所報告的5%點的5TV&。^值選擇具有可忽略的FER， BS知道大 約有5%的可能性使得使用該MCS水平的發(fā)射將出現(xiàn)錯誤(對于在X% 點具有不可忽略的FER的MCS水平，幀錯誤的概率可以被預(yù)測為(l -(1 - FERref)(l - O.OIX))，其中，F(xiàn)ERw是在對應(yīng)于X% cdf點的SNR的 靜態(tài)FER)。這種類型的信息可以用來幫助BS決定在MCS選擇中要 多么主動以及預(yù)測對于后續(xù)幀的重發(fā)可能需要多少信道資源。
BS還可以在SS所提供的點之間內(nèi)插值，以在BS處的分布信息 中提供更精細的粒度，并且還可以外插值，以提供超越SS所報告的范 圍的近似分布信息。仿真結(jié)果表明，BS可以重新構(gòu)建對于關(guān)注區(qū)域(例 如1%到50%范圍)中的分布的相當(dāng)準(zhǔn)確的近似，其通過使SS發(fā)送回 來自該范圍內(nèi)的分布的兩個或優(yōu)選三個點而實現(xiàn)。BS隨后可以通過"連 接各點"且外插值而使用簡單的雙線段近似(對于三點的情況)。
注意，上面的描述假設(shè)SS在一段時間上測量cdf，隨后發(fā)送回一 些cdf信息到BS?？商鎿Q方法是SS在一段時間上頻繁地(例如每幀或 每幾幀)發(fā)送回SNR報告，使得BS具有直接創(chuàng)建cdf所必需的信息。 但是，后者的方法比基于SS的方法需要更多的反饋。
直到這里，迄今所述的方法對于平坦衰落信道是準(zhǔn)確的，但是， 在頻率選擇性信道中，將經(jīng)受降低的準(zhǔn)確性。因此，EESM改進用來通 過不時地發(fā)送回<SA^e//vS."曲線而使cdf技術(shù)可適用于任何信道類型。 基本上，當(dāng)BS具有57W ^vs. p曲線時，BS可以將6W^。^cdf上任意 點轉(zhuǎn)換成SA^^的cdf上的點。如果對于SA^6。^己知X。/。cdf點，可以 如下地在特定P值確定SM w的X。/。點
顯#%,w"。,")=雄屮"。/纖 , x ，e# (纖w,，/ ')， 其中,=,^廁<"7\^。屮％
其中，SA^憤;^是對于指定/ 值的57W e// cdf的X。/o點，其中 SVi^w,^是SA^6。w cdf的X。/。點。
基于這個方法，BS可以首先在關(guān)注區(qū)域中構(gòu)建對&W^。 rf cdf曲線 的近似(例如，基于從BS反饋的點以及曲線擬合或線段)并且可以隨 后將所希望數(shù)量的來自cdf的點轉(zhuǎn)換成用于SW ^的cdf點，這可以針 對每一關(guān)注的"(例如，每一 MCS的p)來完成，以提供協(xié)助MCS選 擇所需的信息。在此情況下，SA^^用作靜態(tài)FER曲線中的SNR值， 以估計特定MCS水平的性能或出錯概率。
該方法的一個替換實施例完全是在SVi ^域中工作，而不是從 57W^^cdf值轉(zhuǎn)換成^iVi ^cdf值。在這個替換實施例中，SS在一段時 間上儲存針對特定M直的SW ^值，并且在該"值確定SW ^值的cdf。 然后，SS發(fā)送來自該cdf的采樣到BS， BS可以直接對SW e//cdf工作。
除了cdf采樣之外，SS還需要發(fā)送^S7W ^ vs. -曲線信息，諸如曲線參 數(shù)。BS還需要知道什么歷直關(guān)聯(lián)于由SS發(fā)送的cdf信息(即，在確定 cdf時SS所使用的")。有兩種方法來提供該信息。在第一種方法中， 除了cdf采樣之外，SS發(fā)送用于cdf的々值。在第二種方法中，/ 值是 指定的并且是BS和SS預(yù)先知道的，使得SS不需要發(fā)送-值到BS。 一 旦BS具有cdf采樣、SA^e,/VS./ 曲線信息以及用于cdf的/ 值，其就可 以計算其他/ 值的cdf采樣，并且將其用于協(xié)助MCS選擇過程?？赡芑?于下面的方法來確定任意/ 值的Xy。cdf點。首先，讓原始cdf對于標(biāo)為 /^/的已知/ 值可用。接下來，確定通過原始cdf上的X% SA^^點的 5TW^/vs. -曲線(該曲線可以來源于較早前由SS發(fā)送的SAW^vs. >9曲 線信息，使用式(3)來適當(dāng)?shù)匾苿忧€)。這個新SA7 ^ vs. / 曲線被標(biāo) 為curve一X。最后，通過在關(guān)注的/ 值從curve_X中取SA^^值，獲得 任意/ 值的X% cdf點。該流程可以對于若干cdf點重復(fù)。
基于模型的分布近似
在基于模型的分布近似中，不是如前面章節(jié)中所提議的發(fā)送回來 自分布函數(shù)的采樣，而是假定分析的模型，并使其用于表現(xiàn)SNR分布 的特征。在第二實施例中，所使用的特定模型是BS和SS已知的，SS 確定一組參數(shù)來表現(xiàn)模型的特征并且將這些參數(shù)發(fā)送回BS。這樣，SS 監(jiān)控每一子載波的SNR并且為整個頻帶計算平均值(^V^。w)。^SW^。w 是在一段時間上受到監(jiān)控的，隨時間獲得多個SVi 6^值。然后，SS 試圖將多個SA^6。^值擬合為具體函數(shù)。然后將特定函數(shù)參數(shù)反饋到基 站。
在第一實施例中，使用了用于SNRpdf的Rkean模型。另一潛在 有用的模型是SNR pdf的高斯分布。如果發(fā)現(xiàn)多個模型對于特定系統(tǒng) 有用的話，除了模型參數(shù)以外，SS還可以發(fā)送模型區(qū)分符(例如，如 果模型索引=1， SS正在使用Ricean模型，或者如果模型索弓|=2， SS 正在使用高斯模型)。
BS可以計算SA^6。^cdf的近似(這時基于從SS接收的模型假設(shè) 和模型參數(shù))。該cdf可以隨后以與上述相同的方式使用。
SS可以執(zhí)行對SW ^而不是5Wi ^"rf的建模、參數(shù)計算以及模型
參數(shù)的反饋，但是仿真指示出，更好的模型擬合通常是針對》\ 6。^而 非SA^V,獲得的。如果對于^W ^完成了建模，注意，將需要使用式(3) 來獲得不同"值的cdf值。
Ricean模型假設(shè)SV&"的均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差是^和v?？梢酝ㄟ^ 非中心chi平方(卡方)分布y來近似SA^^w的分布
通過變量Z = 的變化而獲得幅度的Ricean分布。
圖7示出用于Ped B信道的Ricean近似。Ricean近似對于Ped B 信道在10 dB的平均SNR值處非常好。由于Ricean分布完全只由兩個 參數(shù)來指定，其具有最小的反饋要求。注意，SS可以發(fā)送SW^。^分布 的均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差，或者可以計算用于確定非中心chi平方分布的s和 ct參數(shù)?？商鎿Q地，SS可以發(fā)送表現(xiàn)Ricean分布的特征的參數(shù)。
通常，可以使用當(dāng)前SA^^vs."的形狀來確定有關(guān)信道的相對頻 率選擇性的信息。例如，在平坦衰落中，曲線變?yōu)槠教咕€。在高頻率 選擇性信道中，曲線斜率變得很大。曲線的斜率越大，各幀之間出現(xiàn) 的SNR變化越小?？梢允褂们€的形狀，諸如在一個或多個P值的局 部斜率，或者曲線的參數(shù)(例如二次和線性系數(shù))，來協(xié)助鏈路自適 應(yīng)過程。在一個例子中，如果SV凡^VS.^曲線接近于水平線(具有在水
平軸上的")，則信道具有低頻率分集，分布可以近似為平坦Rayleigh 衰落。如果曲線形狀指示為大量信道頻率分集，則分布將具有相對陡 峭的斜率，指示幀之間的可能較低的SNR變化。類似地，^S7W^。^的cdf 的形狀可以用作為信道條件的指標(biāo)。
基站隨后可以將MCS選擇基于5*A^e# vs. / 曲線或SA^b^的cdf 的形狀。更具體地，知道cdf的形狀允許BS更準(zhǔn)確地為SS確定MCS 水平。例如，如果cdf基本上是垂直線且SS正在接收不具有ARQ的 實時服務(wù)，則BS知道SNR將不會在幀之間顯著變化且MCS不需要包 括任何顯著數(shù)量的衰落余量。隨著曲線斜率的減小，則BS可以計算適 當(dāng)量的衰落余量(或者可替換地，功率增加)，以包括在MCS選擇中。
圖8是使用AMC的多載波基站800和訂戶站801的框圖。如上 所討論的，基站800接收要發(fā)射到接收機的數(shù)據(jù)，并且通過將其在多 個子載波上編碼而有效地發(fā)射數(shù)據(jù)。單一調(diào)制和編碼方法被用于一組 子載波(例如，使用子載波來發(fā)射到特定SS)并且主要取決于所有占 用的子載波的信道質(zhì)量。這樣，數(shù)據(jù)進入發(fā)射機，并且經(jīng)由自適應(yīng)調(diào) 制器和編碼器803而被有效地調(diào)制和編碼。在合適的調(diào)制和編碼后， 數(shù)據(jù)流在多個子載波上(經(jīng)由發(fā)射機805)發(fā)射。
訂戶站801包括信道分析器813，從接收機809接收無線信號。 信道分析器813用于為多個子載波或多組子載波中的每一個確定SNR 值并且隨時間得到寬帶SNR量度(例如，SA^6^或SA^f)。在本發(fā) 明的第一實施例中，量度(例如，S7W^"或SA^e//)值被排列等級次 序，并且基于等級次序來(由分布確定器815)確定分布函數(shù)。分布確 定器815基于從信道分析器813的輸入而生成SW 6。M (或的 信號質(zhì)量分布。
在本發(fā)明的第一實施例中，分布確定器815使用發(fā)射機811來將
分布函數(shù)的一個或多個特定點傳送回基站800。例如，分布確定器815
可能確定5%點(例如，使5o/。的信道瞬間具有相等或更低值的67W 6訓(xùn)rf 值)、20%點以及50%點，并且將這些值傳送到基站800。盡管已經(jīng)描
述了 SNRband，分布確定器可以針對參考"值的SNRband或SNReff值而工作。
在本發(fā)明的第二實施例中，分布確定器815將曲線擬合為得自排 列等級的SA^^^值的分布。根據(jù)擬合為SA^6w值的曲線，將定義曲 線的具體變量傳送(經(jīng)由發(fā)射機811)回基站800。例如，通過對Ricean 分布的近似，SS可以發(fā)送回用于確定近似SA^6。^分布的非中心chi平 方分布的參數(shù)5和ct。此外，盡管針對^S7W^。^進行描述，該實施例可
替換地可以使用關(guān)于參考歷直的SNReff值。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，在BS 800處的調(diào)制器/編碼器803使 用取決于信道帶寬的信道質(zhì)量的調(diào)制和編碼方案。根據(jù)使用第一還是 第二實施例，分布重構(gòu)器808將接收參數(shù)來定義隨時間的SNR分布的 最佳擬合曲線，或者將接收cdf曲線的各種值。如果提供了一個以上的 分布點，重構(gòu)器808可以重構(gòu)信道質(zhì)量指標(biāo)的分布的一部分(如果只 接收一個分布點，重構(gòu)缺省提供與接收相同的值)。重構(gòu)器808基于 cdf曲線的值或定義最佳擬合曲線的參數(shù)來重構(gòu)分布。分布重構(gòu)器808 可以使用SVi x，該SNR使得對于X。/。的信道瞬間，實際SNR小于或等 于&V&。例如，6TW /。是對應(yīng)于0.1的cdf值的SNR值。
在從分布重構(gòu)器接收分布信息之后，MCS選擇器隨后為可能數(shù)量 的可用調(diào)制和編碼方案計算預(yù)測信道質(zhì)量(T#) 。 MCS選擇器807隨 后為想要的點選擇最佳調(diào)制和編碼方案。特別地，基站通常選擇生成 最高可能吞吐量的MCS，其中所選MCS通常具有低于目標(biāo)FER的期 望FER。此外，重構(gòu)的分布的形狀(例如，關(guān)注區(qū)域的斜率)可用于 協(xié)助MCS選擇過程。例如，陡峭的cdf斜率表示MCS選擇很可能在 短期基礎(chǔ)上是準(zhǔn)確的，因此，如果基于10。/。FER點來選擇MCS，即使
處于高多普勒效應(yīng)中，有90%的可能在下一發(fā)射上正確地接收。另一 方面，隨著分布的形狀接近高多普勒效應(yīng)情形的平坦衰落的形狀，基
于10% FER點選擇的MCS有90%的可能在衰落的平均值上、而不是 在短期基礎(chǔ)上接收。結(jié)果，陡峭斜率情況下的MCS選擇可以被認為在 短期基礎(chǔ)上更準(zhǔn)確，允許更主動的MCS選擇(例如，更小的衰落余量)。
圖9是示出圖8的基站的操作的流程圖。邏輯流程開始于步驟901， 在此，重構(gòu)器808接收信號質(zhì)量分布信息。該分布信息可以包括用于 表示分布的cdf的一個或多個點或者可能包括用于表示Ricean分布或 其他基于模型的分布的情況下的分布的參數(shù)。在步驟903，分布重構(gòu)器 808根據(jù)分布信息來重構(gòu)信道質(zhì)量指標(biāo)的分布，并且將其傳遞到MCS 選擇器807。例如，重構(gòu)器808可計算在至少X。/。的采樣上觀察到的有 效信道質(zhì)量C0義(換句話說，觀察到小于計算值的SNReff的概率是 X%)。
在步驟905，選擇器807基于由重構(gòu)器808生成的分布而確定 MCS。更具體地，在第一實施例中，選擇器807針對Cg,為所有候選 MCS方案計算期望FER。在某些情況下，可能不需要計算FER。在此 情況下，可以對來自所需SNReff表的1%或其他關(guān)注的FER進行閾值 比較。候選MCS方案可能是全部可用MCS方案或其子集?？商鎿Q地， 可以使用內(nèi)插值技術(shù)來為某些MCS計算期望FER。在步驟905選取的 MCS基于期望FER值。特別地，在低于目標(biāo)值(通常為1(T1)的期望 FER，選取具有最高可能吞吐量的MCS。在步驟907，數(shù)據(jù)流輸入到調(diào) 制器和編碼器803，通過MCS進行適當(dāng)?shù)卣{(diào)制和編碼，并且在步驟909， 數(shù)據(jù)流經(jīng)由發(fā)射機805而發(fā)射。
如所討論的，重構(gòu)分布的形狀(例如，關(guān)注區(qū)域的斜率)可能被 MCS選擇器807用來協(xié)助MCS選擇過程。例如，陡峭的cdf斜率表示 MCS選擇很可能在短期基礎(chǔ)上是準(zhǔn)確的，由此，如果基于10。/。FER點 選擇MCS，即使在高多普勒效應(yīng)的情況下，有90%的可能在下一發(fā)射
上正確地接收。另一方面，隨著分布的形狀接近高多普勒效應(yīng)情形的
平坦衰落的形狀，基于10% FER點選擇的MCS有90%的可能在衰落 的平均值上、而不是在短期基礎(chǔ)上接收。結(jié)果，陡峭斜率情況下的MCS 選擇可以被認為在短期基礎(chǔ)上更準(zhǔn)確，允許更主動的MCS選擇(例如， 更小的衰落余量)。
圖10是示出訂戶站801的操作的流程圖。邏輯流程開始于步驟 1001，在此，由分析器813分析每一使用的子信道以確定其質(zhì)量。為 每一采樣獲得的信道質(zhì)量儲存在分析器813中。在步驟1003，信號質(zhì) 量的分布是由確定器815確定的，且計算表示至少一部分該分布所需 的參數(shù)。在步驟1005，將表示至少一部分分布所需的參數(shù)報告回基站 800以幫助確定適當(dāng)?shù)腗CS。最后，在步驟1007，通過適當(dāng)MCS，對 數(shù)據(jù)進行接收、調(diào)制和編碼。
如上所討論的，發(fā)射機800和接收機801可以使用快速AMC而 操作。在此情形下，不需要SNR的分布，分布確定器815和分布重構(gòu) 器808將被曲線確定器和曲線重構(gòu)器分別取代。這在圖11中示出。
圖12是示出用于快速AMC的圖11的發(fā)射機1100的操作的流程 圖。邏輯流程開始于步驟1201，在此，曲線重構(gòu)器1108接收使用式(3) 為參考SNR值SNR^獲得的vs. / 曲線。可替換地，重構(gòu)器1108 可以接收SA^e//Vs./ 曲線。在步驟1203，曲線重構(gòu)器1108從SS 1101 接收指示當(dāng)前SNR的SNR值。在步驟1205， MCS選擇器1107基于在 步驟1201發(fā)送的參考曲線和在步驟1203發(fā)送的SNR值來使用式(3)計 算SA^vs."曲線。在步驟1207，選擇器1107通過使用在步驟1205計 算出的vs."曲線為與給定MCS相關(guān)聯(lián)的"值描繪SNReff而為多個 候選MCS方案計算與FER有關(guān)的SNReff。候選MCS方案可以是全部 可用MCS方案或其子集。可替換地，可以使用內(nèi)插值技術(shù)來為某些 MCS計算期望FER。在步驟1209，基于期望FER值來選取使用的MCS。 特別地，在低于目標(biāo)值(通常為10")的期望FER，通常選取具有最高可能吞吐量的MCS。在步驟1209，數(shù)據(jù)流輸入到發(fā)射機405，進行適 當(dāng)?shù)卣{(diào)制和編碼，并且在步驟1211，發(fā)射該數(shù)據(jù)流。
圖13是示出用于快速AMC的接收機1101的操作的流程圖。邏 輯流程開始于步驟1301，在此，由曲線確定器1115確定SA^^vs./ 曲 線以及用于當(dāng)前信道瞬間和參考SNR值的當(dāng)前SA^。這是通過分析信 道分析器1113所提供的SNF值而完成的。在步驟1303，由確定器1115 將用于當(dāng)前信道的SW vs."曲線與先前發(fā)送的當(dāng)前由發(fā)射機800使用 的SiV/ vs. P曲線進行比較。如果用于當(dāng)前信道的曲線與先前發(fā)送的曲 線足夠不同(例如，在/ 值的預(yù)定范圍上，最小平方差大于2dB)，將 表示S7Vi vs. / 曲線的參數(shù)報告至發(fā)射機。在步驟1305，經(jīng)由發(fā)射機 1111，將SNR報告至發(fā)射機1100。最后，在步驟1307，通過適當(dāng)MCS 對數(shù)據(jù)進行接收、調(diào)制和編碼。
盡管已經(jīng)結(jié)合特定實施例具體示出和描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù) 人員應(yīng)該理解，其中可以進行形式和細節(jié)上的各種變化，而不背離本 發(fā)明的精神和范圍。例如，本發(fā)明是針對OFDM而描述的，但可以適 用于任何使用多載波調(diào)制的系統(tǒng)。此外，可以只在可用數(shù)據(jù)流的片段 上使用MCS選擇，對其他數(shù)據(jù)流使用已知的MCS選擇技術(shù)(例如基 于平均SNR值)。在另一例子中，SWi^。^可以是一組接收到的碼元 SNR的平均值，其可能包括在混合ARQ環(huán)境中碼組合的效果。希望的 是，這樣的變化落入所附權(quán)利要求的范圍中。
權(quán)利要求
1.一種用于自適應(yīng)調(diào)制和編碼的方法，該方法包括如下步驟接收用于隨時間的寬帶信道的信噪比(SNR)的分布信息；確定用于寬帶信道的SNR的分布；基于所述分布確定自適應(yīng)調(diào)制和編碼方案；以及基于所述自適應(yīng)調(diào)制和編碼方案對數(shù)據(jù)進行調(diào)制和編碼。
2. 權(quán)利要求1的方法，其中所述接收用于SNR的分布信息的步驟 包括從訂戶站接收所述分布信息的步驟。
3. 權(quán)利要求1的方法，其中所述接收分布信息的步驟包括接收分 布函數(shù)的一個或多個點的步驟。
4. 權(quán)利要求3的方法，其中所述接收分布函數(shù)的一個或多個點的 步驟包括接收概率密度函數(shù)的一個或多個點的步驟。
5.
6. 權(quán)利要求1的方法，其中所述接收分布信息的步驟包括接收用 于擬合為隨時間的寬帶信道的SNR的已知函數(shù)的參數(shù)的步驟。
7. 權(quán)利要求6的方法，其中所述接收用于擬合為隨時間的寬帶信 道的SNR的己知函數(shù)的參數(shù)的步驟包括接收用于Ricean分布的參數(shù)的 步驟。
8. —種方法，包括如下步驟 接收寬帶信號；為所述信號計算隨時間的SNR值； 確定用于所述信號的隨時間的SNR值的分布；以及 提供分布信息給基站以用于自適應(yīng)調(diào)制和編碼中。
9. 權(quán)利要求8的方法，其中所述提供分布信息給基站的步驟包括 如下步驟計算到所述SNR值的最佳擬合函數(shù)；以及 提供關(guān)于所述最佳擬合函數(shù)的變量給所述基站。
10. 權(quán)利要求8的方法，其中所述提供分布信息給基站的步驟包 括如下步驟計算所述SNR值的概率密度函數(shù)；以及提供關(guān)于所述概率密度函數(shù)的一個或多個數(shù)據(jù)點給所述基站。
全文摘要
對于短期鏈路自適應(yīng)，基站獲得訂戶站所見的信道條件的瞬時信息，而對于長期鏈路自適應(yīng)，在一段時間內(nèi)，基站獲得訂戶站所見的信道條件的分布信息(901)。基于該分布，計算調(diào)制/編碼方案(905)。隨后輸出數(shù)據(jù)以傳輸(909)。
文檔編號H04J11/00GK101180817SQ200680015439
公開日2008年5月14日 申請日期2006年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月3日
發(fā)明者凱文·鮑姆, 宇菲·W·布蘭肯希普, 布賴恩·K·克拉松, 菲利普·J·薩爾托里 申請人:摩托羅拉公司