專利名稱：自適應編碼和調制的制作方法
技術領域：
本發明涉及在無線通信環境下控制自適應編碼和調制，尤其是提供一種不依賴信道質量估計的控制。
背景技術：
許多無線通信系統動態地改變編碼和調制技術從而根據改變信道條件努力使數據速率最大。通常，當信道條件惡化時，數據速率會下降而編碼和調制技術將具有更好的魯棒性，反之亦然。傳統上，一直以來根據接收機測量的并且反饋到發射機的信道質量估計來控制用于傳輸的編碼和調制方案。可惜，信道質量經常在短時間內發生顯著地改變，并且需要一定的時間來估計信道質量，將這些估計值反饋回發射機，并且允許發射機對該反饋做出反應，在反饋中插入一個足夠充分的延遲從而使許多情況下信道質量估計作廢。例如，如果一個高質量信道很快惡化到嚴重程度，該發射機可能會依賴接收機提供的高信道質量估計并選擇一個基本上與最近的降質信道不匹配的編碼和調制方案。這將會導致丟失數據并且需要重發所有的數據。
參考
圖1，該圖表示實際信道質量和接收機反饋回來的報告信道質量之間的可能的差異。與該反饋相關的延遲可能導致如上所述的實際信道質量和報告的信道質量之間的顯著差異。
除了由于延遲從接收機所反饋的信道質量估計值的不可靠性之外，還存在與精確地測量信道質量并向發射機提供信道質量估計值相關的顯著的復雜性。當為從基站到移動終端的前向鏈路確定信道質量估計時，用于提供信道質量估計值并反饋這些估計值到基站的反向鏈路設計就會增加移動終端和基站的設計的復雜性和成本。因此，當減少或消除對信道質量估計的信賴時，需要控制高速無線通信網絡的調制和編碼，其中該信道質量估計是通過接收機測量的并且被反饋到發射機來控制編碼和調制方案。
發明內容
本發明提供一種用于傳輸信道總是超負荷傳輸數據的無線通信系統中的獨特的反饋系統，以一個選擇的調制階對該反饋系統進行配置和調制。基于該信道條件，只有一部分數據可以被成功地接收。照此，該接收機將試圖使用對應于不同調制級別、用于編碼所發射的數據的解調技術來接收數據。接收機將確定恢復的數據或者當數據被恢復時調制的最高階，并且向發射機提供反饋。發射機然后重發未被正確接收的數據。通過使信道一直超載，使得能夠在信道上傳輸的數據的最大量被優化，而無需要求或者嚴重依賴將信道條件信息反饋到發射機的接收機。
在一個實施例中，根據優先級，如分組數據這樣的數據組被有選擇地關聯于調制的不同級別。較高優先級數據被關聯于具有更多魯棒性通信方案的較低的調制階，反之亦然。發射機采用所選定的最高級調制技術傳輸數據，從而按照逐步提高的調制級別傳輸各種數據組。接收機將盡可能地解碼和解調制同樣多的數據，并且要求對未被正確接收的數據進行重發。本領域技術人員可知存在多種請求對丟失數據進行重發的技術。例如，接收機可以識別已實際接收的數據、應該已經接收到的數據、成功或者不成功的調制層，并且將此信息反饋到發射機。發射機處理該信息從而取得丟失數據并實行重發。進一步，可以通過簡單地排列優先級并且單獨重發數據或者連同其他要重發的數據或者要被傳輸的新的數據一起重發數據來進行重發。
本領域技術人員根據下列最佳實施例的詳細說明以及相關的附圖可以領會本發明的范圍并實現附加特征。
附圖簡述并入本說明書并形成本說明書的一部分的附圖表示本發明的幾個特征，并且與描述一起用于解釋本發明的原理。
圖1是一個曲線圖，表示實際信道條件和接收機向發射機報告的信道條件的估計值之間的差異。
圖2是一個根據本發明實施例構造的基站的框圖表示。
圖3是一個根據本發明實施例構造的移動終端的框圖表示。
圖4是一個根據本發明實施例采用分級的調制方案的基于正交的星座表示。
圖5表示一個根據本發明的一個實施例分層編碼和調制方案的曲線圖表示。
圖6是一個根據本發明的一個實施例在圖2基站中的發射機的框圖表示。
圖7是一個根據本發明的一個實施例在圖3移動終端中的接收機的框圖表示。
圖8是一個根據本發明的一個實施例用于控制調制和編碼的反饋環路的框圖表示。
最佳實施方式以下所闡述的實施例表示必要的內容，從而使本領域技術人員能夠實現本發明并且表示實踐本發明的最佳方式。當根據附圖閱讀下列描述時，本領域技術人員將能領會本發明的原理并且認識到在此未特別提出的一些原理的應用。應該理解這些原理和應用落在本公開內容和所附的權利要求的范圍之內。
本發明消除或者至少減少對接收機向發射機傳輸信道質量信息的需求，從而允許發射機控制編碼以及調制方案。發射機取代依靠從接收機反饋回來的信道質量信息，而是以不斷增加的編碼速率和更高速的調制技術按層次對數據進行分層。實際上，傳輸信道總是超負荷傳輸數據以便充分地利用瞬時信道容量；然而，僅僅一部分發送的數據將被在接收機成功接收。接收機鑒別正確接收到的數據并向發射機返回信息以便使發射機重發未接收的任何數據。因而，本發明不要求接收機確定并將其反饋到發射機的信道條件信息。為了避免不斷試圖發送數據編碼和調制技術，將來，接收機和發射機可以相互協作來選擇最高可能性的編碼和調制技術，以避免不斷嘗試那些對于給定信道條件的傳輸不益的傳輸數據編碼和調制技術。
在深入研究最佳實施例的結構和功能細節之前，先提供本發明的移動終端和基站的高層概圖。參考圖2，表示一個根據本發明實施例配置的基站。該基站通常包括控制系統20，基帶處理器22，發送電路24，接收電路26，多天線28，以及網絡接口30。接收電路26通過天線28接收射頻信號，所述射頻信號承載來自移動終端(圖3所示)所提供的一個或多個遠端發射機的信息。最好，一個低噪聲放大器和一個濾波器(未示出)相互合作以便放大并消除要處理的信號中的寬帶干擾。然后，下變頻和數字化電路(未示出)將濾波后的接收信號下變頻至中頻或者基帶頻率信號，所述信號然后被數字化為一個或多個數字流。
所接收的信息包括數據以及控制信息。對于本發明，移動終端將提供反饋，用以報告從基站所傳輸的信息被在移動終端正確接收的程度。接收電路26對反饋到基站的信息進行恢復，并將其提供到下文將詳細描述的用于處理的控制系統20。
基帶處理器22對數字化的接收信號進行處理從而提取接收信號中所傳輸的信息或者數據比特。這樣的處理典型地包括解調、解碼以及糾錯操作。同樣地，基帶處理器22通常被實現于一個或多個數字信號處理器(DSP)以及專用集成電路(ASIC)中。然后經過網絡接口30將該接收信息傳送通過無線網或者將其傳輸到地基站所服務的另一移動終端。網絡接口30一般與構成無線網絡一部分的基站控制器和電路交換網絡相互交互，其中該無線網絡可被連接到公眾電話交換網(PSTN)。
在發送側，基帶處理器22接收數字化的數據，該數字化的數據可以表示來自網絡接口30的語音、數據、視頻或者控制信息，并且對所述數據進行編碼以便傳輸。該數據可以包括第一次傳輸的數據或者沒有被移動終端成功接收而正在重傳的數據。如下文將要討論到，根據傳輸協議重傳的數據可以被單獨傳輸或者與新數據一起被傳輸。
為了傳輸，編碼的數據被輸出到發送電路24，在此通過一個具有希望的發送頻率的或者各頻率的載波信號對該編碼的數據進行調制。一個功率放大器(未示出)將該調制的載波信號放大到適于傳輸的級別，并且通過匹配的網絡(未示出)將該調制的載波信號傳送到一個或多個天線28。
參考圖3，該圖表示一個限據本發明的一個實施例配置的移動終端。類似于基站，移動終端包括控制系統32，基帶處理器34，發送電路36，接收電路38，一個或多個天線40，，以及用戶接口電路42。接收電路38通過天線40接收承載來自一個或多個基站信息的射頻信號。最好，一個低噪聲放大器和一個濾波器(未示出)相互合作以便放大并消除要處理的信號中的寬帶干擾。下變頻和數字化電路(未示出)然后將濾波后的信息下變頻至中頻或基帶頻率信號，所述信號然后被數字化為一個或多個數字流。
基帶處理器34對數字化的接收信號進行處理從而提取接收信號中傳輸的信息或者數據比特。這樣的處理典型地包括解調、解碼以及糾錯操作。如下文將要詳細討論的，通過足以允許基站識別在傳輸嘗試過程中丟失數據以及重發數據的重發協議，基帶處理器34和控制系統32將分別或者合作地動作以便提供反饋。基帶處理器34通常被實現于一個或多個數字信號處理器(DSP)以及專用集成電路(ASIC)中。
為了傳輸，基帶處理器34接收數字化的數據，該數字化的數據表示來自控制系統32的語音、數據、視頻、或者控制信息，基帶處理器對該數據進行編碼以便傳輸。控制信息將包括支持丟失數據重發的反饋信息。編碼的數據被輸出到發送電路36，在該電路中調制器將該數據調制到具有一個希望的發送頻率或者各頻率的載波信號上。一個功率放大器(未示出)將該調制的載波信號放大到適于傳輸的級別，并且通過匹配的網絡(未示出)將該調制的載波信號傳送到一個或多個天線40。類似于圖2和圖3所描繪的用于下行鏈路傳輸的安排還可以用于上行鏈路傳輸。
如上所述，本發明包括分級編碼和調制方案，其中將數據有效地映射到相應于正交調幅的遞增階(QAM)的不同層。例如，在16 QAM結構中，4比特的數據可以被映射到星座中的16個位置，如圖4所示。假定4比特是B0、B1、B2和B3，其中B0是最高有效位而B3是最低有效位位，比特B0和B1采用QPSK調制方式進行調制，其中四個象限中的每一象限上的每一較大的圓表示用于這兩個最重要比特B0和B1的四個可能的碼元中的一個。類似地，最不重要的比特B2和B3采用16QAM編碼和調制。同樣地，如果信道條件僅可接受QPSK調制，比特B0和B1可以采用QPSK解調進行恢復。如果信道條件好到足以支持16QAM，比特B0-B3也可以得到恢復。實質上，編碼和調制方案是逐步分層的，其中當信道條件增加時，數據的附加層可以采用更多復雜的編碼和調制技術進行剝離。
參考圖5，提供一個曲線圖表示各種信噪比(SNR)以及對應于每一增加的信噪比的有效的、分層的調制編碼集。當信噪比增加時，高階QAM調制技術變得有效。實際上，更高階的調制技術傳輸更多的數據并且相關的編碼必須提供相應于調制方案的大量數據。因而，編碼典型地是調制類型的函數。本發明漸進的分層調制編碼方案基本上采用分級形式對數據進行編碼和調制，其中比特的漸進層被關聯于調制的相應階。總的來說，數據被貫穿多層編碼和調制，并且接收機僅僅對在可能的最高層的數據進行解調和解碼。因此，選擇的數據將被恢復而其他數據將被丟失。例如，接收機將能直接或者間接地確定已接收的或者丟失的數據并且將該信息反饋到發射機，該發射機將識別丟失的數據并且采用希望的重發方案重發該丟失的數據。重發方案可以包括僅重發該丟失的數據或者將該丟失的數據穿插到將被傳輸的新數據中。
圖6表示一種用于基站的典型發射機的結構。最初假設分組1到N采用這樣的安排，即分組1具有最高優先級而分組N具有最低優先級。每一分組被提供給循環冗余校驗(CRC)函數44，從而在編碼之前進行循環冗余校驗，該函數最好為turbo碼函數46。合成的數據被發送到速率匹配函數48從而將該數據速率有效地匹配到調制階。在所示的范例中，來自分組1懶采用最高位B0傳輸，而分組N的數據采用最低位BN傳輸。位于上述兩個分組之間的數據根據其相對重要性逐步分層。來自每一分組的數據被發送到QAM映射函數50，該函數將基本上根據2NQAM映射來映射每一比特B0-BN。通過調制函數52對合成的數據進行調制并且通過天線28將該數據傳送到移動終端。
如圖7所示，移動終端將通過天線40接收數據并且采用解調函數54解調所述數據。已解調的信號被發送到對應的QAM去映射函數56，其中該函數對應于逐步分層的調制方案中的各個層。從而，在2NQAM階的另一階，嘗試對來自解調函數54的信息進行去映射。針對每一解調階，來解碼合成的數據，最好采用Turbo解碼函數58，并且采用CRC函數60來執行循環冗余校驗，以便確定在每一給定階的數據是否被正確接收。在大多數情況下，信道條件惡化嚴重以至于在一個或多個較高調制階下調制的信息都不會被正確地接收。在圖7中，僅僅對應于比特B0和B1的開始兩層被正確地接收，而所有其他對應于較高調制層的比特都沒有被完全地接收。在該情況下，移動終端將識別各層或在其中的被正確接收的數據，或者識別其它層未被正確接收這一事實，并且將這一信息反饋到發射機以便觸發丟失數據的重發。
圖8表示一個示例流程，其中安排將一系列分組(分組1到分組4)以便從基站發送到移動終端。根據與分組優先級相關聯的漸進層，將分組中的數據提供給編碼和調制函數62。在漸進調制的層中向移動終端發送每一分組的信息，該移動終端將解調和解碼每一相關聯的層。移動終端將決定最高兩位比特被正確接收了，這兩位比特與分組1和2相關聯，而那些最不重要的比特與數據組3和4相關聯的最低位沒有被正確接收。移動終端最好使用某種自動重發請求(ARQ)協議，以便發信號通知基站分組3和4的數據沒有被正確接收，或者分組1和2的數據已被完全接收。一個反饋處理函數66將數據組3和4有效地安排在魯棒性更好的編碼和調制層，并且在魯棒性較差的傳輸層發送來自新分組5和6的數據，這樣就能夠以高速率傳輸數據。在該傳輸過程中，移動終端成功地解碼來自四個分組中的每一個分組中的數據。
盡管存在允許接收機告知發射機確定的數據組即沒有被接收也沒有被破壞的各種類型的協議，但是基于ARQ的系統將為每一被正確接收的分組從接收機發送一個確認(ACK)到發射機，并且當接收機不能正確恢復分組時，發送一個否定確認(NAK)。當分組被編碼時，使用期限混合式自動請求重發(HARQ)以便在接收機輔助糾錯。
本發明包括一個分層的調制規則，其中多組數據被映射到不同的QAM層，以致較高優先級組中的數據被關聯于具有更好的魯棒性的調制方案，而那些與最低優先級相關聯的數據關聯于具有較差的魯棒性以及更大容量的調制方案。實質上，信道總是因數據而過載，并且僅僅那些被解調的數據才能被接收而未接收的部分則要重發。為了使資源浪費的可能性最小，移動終端可以在時間上確定最大、合理的調制層，并且發信號通知基站限制其分層的調制方案到最合理的層，以便如果很高速數據傳送率調制方案從不成功的話，就不使用所述很高速數據傳送率調制方案。特別是在信道條件好的時候，信道中的相當大量數據都會被恢復。如果信道不良，則接收機恢復它可以恢復的并且發信號通知發射機重發沒有接收到的數據。
特別是，本發明避免了對從接收機向發射機反饋的信道質量測量的需要依賴，因此，就不存對如下情況的任何關注即由于因為信道質量被測量過，在接收機側的測量錯誤，或者由反饋信道所導致的錯誤而在信道中有顯著的變化，所以從接收機反饋的信道信息已經變得過時。通過使信道過載并且不依靠從接收機反饋的要發送的信道質量估計，接收機僅僅用于在任一給定時間上恢復盡可能多的數據以便使傳輸率最大以及使信道利用最佳化。
由直接在移動終端測量的和通過上行鏈路將該測量信息反饋到基站的長期信道質量或者基站根據接收的上行鏈路信號間接地測量終端的長期信道質量，可以確定用于每一層的QAM調制和編碼速率的最高階的設置。
本領域技術人員可以認識到本發明最佳實施例的改進和變換。所有這些類似的改進和變換都屬于在此公開的原理以及下述權利要求所要求保護的范圍之內。
權利要求
1.一種輔助與移動終端進行通信的方法，包括a)將多組數據關聯于對應的多個調制階以便形成數據，其中使較重要的數據組關聯于較低的調制階而將不太重要的數據組關聯于較高的調制階；帥采用調制的最高階來傳輸數據；c)接收來自移動終端的反饋，該反饋指示移動終端未接收到的數據；由根據該反饋識別未接收的數據；以及e)重發未接收的數據。
2.如權利要求1所述的方法，其中調制為正交幅度調制。
3.如權利要求2的方法，其中調制的多個階范圍是從正交相移鍵控到2n正交幅度調制。
4.如權利要求1的方法，其中多個數據組中的每一組關聯于已安排要傳輸的獨特分組，并且較低的調制階用于具有較高優先級的那些分組。
5.如權利要求1的方法，其中根據自動重發請求協議提供反饋。
6.如權利要求1的方法，其中根據混合式自動重發請求協議提供反饋。
7.如權利要求1的方法，其中反饋表示那些不可恢復的調制階。
8.如權利要求1的方法，其中反饋表示那些可恢復的調制階。
9.如權利要求1的方法，其中反饋表示那些可恢復的數據組。
10.如權利要求1的方法，其中反饋表示那些不可恢復的數據組。
11.如權利要求的方法，其中重發的數據被穿插到正被發送的數據中。
12.如權利要求1的方法進一步包括，根據反饋控制多個調制階中的最高調制階。
13.一種輔助與基站通信的方法，其中基站將多個數據組關聯于相應的多個調制階從而形成數據，其中使較重要的數據組關聯于較低的調制階，并且不太重要的數據組關聯于較高調制階并采用最高階調階發送該數據，所述方法包括a)嘗試以多個調制階中的每一個調制階接收數據；b)產生指示未接收數據的反饋；以及c)將該反饋發送到基站，以便允許基站根據該反饋識別未接收數據并且重發未接收的數據。
14.如權利要求13的方法，其中調制為正交幅度調制。
15.如權利要求14所述的方法，其中多個調制階的范圍從正交相移鍵控到2n正交幅度調制。
16.如權利要求13所述的方法，其中多個數據組中的每一組關聯于已安排要傳輸的獨特分組，并且較低的調制階用于那些具有較高優先級的分組。
17.如權利要求13的方法，其中根據自動重發請求協議提供反饋。
18.如權利要求13的方法，其中根據混合式自動重發請求協議提供反饋。
19.如權利要求13的方法，其中反饋表示那些不可恢復的多個調制階。
20.如權利要求13的方法，其中反饋表示那些可恢復的多個調制階。
21.如權利要求13的方法，其中反饋表示那些可恢復的數據組。
22.如權利要求13的方法，其中反饋表示那些不可恢復的數據組。
23.如權利要求13的方法進一步包括，根據歷史性能確定多個調制階中的最高階并且向基站傳輸指示多個調制階中的最高階的信息。
24.一種輔助與移動終端通信的裝置，包括控制電路，接收電路以及發送電路它們相互合作地用于a)將多組數據關聯于多個調制階以便形成數據，其中使較重要的數據組關聯于較低的調制階而不太重要的數據組關聯于較高調制階；b)采用最高調制階來傳輸數據；c)接收來自移動終端的反饋，該反饋指示移動終端未接收到的數據；由根據該反饋識別未接收的數據；以及e)重發未接收的數據。
25.如權利要求24的裝置，其中調制為正交幅度調制。
26.如權利要求25的裝置，其中多個調制階的范圍從正交相移鍵控到2n正交幅度調制。
27.如權利要求24的裝置，其中多個數據中的每一數據組關聯于已安排要傳輸的獨特分組，并且較低的調制階用于那些具有較高優先級的分組。
28.如權利要求24的裝置，其中根據自動重發請求協議提供反饋。
29.如權利要求24的裝置，其中根據自動重發請求協議提供反饋。
30.如權利要求24的裝置，其中反饋表示那些不可恢復的多個調制階。
31.如權利要求24的裝置，其中反饋表示那些可恢復的多個調制階。
32.如權利要求24的裝置，其中反饋表示那些可恢復的數據組。
33.如權利要求24的裝置，其中反饋表示那些不可恢復的數據組。
34.如權利要求24的裝置，其中重發的數據被穿插到正被傳輸的數據中。
35.如權利要求24的裝置，其中控制系統根據反饋進一步控制最高調制級。
36.一種輔助與基站通信的裝置，其中基站將多個數據組關聯于相應的多個調制階從而形成數據，其中使較重要的數據組關聯于較低的調制階，而不太重要的數據組關聯于較高調制階并采用最高調制階發送該數據，所述裝置包括控制電路，接收電路以及發送電路它們相互合作地用于a)嘗試以各個調制階中的每一個調制階接收數據；b)產生指示未接收數據的反饋；以及c)將該反饋發送到基站，以便允許基站根據該反饋識別未接收的數據并且重發該未接收的數據。
37.如權利要求36的裝置，其中調制為正交幅度調制。
38.如權利要求37的裝置，其中多個調制階的范圍從正交相移鍵控到2n正交幅度調制。
39.如權利要求36的裝置，其中多個數據組中的每一數據組關聯于已安排要傳輸的獨特分組，并且較低的調制階用于那些具有較高優先級的分組。
40.如權利要求36的裝置，其中根據自動重發請求協議提供反饋。
41.如權利要求36的裝置，其中根據混合式自動重發請求協議提供反饋。
42.如權利要求36的裝置，其中反饋表示那些不可恢復的多個調制階。
43.如權利要求36的裝置，其中反饋表示那些可恢復的多個調制階。
44.如權利要求36的裝置，其中反饋表示那些可恢復的數據組。
45.如權利要求36的裝置，其中反饋表示那些不可恢復的數據組。
46.如權利要求36的裝置進一步包括，根據歷史數據確定各個調制階中最高調制階并且向基站傳輸指示各個調制階中最高調制階的信息。
全文摘要
本發明提供一種用于傳輸信道總是超負荷傳輸數據的無線通信系統中的獨特的反饋系統，以一個調制的可選階對該反饋系統進行配置和調制。基于該信道條件，只有一部分數據可以被成功地接收。同樣，該接收機將嘗試采用對應于調制的不同級別且用于編碼傳輸的數據的解調技術來接收數據。接收機將確定恢復的數據或者當數據被恢復時調制的最高階，并且向發射機提供反饋。發射機然后重發該未正確接收的數據。通過使信道一直超載，能夠使在信道上傳輸的數據的最大量被優化而不要求或者嚴重地依賴于向發射機反饋的信道條件信息的接收機。
文檔編號H04L1/18GK1513240SQ02811323
公開日2004年7月14日 申請日期2002年6月5日 優先權日2001年6月5日
發明者P·朱, P 朱, W·童, 羅耶, C·C·羅耶 申請人:北方電訊網絡有限公司