專利名稱：在ofdm(a)通信和相應系統中的信道質量評估方法
技術領域：
概括地說，本發明涉及通信技術。具體地說，本發明的實施例通過使 用正交頻分多路復用(OFDM)來確定信號傳輸特性。
背景技術：
現代的無線通信系統常常依賴于OFDM和正交頻分多址接入 (OFDMA)(它們在本文通稱為OFDM (A))技術的優點。具體地，無線 技術通常執行電氣電子工程師協會(正EE)標準，例如用于無線城域網 (WMAN)的正EE 802.16標準，包括用于局域網和城域網的正EE 802.16e IEEE標準一第16部分固定寬帶無線接入系統的空中接口一在執照頻帶 中組合式固定和移動操作的物理和介質訪問控制層，2004。
OFDM (A)通信的優點之一是使用鏈路自適應(LA)的能力，其中 可根據信號傳輸環境來調節調制、編碼和其它信號或協議參數。在噪聲限 制環境中和干擾限制環境中，快速鏈路自適應方法大大提高了OFDM (A) 系統的吞吐量和數據分組差錯率(PER)性能。已知用于OFDM (A)系統 的幾個快速鏈路自適應方法一其中大部分基于信道質量指示符(CQI)的某 些計算。在OFDM (A)中的快速和可靠的鏈路自適應取決于在整個信道環 境范圍中保持精確的信道質量的測量。
在所附附圖中通過示例而非限制性說明來示出本發明的各個實施例， 其中-
圖1是示出用來預備進行傳輸的OFDM (A)信號的方案的框圖。 圖2是示出OFDM (A)信號的副載波的頻率圖。 圖3是示出基于接收的OFDM (A)信號來確定信道質量指示符的系統 框圖。
7圖4a是示出根據本發明的一個實施例計算的OFDM (A)副載波信道 容量陣列的圖表。
圖4b是示出根據本發明的一個實施例計算的OFDM (A)副載波"比 特"容量陣列的圖表。
圖4c是示出根據本發明的一個實施例計算的解交織的OFDM (A)副 載波"比特"容量陣列的圖表。
圖4d是示出解交織的OFDM (A)副載波"比特"容量陣列的移動平 均數計算的圖表。
圖4e是示出根據本發明的一個實施例確定信道質量指示符(CQI)的 圖表。
具體實施例方式
本文描述了在無線通信中評估信號特征的技術和架構。出于解釋的目 的，為了對本發明有一個徹底的理解，給出了大量具體的細節。然而，對 本領域普通技術人員來說不使用這些具體細節來實施本發明也是顯然的。 在其它實例中，為了避免混淆對本文的理解，以框圖形式示出結構和設備。
本說明書所涉及的"一個實施例"或者"實施例"是指，結合實施例 描述的特定的特征、結構或者特點至少包括在本發明的一個實施例中。因 此，在本說明書的多個地方出現的短語"在一個實施例中"不一定全部針 對相同的實施例。
根據對計算機存儲器中的數據比特的操作的算法和符號表示，下文提 出具體實施方式
的某些部分。這些算法的描述和表示是通信領域的普通技 術人員使用的手段，用于最有效地向本領域其它普通技術人員傳達他們的 工作內容。本文的算法通常是指得到期望結果的步驟的自相容序列。這些
步驟包括物理量的物理操作。通常(盡管不是必要的)，這些量采用能夠進 行存儲、傳輸、結合、比較或者處理的電信號或磁信號的形式。出于公共 使用的原因，己經證實將這些信號表示為比特、值、元素、符號、字符、 術語、數字等等有時是方便的。
然而，應當理解，所有這些和類似術語與適當物理量關聯，并且僅是 應用于這些量的方便標記。除非特別指明，否則，從以下描述明顯可知的
8是，在整個說明書中，使用(例如)"處理"、"計算"、"運算"、"確定"、"顯 示"等術語的論述指的是計算機系統或類似電子計算設備的動作和過程， 上述計算機系統或類似設備將在計算機系統的寄存器和存儲器內表示成物 理(電子)量的數據進行操作并轉換成在計算機系統的寄存器或存儲器或 其它信息存儲、傳送或顯示設備內類似表示成物理量的其它數據。
本發明還涉及用于執行本文所述操作的裝置。該裝置可以出于所需目 的來特別構成，或者其可包括通過計算機中存儲的計算機程序選擇性激活 或重新配置的通用計算機。這種計算機程序可存儲在計算機可讀存儲介質
中，例如但不限于，包括軟盤、光盤、CD-ROM和磁光盤的任一類型的盤、 只讀存儲器(ROM)、隨機存取存儲器(RAM)、 EPROM、 EEPROM、磁 卡或光卡、適用于存儲電子指令的任一類型介質，其中每個介質都耦合至 計算機系統總線。
本文提出的算法和顯示內容并非固有地涉及任一特定計算機或其它裝 置。可根據本文公開的內容使用具有多個程序的各種通用系統，或者構建 多個專用裝置來執行所需方法的步驟是方便的。用于多種這樣的系統的所 需結構在以下說明書中進行描述。此外，本發明不是參照任意特定編程語 言來描述的。可以理解的是，可使用各種編程語言來實現本文所述的本發 明的公開內容。
本發明的實施例用于確定在OFDM (A)通信系統的各個鏈路自適應方 法中使用的CQI。本發明的實施例適用于WMAN正EE 802.16系統，這些 系統在本文中用于舉例說明。基于本文所述方法確定的CQI，實現LA方案 的OFDM (A)收發器可導出與信道質量相關的其它信息，以適應性選擇用 于數據傳輸的調制編碼方案(MCS)。
圖1是示出用于發送OFDM (A)信號的下行鏈路發射機100的框圖。 數據101通過下行鏈路發射機100在隨機數發生器102接收到。然后，將 隨機化的信號發送到前向糾錯(FEC)編碼器103，然后發送到交織器104。 然后，將這種經過交織的信號傳送至符號映射器105，以執行FEC數據的 比特-符號映射。然后，將經過映射的符號與前導符號和導頻符號(未示出) 一起傳送至預轉換設備106和OFDMA生成器(formulator) 107，用于在傳 輸之前將信號進行線性轉換和OFDM生成。然后，通過發射天線108發送最終的輸出信號。根據一個實施例，發射天線108的輸出OFDM (A)信號 是如下類型被接收和評估用于確定CQI。圖1示出用于預備這種類型的 OFDM(A)信號的一個方案。本發明不限于用于預備進行傳輸的這種OFDM (A)信號類型的方案的情形。
圖2示出在頻域201中由實現一個實施例的系統或設備接收和分析的 OFDM (A)信號類型。在各個實施例中，根據IEEE802.16e標準對接收的 信號格式化。在通過防護帶202、 206定界的OFDM (A)信道200中接收 該信號。在頻域中，將給定OFDM符號的副載波分成多個子信道組203、 204、 205。屬于給定子信道的副載波可以彼此鄰近，也可以彼此不鄰近。 局部化的子信道是在頻域中具有鄰近副載波的一種子信道。具有非鄰近副 載波的分布式子信道可提供頻率分集以保護傳輸。可使用各種子信道配置。 在典型實施方式中，在接收器端將OFDM (A)信號與接收器固有的噪 聲相混合。還可以在接收器端，將OFDM (A)信號與來自相鄰BS或其它 OFDM (A)發射機的直接干擾和多徑干擾兩者相混合。在這些情況下，用 于鏈路自適應的MCS的成功選擇部分地取決于信道的信號差錯率的精確預 測，例如時隙差錯率(SLER)和分組差錯率(PER)。通常，鏈路自適應技 術基于測量值或系統模型數據來選擇MCS或其它無線通信參數，這些技術 將給定差錯率與帶來最大產量的通信模式相關聯同時保持在差錯率目標范 圍內。差錯率信息的有用性取決于在整個信道環境范圍中保持精度的信道 質量的測量。各個實施例通過將在移動窗口中計算的平均副載波容量的最 小值用作信道質量指示符，提供用于OFDM (A)接收機的SLER/PER預
測的改善精度。這種"最小-平均"容量值Cmm,ndw在使用巻積碼的系統中、
在正EE 802.16標準下的強制編碼方案中提供尤其精確的SLER/PER預測。 根據本文所述的方法計算Cmmwndw。
圖3示出用于實現一個實施例的系統或設備300。在各個實施例中，系 統或設備可實現為軟件、軟件模塊、應用程序、程序、子例程、指令集、 計算代碼、字詞、數值、符號或其組合。系統或設備可根據用于指示處理 器執行某個功能的預定計算機語言、方式或語法來實現。計算機語言的實 例可包括C、 C++、 Java、 BASIC、 Perl、 Matlab、 Pascal、 Visual BASIC、 匯編語言、機器碼、用于網絡處理器的微碼等。在其他實施例中，可使用200680055685.3 件指令或與軟件指令組合來實現本發明。因此，本發明 不限于硬件電路和軟件指令的任意特定組合。
在各個實施方式中，系統或設備300可形成多載波系統的一部分，例 如用于將多個數據流傳送至多個天線的多輸入多輸出(MIMO)系統。在這 種實施例中，無線通信媒體可包括用于傳送多個多載波通信信號的一個或 多個多載波通信信道。例如，多載波信道可包括含有多個子信道的寬帶信 道。本發明的實施例不限于此。
系統或設備300可形成網絡的一部分。網絡可以是各種OFDM (A)網 絡中的任一種，例如與正EE 802.16e標準相兼容的一種網絡、全球微波接 入互操作性(WiMAX)網絡、寬帶無線接入(BWA)網絡、無線局域網 (WLAN)、無線廣域網(WWAN)、無線城域網(WMAN)或無線個域網 (WPAN)。系統或設備300可根據一個或多個標準(例如由電氣電子工程 師協會(IEEE)公布的標準)來傳送信息。例如，在各個實施例中，系統 或設備300根據一個或多個正EE 802標準(包括用于WLAN的正EE 802.11g (發行日2003年6月)和/或用于WMAN的802.16標準(例如 802.16-2004、 802.16.2-2004和變型))來傳送信息。
例如，系統或設備300包括諸如BWA網絡之類的無線網絡或通過諸如 BWA網絡之類的無線網絡來實現。在各個實施方式中，可安排無線網絡根 據一個或多個正EE 802.16標準來運行。在各個實施例中，無線網絡包括 802.16e網絡，其根據包括用于局域網和城域網的IEEE802.16e標準來運行 一第16部分固定寬帶無線接入系統的空中接口一在執照頻帶中組合式固 定和移動操作的物理和介質訪問控制層，2004。本發明的實施例不限于此。
系統或設備300示出根據本發明一個實施例的信道質量指示符的計算。 將系統或設備300中接收到的OFDM數據塊301作為解多路復用器302的 輸入。這個OFDM塊通過耦合至系統或設備300的基本全向天線接收到。 OFDM數據塊包括多個多路復用的副載波分量S, 303、 S2304...SN305。解 多路復用器302將數據塊301分成構成數據塊301的多個副載波信號S, 303、 S2 304...SN305。將每個副載波信號Si 303、 S2 304...SN 305發送至對 應的容量計算器306、 307、 ...308，它們隨后輸出副載波容量值d 309、 C2 310、 ...CN311的陣列。在本文中，作為另一種選擇，"陣列"可描述為
ii有序集一在這種情況下，基于副載波頻率的頻域階數來排序。通過相應復制器312、 313、 ...314發送副載波容量值d 309、 C2310、 ...CN311。通過在發射機端上預備用于發送的數據塊時使用的調制方案來確定副載波容量 值陣列中元素的復制。每個復制器將用于表示相應輸入副載波容量值的多 個等同"比特"容量值提供為輸出。在各個實施例中，任一個比特容量值 與相應的輸入副載波容量值相同。由每個復制器312、 313、 ...314提供的 經過復制的比特容量值的數目取決于用來創建數據塊301的調制階數。將復制器312、 313、 ...314的輸出輸入至解交織器315，作為比特容量 值的有序陣列。在本發明的實施例中，解交織器315使得用于形成數據塊 301的交織操作反向。將產生的解交織比特容量值序列輸入至移動平均數計 算器316，其利用用于抽樣的預定窗口大小來計算經過解交織的序列的移動 平均數。窗口大小的選擇通過用于生成接收數據信號的方案和/或通過鏈路 自適應方法的期望速度和精度來限定。作為另一種選擇，移動平均數已知 為移動平均值。將產生的移動平均值序列輸入至最小值檢測器317，其確定 作為輸出318發送的容量值的最小移動平均值Cmmwndw。在不同的實施例 中，可使用單個計算代理基于副載波容量值d 309、 C2310、…CN311來確定輸出Cmm—wndw318。然后，例如通過MCS選擇器319將輸出Cmmwndw318用于鏈路自適應技術的選擇。圖4A至圖4E示出根據一個實施例執行的計算結果。在這個實施例中， BS通過使用接收移動單元已知的一組副載波來發送由一個或多個數據塊組 成的數據分組。移動單元使用接收數據塊的信號特征來計算信道質量指示 符Cmm_wndw，以評估信道環境并選擇在該環境中用于發送隨后數據分組的 MCS。圖4A示出用于發送由移動單元接收的數據塊的副載波的副載波容量 陣列。圖表400包括用于發送數據塊的副載波容量域402，其是根據這些副 載波容量在頻域中的階數來排列的。在不同的實施例中，對副載波進行局 部化。該圖表還包括容量值401的范圍，其中給定容量值是無單位數。在 本發明的這個實施例中，基于香農公式計算出給定副載波的容量C: (1) C=log2(l+SINREff)其中SINREff是對于給定副載波的瞬時后處理信號與干擾加噪聲比。后12處理表示這個SINREff值是在進行所有必需處理(例如最大比率組合或Alamouti解碼)以改善給定副載波的信號與干擾加噪聲比之后計算出的。 圖中示出示例性副載波容量值403。圖4B示出副載波容量陣列到比特容量值陣列的轉換。圖表404包括比 特容量域408和容量值范圍407，其中給定比特容量值是無單位數。這種轉 換將副載波容量陣列中的每個元素擴展為多倍的陣列元素，其中倍數通過 用于預備進行傳輸的數據塊的OFDM調制的調制階數來確定。對于簡化的 實例，如果在具有副載波容量值陣列[1.23， 2.45， 0.37， 4.28]的4個副載波 上接收到正交相移鍵控(QPSK)調制數據塊，則由于QPSK調制的調制階 數是2，所以產生的比特容量值陣列是[1.23， 1.23， 2.45， 2.45， 0.37， 0.37， 4.28， 4.28]。在這個實例中，對于與具有容量值403的副載波對應的一組副 載波"比特"406，副載波容量值403被復制作為一組比特容量值405 (包 括示例性比特容量值409)。圖4C示出圖4B中的比特容量陣列的解交織。交織(解交織)是在數 據塊的編碼之后(解碼之前)的普通比特混合過程，用以在頻率選擇信道 中獲得額外的寬帶通信系統魯棒性。交織(解交織)是通常在指定通信系 統的標準中定義的過程。對于正EE 802.16系統，所使用的比特解交織器是 塊解交織器。在塊解交織過程中，首先將比特讀入:NUxNr。w維陣列中。在 正EE 802.16的實例中，Nc。尸16， Nrow=NCBPB/Ncol，其中NCBPB是每個FEC 塊的編碼比特數。首先逐列地將比特讀入Ne。pc:NUv陣列中，然后將其逐行 地從Ne。pcN,陣列讀出。解交織過程的選擇是特定實施方式。圖4C中具有 比特容量域411和容量值范圍413的曲線圖412示出比特容量409沿著解 交織比特容量值的域411從其初始位置到解交織位置410的移動。根據用于在BS預備進行傳輸的數據塊的方案，本發明的各個實施例包 括一個或多個附加過程，以用作在所述預備方案中的相反操作。本發明不 限于增加的這些附加過程，它們并沒有在圖4A-4E中所示的實例中示出。圖4D示出解交織比特容量值的移動平均數的計算。圖4D的圖表420包括比特容量域414和比特容量值范圍426，其中給 定的比特容量值是無單位數。移動平均數將抽樣范圍415的大小設置為L， 并且當抽樣范圍416沿著域413移動到另一位置418時，在域417的一部13分中計算解交織比特容量值的平均值，其中對域419的另一部分計算移動 平均值。對于本發明的不同實施例，作為另一種選擇，已知為窗口大小的抽樣 大小應該與用來預備進行傳輸的數據塊的巻積編碼器的某些參數相關聯。 例如，在一個實施例中，巻積編碼器的約束長度確定出在計算移動平均值 時使用的窗口大小。對于IEEE 802.16系統，等于14的窗口大小(即IEEE 802.16的巻積編碼器的約束長度的兩倍)使得C^ndw可靠。圖4E示出解交織比特容量值的移動平均值中的最小值的確定。圖4E 的圖表425包括副載波比特域421和運行平均數容量值范圍424，其中給定 的運行平均數容量值是無單位數。很容易識別最小值423，其沿著域421位 于422處，其是信道質量指示符Cmmwndw。一旦被識別出，可使用信道質量指示符Cmm_wndw來選擇用于發送OFDM (A)信號的MCS。在本發明的不同實施例中，信道質量指示符Cmm—wndw 用于確定在OFDM (A)信道中副載波的工作帶，或調節在OFDM (A)信 道中副載波集的發射功率級。本發明不限于此。盡管已經通過幾個實施例描述了本發明，但是本領域普通技術人員可 以認識到，本發明不限于所述實施例，在所附權利要求的精神和范圍內的 修改和改變是可以實現的。因此，說明書應該理解為示例性的，而不是限 制性的。
權利要求
1、一種方法，包括確定正交頻分多路復用(OFDM)通信信道的副載波的一組有序的容量值；選擇抽樣大小以確定該組有序的容量值的移動平均數；基于所選擇的抽樣大小，確定一組有序的平均容量值，該組有序的平均容量值表示該組有序的容量值的移動平均數；實質上基于該組有序的平均容量值識別出所述OFDM通信信道的信道質量指示符(CQI)。
2、 如權利要求l的方法，其中，所述OFDM通信信道符合電氣電子 工程師協會(正EE) 802.16標準。
3、 如權利要求l的方法，其中，確定一組有序的容量值包括-經由所述OFDM通信信道的副載波來接收副載波信號，所述副載波信號包括發送信號、信號干擾和信號噪聲；實質上基于所述副載波信號的信號與干擾噪聲比(SINR)來計算所述 副載波的容量值，所述SINR包括所述發送信號的強度除以所述信號干擾和 信號噪聲的組合強度。
4、 如權利要求3的方法，其中，確定該組有序的容量值還包括基于 所述副載波在頻域中的階數對所述容量值進行排序。
5、 如權利要求4的方法，其中，確定該組有序的容量值還包括基于 所述副載波信號的調制階數向該組有序的容量值中添加多個容量值，并對 該組有序的容量值進行解交織。
6、 如權利要求l的方法，其中，識別所述CQI包括從該組有序的 平均容量值中選擇最小值。
7、 如權利要求l的方法，還包括基于所述CQI來選擇用于信號傳輸的鏈路自適應參數。
8、 如權利要求7的方法，其中，所述鏈路自適應參數是調制編碼方案 (MCS)。
9、 一種裝置，包括信號處理器，用于確定OFDM通信信道的副載波容量值；計算代理，用于根據所述副載波容量值來確定一組有序的容量值，選擇抽樣大小以確定該組有序的容量值的移動平均數；所述計算代理還基于所選擇的抽樣大小，確定一組有序的平均容量值， 該組有序的平均容量值表示該組有序的容量值的移動平均數；所述計算代理還實質上基于該組有序的平均容量值來識別所述OFDM 通信信道的CQI。 '
10、 如權利要求9的裝置，其中，所述OFDM通信信道符合IEEE 802.16標準。
11、 如權利要求9的裝置，其中，確定OFDM通信信道的副載波容量 值包括經由所述OFDM通信信道的副載波來接收副載波信號，所述副載波信 號包括發送信號、信號干擾和信號噪聲；實質上基于所述副載波信號的SINR來計算所述副載波容量值，所述 SINR包括所述發送信號的強度除以所述信號干擾和信號噪聲的組合強度。
12、 如權利要求11的裝置，其中，確定該組有序的容量值包括基 于所述副載波在頻域中的階數對所述容量值進行排序。
13、 如權利要求12的裝置，其中，確定該組有序的容量值還包括基于所述副載波信號的調制階數向該組有序的容量值中添加多個容量值， 并對該組有序的容量值進行解交織。
14、 如權利要求9的裝置，其中，識別所述CQI包括從該組有序的 平均容量值中選擇最小值。
15、 如權利要求9的裝置，還包括基于所述CQI選擇用于信號傳輸的MCS。
16、 一種系統，包括基本全向天線，用于在OFDM通信信道的一個或多個副載波上接收信號；信號處理器，用于確定所述OFDM通信信道的所述一個或多個副載波 的容量值；計算代理，用于根據副載波容量值來確定一組有序的容量值，選擇抽 樣大小以確定該組有序的容量值的移動平均數；所述計算代理還基于所選擇的抽樣大小，確定一組有序的平均容量值， 該組有序的平均容量值表示該組有序的容量值的移動平均數；所述計算代理還實質上基于該組有序的平均容量值來識別所述OFDM 通信信道的CQI。
17、 如權利要求16的系統，其中，所述OFDM通信信道符合IEEE 802.16標準。
18、 如權利要求16的系統，其中，確定OFDM通信信道的副載波的 容量值包括經由所述OFDM通信信道的副載波來接收副載波信號，所述副載波信 號包括發送信號、信號干擾和信號噪聲；實質上基于所述副載波信號的SINR來計算所述副載波的容量值，所述 SINR包括所述發送信號的強度除以所述信號干擾和信號噪聲的組合強度。
19、 如權利要求18的系統，其中，確定該組有序的容量值包括基 于所述副載波在頻域中的階數對所述容量值進行排序。
20、 如權利要求19的系統，其中，確定該組有序的容量值還包括基于所述副載波信號的調制階數向該組有序的容量值中添加多個容量值， 并對該組有序的容量值進行解交織。
21、 如權利要求16的系統，其中，識別所述CQI包括從該組有序的平均容量值中選擇最小值。
22、 如權利要求16的系統，還包括 基于所述CQI選擇用于信號傳輸的MCS。
23、 一種提供指令的機器可讀介質，當通過具有一個或多個處理器的一組處理器執行所述指令時使得該組處理器執行一種方法，所述方法包括 確定OFDM通信信道的副載波的一組有序的容量值； 選擇抽樣大小以確定該組有序的容量值的移動平均數； 基于所選擇的抽樣大小，確定一組有序的平均容量值，該組有序的平均容量值表示該組有序的容量值的移動平均數；實質上基于該組有序的平均容量值來識別所述OFDM通信信道的CQI。
24、 如權利要求23的機器可讀介質，其中，所述OFDM通信信道符 合IEEE 802.16標準。
25、 如權利要求23的機器可讀介質，其中，確定一組有序的容量值 包括經由所述OFDM通信信道的副載波來接收副載波信號，所述副載波信 號包括發送信號、信號干擾和信號噪聲；實質上基于所述副載波信號的SINR來計算所述副載波的容量值，所述 SINR包括所述發送信號的強度除以所述信號干擾和信號噪聲的組合強度。
26、 如權利要求25的機器可讀介質，其中，確定該組有序的容量值 還包括基于所述副載波在頻域中的階數對所述容量值進行排序。
27、 如權利要求26的機器可讀介質，其中，確定該組有序的容量值 還包括基于所述副載波信號的調制階數向該組有序的容量值中添加多個 容量值，并對該組有序的容量值進行解交織。
28、 如權利要求23的機器可讀介質，其中，識別所述CQI包括從 該組有序的平均容量值中選擇最小值。
29、 如權利要求23的機器可讀介質，所述方法還包括基于所述CQI 選擇用于信號傳輸的MCS。
全文摘要
本發明提供了一種方法和裝置，用于確定要在正交頻分多路復用(OFDM)通信的鏈路自適應中使用的信道質量指示符(CQI)。在本發明的一個實施例中，CQI取決于接收的OFDM信號中的副載波分量的一組容量值。在另一個實施例中，來自該組容量值的運行平均數中的最小值用于確定CQI。
文檔編號H04L1/20GK101507217SQ200680055685
公開日2009年8月12日 申請日期2006年9月29日 優先權日2006年9月29日
發明者A·A·馬爾采夫, A·E·魯布佐夫, A·V·普德耶夫, A·V·達維多夫, S·A·蒂拉斯波爾斯凱 申請人:英特爾公司