Способ и модуль передачи для адаптивного кодирования, модуляции и передачи информационных слов в системе беспроводной связи
Изобретение относится к способам и модулям передачи для кодирования, модуляции и передачи информационных слов. При передаче данных из модуля передачи в модуль приема по каналу в системе беспроводной связи наблюдалось, что имеются собственные потери пропускной способности для канала, испытывающего высокую вариацию качества канала по его частотному диапазону, для чего предлагается: оценивать (301) качество каждого подканала соответствующего канала; классифицировать (302) подканалы на несколько групп качества, основываясь на оцененном качестве; и выбирать (303) частоту кода на группу качества. Затем упомянутая выбранная частота кода на группу качества используется, когда информационное слово, которое должно передаваться, кодируется (304), при этом подканалы группируют на ограниченное число групп, например, от одной до четырех групп, в зависимости от вариации качества канала, Технический результат - обеспечение высокой пропускной способности с минимумом затрат на передачу сигналов в форме дополнительной служебной информации. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к способам и модулям передачи для кодирования, модуляции и передачи информационных слов в системе беспроводной связи и, более конкретно, относится к кодированию, модуляции и передаче информационных слов в приемник по каналу так, чтобы достигалась высокая пропускная способность канала связи.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Данные, которые должны передаваться из передатчика в приемник в системе связи, в основном кодируются и модулируются перед тем, как передаваться по линии связи между передатчиком и приемником.
В системах беспроводной связи линия связи между передатчиком и приемником представляет собой беспроводную линию связи. Далее в настоящем документе эта линия связи называется каналом. Для передачи данных канал использует некоторый интервал частот. Канал может делиться на подканалы, причем для передачи данных каждый подканал использует некоторую долю интервала частот. Данные кодируются и модулируются перед тем, как передаваться по каналу. В системах связи, в основном, используется одна схема модуляции и кодирования для кодирования и модуляции всех данных, которые должны передаваться по линии связи от передатчика к приемнику в пределах некоторого периода времени, называемого, например, интервал времени прохождения сигнала (TTI), или временной кадр.
В системах беспроводной связи, таких как GSM (глобальная система мобильной связи), W-CDMA (широкополосная система множественного доступа с кодовым разделением каналов), CDMA2000 (система множественного доступа с кодовым разделением каналов 2000), WiMAX и т.д., качество канала по интервалу частот может варьироваться гораздо больше, чем качество линии связи в фиксированных системах связи. В результате закодированное информационное слово будет обычно передаваться по подканалам, имеющим различное качество. Качество канала может оцениваться посредством измерения отношения сигнала к помехам и к шуму (SINR) по интервалу частот. Для широкополосных беспроводных систем канал охватывает широкий частотный диапазон, то есть интервал частот является широким. Следовательно, вариация качества канала по всему интервалу частот внутри TTI интервала обычно бывает выше, чем в узкополосных системах.
По этой причине широко используется адаптация канала, в результате чего схема модуляции и кодирования динамически выбирается для канала в соответствии с состоянием канала, например качеством канала. Указанная процедура осуществляется, например, в технологиях высокоскоростного спутникового пакетного доступа (HSDPA) или множественного доступа с кодовым разделением каналов только для эволюционных данных (CDMA EV-DO). Технология CDMA EV-DO является 1-ым шагом CDMA2000 эволюции с некоторыми каналами только для служебных данных. В существующих системах беспроводной связи адаптация каналов традиционно рассчитывается так, что на один TTI интервал или временной кадр для канала используется один режим модуляции и одна частота кода. То есть, чтобы кодировать и модулировать данные на все подканалы, используемые для передачи на один TTI интервал, используется один и тот же режим модуляции и одна и та же частота кода.
При передаче данных по каналу важно достигать высокой пропускной способности по каналу для некоторого уровня передачи мощности.
Имитационное моделирование, выполненное авторами, показывает, что имеются собственные потери пропускной способности для канала, испытывающего высокую вариацию качества канала. Согласно результатам имитационного моделирования, если канал испытывает высокую вариацию качества канала, то есть необходимость более низкой однородной частоты кода, чем если канал испытывает низкую вариацию качества канала. Или если, по-другому, чем больше вариация качества, тем более высокая мощность передачи нужна для достижения такой же заданной частоты блоков с ошибками (BLER). Указанные результаты имитационного моделирования показаны на диаграмме фиг.1. В имитационном моделировании, каждый подканал одного канала может принимать либо первое, либо второе состояние отношения сигнал/шум (SNR). Иллюстративные цифры даны в виде SNR отношения, поскольку они представляют собой результаты имитационного моделирования линии связи или результаты имитационного моделирования одной сотовой зоны, где SNR отношение равно SINR. Кривые на диаграмме показывают требуемое усредненное SNR отношение и соответствующую частоту кода для достижения некоторой BLER частоты. Каждая кривая соответствует некоторому смещению в дБ между двумя состояниями SNR отношения. Как можно видеть на фиг.1, для некоторого усредненного SNR отношения необходима более низкая частота кодирования для достижения такой же BLER частоты, когда два SNR состояния широко разнесены по сравнению с тем, когда они более близки друг к другу. Например, когда два состояния имеют одинаковый уровень, то есть смещение 0 дБ (кривая 0 дБ), частота кодирования должна быть 0,9 для усредненного уровня SNR отношения 8 дБ, но когда два состояния смещены на 30 дБ (см. кривые 30 дБ, то есть кривая самая дальняя на диаграмме), но по прежнему используется усредненный уровень SNR отношения 8 дБ, то частота кодирования должна быть 0,43. Наоборот, когда два состояния смещены на 0 дБ и используется частота кодирования 0,43, то для достижения такой же BLER частоты должен использоваться усредненный уровень SNR отношения 8 дБ, сравнимый с усредненным уровнем SNR отношения 8 дБ для случая смещения на 30 дБ и с такой же частотой кодирования 0,43.
Чтобы далее дать некоторые понятия влияния вариации качества канала на пропускную способность канала, на четырех диаграммах фиг.2 приводятся дополнительные результаты имитационного моделирования. Диаграммы фиг.2 показывают нормализованные пропускные способности различных состояний качества канала. На фиг.2 предполагается, что SNR отношение имеет логарифмически нормальное распределение. На верхней левой диаграмме среднеквадратическое отклонение для SNR отношения по каналу составляет 5 дБ, на верхней правой диаграмме оно составляет 10 дБ, на нижней левой диаграмме - 15 Дб, и на нижней правой диаграмме оно составляет 20 дБ. Сплошная линия на каждой диаграмме показывает пропускную способность для совершенной адаптации линии связи, то есть каждому подканалу присваивается индивидуальная схема модуляции и кодирования (MCS), основываясь на ее уровне (или состоянии) SNR отношения. Прерывистая линия на каждой диаграмме показывает пропускную способность для выбора по одной MCS схеме на кадр, то есть когда выбирается одна схема модуляции и кодирования для всех подканалов независимо от уровня SNR отношения. В результатах, полученных имитационным моделированием, для одной MCS схемы и для совершенной адаптации линии связи использовался один и тот же размер кодового блока, так что могут сравниваться способы одной MCS схемы и совершенной адаптации линии связи, независимо от размера блока. Также, не учитывались возможные различия размеров необходимой служебной информации. На фиг.2 была выбрана модуляция из схем модуляции BPSK (двоичная фазовая манипуляция), QPSK (квадратурная фазовая манипуляция), 16QAM (шестнадцатеричная квадратурная амплитудная модуляция), 64QAM (шестидесятеричная квадратурная амплитудная модуляция) как для случая одной схемы, так и для случая совершенной адаптации линии связи. Поскольку для передачи сообщения в приемник того, какая схема модуляции использовалась, нужно было использовать по два бита на один OFDM символ, то нормализованная пропускная способность канала с несколькими состояниями увеличивается от 0 до максимум 6 битов/символ с увеличением математического ожидания SNR отношения в дБ.
Фиг.2 показывает, что когда используется предположение об одинаковом размере блока и одинаковой величине служебной информации, имеется разница в пропускной способности между случаем, когда для всего канала используется одна и та же MCS схема, и случаем, когда для каждого подканала выбирается индивидуальная MCS схема. Фиг.2 также показывает, что разница увеличивается с увеличением вариации канала. То есть, результаты имитационного моделирования показали, что имеется явная возможность для улучшения адаптации линии связи, когда канал значительно варьируется во время одного TTI интервала/кадра. Можно отметить, что разница качества функционирования, показанная на фиг.2, имеет отношение к практическим кодам и размерам кодовых блоков. В идеальном случае правильных кодов и бесконечно больших кодовых блоков можно ожидать, что разница качества функционирования исчезнет, когда используется одинаковый размер блока.
Как показано выше, недостатки выбора по одной MCS схеме на один кадр или TTI интервал включают в себя:
- потери пропускной способности в канале с существенной вариацией качества, поскольку императивная равномерная частота кода и режим модуляции ограничивают пропускную способность для данных, посылаемых по подканалу с высоким качеством (для хороших состояний канала);
- оценка канала более предрасположена к ошибкам для состояний канала с низким качеством. С плохими оценками канала в равномерной адаптации линии связи с MCS схемой, включение состояний низкого качества эффективно вычитает энергию из состояний лучшего качества.
На фиг.1 и 2 показано, что пропускная способность была бы выше, если бы схема модуляции и кодирования могла адаптироваться к уровню качества канала, или к SNR уровню, если предполагаются одинаковые размеры блоков. Тогда можно предположить, что решение должно использовать способ совершенной адаптации линии связи, где MCS адаптация выполняется для каждого канала, в зависимости от его состояния качества. Хотя есть другие недостатки способа совершенной адаптации линии связи:
- качество функционирования или действительная пропускная способность ограничиваются, поскольку кодовые блоки должны быть маленькими, потому что каждая доля информационного слова имеет свою собственную MCS схему. В имитационном моделировании на фиг.2 предполагалось, что в обоих способах был одинаковый размер кодовых блоков, чтобы была возможность сравнивать пропускную способность двух способов, независимо от размера кодовых блоков;
- необходимо слишком много служебных данных, чтобы информировать приемник о MCS схеме, используемой в каждом кодовом блоке.
В целом, когда включается размер кодового блока и размер служебной информации, реальная пропускная способность для способа совершенной адаптации линии связи бывает невысокая.
Также недавно были предложения смешанной модуляции на один TTI интервал/кадр для адаптации линии связи. Такое предложение описано в поставке программного обеспечения стандартизации, представленной в 3GPP TSG RAN WG1 #42 на LTE Rl-050942 в Лондоне 29 августа - 2 сентября 2005 г. от NTT DoCoMo, NEC, SHARP под названием AMC and HARQ Using Frequency Domain Channel-dependent Scheduling in MIMO Channel Transmission. В указанном документе дается адаптация модуляции для каждого участка данных или подканала в зависимости от его состояния или уровня качества. Такая схема вызывает некоторое улучшение качества функционирования, поскольку для подканалов с высоким отношением SINR используется модуляция более высокого порядка, а для подканалов с низким отношением SINR используется модуляция более низкого порядка. Однако схема смешанной модуляции требует значительных затрат на дополнительную передачу сигналов по сравнению со случаем одной MCS схемы, поскольку для каждой доли передаваемого закодированного и модулированного информационного слова необходимо передавать в приемник информацию того, какая схема модуляции использовалась. Если имеется четыре различные схемы модуляции, из которых можно выбирать, то каждая доля закодированного и модулированного информационного слова должна включать в себя два бита, формулирующих используемую схему модуляции.
Как показано выше, существует потребность в достижении высокой пропускной способности по каналу, и имеется возможность для улучшения пропускной способности для канала, испытывающего высокую вариацию качества.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы достичь высокой пропускной способности для данных, передаваемых из модуля передачи в модуль приема по каналу в системе беспроводной связи, причем канал испытывает большую вариацию качества по своему частотному диапазону.
Вышеупомянутая задача решается посредством некоторого способа, модуля передачи и компьютерного программного продукта, сформулированных в отличительной части независимых пунктов формулы изобретения.
Согласно изобретению пропускная способность для канала, испытывающего высокие вариации качества, увеличивается посредством оценивания качества каждого подканала и классификации подканалов на несколько групп качества, основываясь на оцененном качестве каждого подканала, и посредством выбора одной частоты кода для каждой группы качества. Когда кодируется информационное слово, каждая доля информационного слова должна кодироваться в соответствии с выбранной частотой кода в зависимости от того, для какого подканала должна модулироваться доля информационного слова. Качество канала должно оцениваться путем измерения отношения сигнала к помехам и к шуму (SINR) или отношения сигнала к шуму (SNR) по частотному диапазону канала или путем измерения принятой скорости передачи информации в битах на один подканал в модуле приема и передачи результата в модуль передачи.
Результаты имитационного моделирования показали, что пропускная способность, близкая к оптимальной, достигается, когда подканалы канала, испытывающего высокие вариации качества, предпочтительно классифицируются на две, три или четыре группы, если канал испытывает очень высокую вариацию качества, и на две группы, если канал испытывает более умеренную вариацию качества. Также может быть, что все подканалы классифицируются в одну и ту же группу, если канал имеет низкие вариации качества. Хорошее значение для разброса качества канала внутри одной группы составляет разброс 0,3 принятой скорости передачи информации в битах (RBIR).
Преимущество настоящего изобретения состоит в том, что посредством классификации подканалов на группы в зависимости от их уровня качества подканала и посредством выбора одной частоты кода на одну группу пропускная способность канала для некоторой мощности передачи увеличивается по сравнению с использованием постоянной частоты кода.
Еще преимущество настоящего изобретения состоит в том, что может быть достигнуто качество функционирования, подобное таковому при использовании по одной частоте кода на один подканал или одно состояние, но с более низкими затратами на передачу сигналов.
Еще одно преимущество настоящего изобретения состоит в том, что если вариант осуществления настоящего изобретения использует только две, три или четыре различные группы качества, то необходимо только один или два бита для передачи с используемой частотой кода на один кодовый блок, то есть высокая пропускная способность достигается с низкими затратами на передачу сигналов.
Другое преимущество настоящего изобретения состоит в том, что, используя любой из способов, раскрытых в описании для осуществления многих частот кода в пределах одного блока кодирования, дополнительно повышается качество функционирования.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретных вариантов его осуществления со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
фиг.1 изображает диаграмму результатов имитационного моделирования, проведенного изобретателями, диаграмма показывает SNR отношение, требуемое для декодера в приемнике (ось y), для различных частот кодирования (ось x);
фиг.2 показывает различные диаграммы результатов имитационного моделирования пропускной способности по каналу для различных усредненных значений SNR отношения для четырех случаев, когда среднеквадратичное отклонение SNR отношения составляет 5, 10, 15 или 20 дБ;
фиг.3 изображает процедурную блок-схему согласно некоторому варианту осуществления способа настоящего изобретения;
фиг.4 изображает процедурную блок-схему согласно другому варианту осуществления способа настоящего изобретения;
фиг.5 показывает схематическую диаграмму модуля передачи согласно некоторому варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг.6 показывает различные диаграммы результатов имитационного моделирования, сравнивающие различные варианты осуществления настоящего изобретения с уровнем техники, диаграммы показывают пропускную способность по каналу для различных усредненных значений SNR отношения, когда среднеквадратичное отклонение SNR отношения составляет 5, 10, 15 или 20 дБ.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Настоящее изобретение будет описано далее более подробно со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых показаны предпочтительные варианты его осуществления. Однако настоящее изобретение можно осуществить во многих различных формах, и оно не должно трактоваться как ограниченное приведенными здесь вариантами осуществления, скорее упомянутые варианты осуществления обеспечиваются так, чтобы приведенное описание было основательным и полным, и будет полно передавать для специалистов объем настоящего изобретения.
В системах беспроводной связи, особенно для широкополосных систем, и даже, более конкретно, для широкополосных систем, которые являются системами, основанными на мультиплексировании с ортогональным частотным разделением сигналов (OFDM), канал может иметь большую вариацию качества канала по его частотному диапазону, так что закодированное и модулированное информационное слово при передаче будет испытывать состояния канала очень варьирующегося качества канала.
Как видно из результатов имитационного моделирования, проведенного изобретателями, показанных на фиг.1 и 2, имеются собственные потери пропускной способности для канала, испытывающего высокую вариацию качества канала.
Чтобы получить возможность достичь высокой пропускной способности передаваемых данных, даже для канала, испытывающего высокую вариацию качества канала по его частотному диапазону, согласно способу настоящего изобретения предлагается:
оценивать качество каждого подканала;
классифицировать подканалы на несколько групп качества, основываясь на оцененном качестве каждого подканала; и
выбирать некоторую частоту кода на одну группу качества.
После этого информационное слово, которое должно передаваться, кодируется так, что каждая доля информационного слова кодируется в соответствии с выбранной частотой кода в зависимости от того, для какого подканала должна модулироваться доля информационного слова. То есть, подканалы классифицируются на несколько групп в зависимости от их уровней качестве канала. Для каждой группы частота кода выбирается, чтобы максимизировать или почти максимизировать пропускную способность группы. Информационное слово кодируется так, что доли информационного слова, которые должны передаваться по некоторому подканалу, кодируются с частотой кода, выбранной для класса, на который классифицируется этот подканал.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения частота кода для каждой группы может выбираться, чтобы максимизировать или почти максимизировать пропускную способность группы, как если бы группа была постоянным каналом, то есть некоторый канал без вариации. Для оптимальной адаптации линии связи постоянного канала отображение отношения SINR к пропускной способности представляет собой выпуклую кривую. Следовательно, частота кода могла бы выбираться для группы согласно следующей формуле:
Среднее (пропускная способность(SINR_i)) ≥ пропускная способность (среднее[SINR_i]).
Неравенство утверждает, что среднее значение пропускной способности как функции SINR отношения для каждого индивидуального подканала в группе может быть выше, чем пропускная способность как функция среднего значения для всех SINR отношений подканалов в группе. Частота кода на одну группу может выбираться согласно правой части неравенства. Поскольку отношение SINR к пропускной способности представляет собой выпуклую кривую, то чтобы выбрать частоту кода согласно правой части неравенства, должно быть приближение к оптимальному выбору, который так или иначе не может быть слишком оптимистическим. Следовательно, нет риска того, что применяется слишком высокая частота кода (то есть слишком слабое кодирование).
Подобная формула может быть использована для отображения отношения RBIR к пропускной способности. Также могут использоваться другие способы выбора частоты кода на одну группу, чтобы максимизировать пропускную способность группы.
Классифицируя подканалы на группы качества и выбирая частоту кода для всех подканалов класса, можно выбрать частоту кода, подходящую для каждого подканала, сравнимую со случаем, когда используется выбор однородной MCS схемы, что может повысить качество функционирования. В то же время размер кодовых блоков может поддерживаться большим. Также, особенно если число групп поддерживается низким, то только небольшое число битов необходимо для передачи сообщения в приемник о выбранной частоте кода. В целом, пропускная способность канала увеличится по сравнению с использованием одной MCS схемы для всего канала. Также, поскольку служебная информация может поддерживаться низкой, пропускная способность должна быть выше по сравнению со случаем, когда для каждого подканала должны использоваться индивидуальные MCS схемы. Результаты имитационного моделирования показали, что лучшим выбором являются две, три или четыре различные группы качества, потому что, как видно в результатах имитационного моделирования, показанных на фиг.6, пропускная способность должна быть высокой, и также дополнительные служебные данные передачи сигналов могут поддерживаться низкими. Например, если выбираются только две группы, то для передачи сообщения в модуль приема о выбранной частоте кода необходим только один дополнительный бит на кодовый блок. Оптимальное число групп должно зависеть от вариации качества канала: чем выше вариация качества канала, тем выше оптимальное число групп качества. Для очень высокой вариации качества канала оптимум должен быть до четырех групп, поскольку выбор лучшей частоты кода должен увеличивать пропускную способность более чем дополнительный бит служебных данных должен снизить пропускную способность. С другой стороны, если вариация качества канала является низкой, то может быть достаточно только одной группы качества.
Фиг.3 изображает способ согласно некоторому варианту осуществления настоящего изобретения для передачи информационных слов из модуля передачи в модуль приема по каналу в системе беспроводной связи. Способ начинается с оценки 301 качества каждого подканала некоторого канала. Подканал охватывает интервал субгармоник, который является долей интервала частот, используемого каналом передачи. Интервал субгармоник охватывается подканалом в зависимости от способа оценки. Согласно одному из вариантов осуществления качество может оцениваться, основываясь на недавно полученных или мгновенных измерениях качества канала, дискретизированных для каждой субгармоники по интервалу частот, или на статистическом распределении качества. Тогда интервал субгармоники может зависеть от того, как много выборок взято по интервалу частот канала. После выполнения оценки качества подканалы классифицируются 302 на несколько групп качества приема в зависимости от оцененного качества для каждого подканала. Для каждой группы выбирается 303 частота кода, которая максимизирует пропускную способность группы. Затем информационное слово кодируется 304 с выбранной частотой кода так, что в зависимости от того, для какого подканала должна модулироваться доля информационного слова, каждая доля информационного слова кодируется согласно выбранной частоте кода. После этого выбирается 305 способ модуляции. Способ модуляции выбирается, например, посредством выбора способа однородной модуляции для всех каналов, или посредством выбора способа модуляции на одну группу качества, или на один подканал, или любой их комбинации. После этого закодированное информационное слово модулируется 306, и закодированное и модулированное информационное слово передается 307 по каналу в модуль приема.
Далее описывается другой способ согласно настоящему изобретению. Способ использует, например, передачу данных из модуля передачи в модуль приема в системе беспроводной связи, основанной на мультиплексировании с ортогональным частотным разделением сигналов (OFDM). Фиг.4 описывает процедурную блок-схему для адаптации линии связи со многими частотами кода согласно упомянутому способу. В способе используется концепция участка данных для задания маленькой области во временном и частном домене с маленькой вариацией качества канала. Он сравним с подканалом фиг.3, по короткому периоду времени, для которого оценивается качество канала. Способ начинается с оценки 401 качества участка данных и сортировки участков данных, соответственно. Оценка может проводиться модулем передачи или модулем приема. Качество участка данных, например, может оцениваться модулем приема, измеряющим качество участка данных и передающим его в модуль передачи. Затем участки данных классифицируются 402 предпочтительно на две, три или четыре группы в зависимости, например, от вариации качества канала. Существуют различные способы классификации участков данных. Один пример основан на нормализованной взаимной информации на один закодированный бит (MIPB), также называемой принятой скоростью передачи информации в битах (RBIR). RBIR является мерой эффективности передачи информации участка данных, к которому применяется некоторая схема модуляции, при некотором уровне шума, если канал был идеальным. Численные исследования показали, что является эффективной мерой качества для использования при задании диапазона меры качества для группы. Классификация выполняется, чтобы ограничить RBIR динамический диапазон некоторым диапазоном для каждой группы. Согласно преимущественному варианту осуществления настоящего изобретения динамический RBIR диапазон ограничивается величиной приблизительно 0,3 для каждой группы. Результаты имитационного моделирования показали, что если каждая группа имеет вариацию качества в пределах RBIR 0,3 или приблизительно RBIR 0,3, то канал может достичь пропускной способности, очень близкой к оптимальной. Соответствующие результаты имитационного моделирования даны на фиг.6. После этого для каждой группы линия связи (или канал) адаптируется 403 посредством выбора режима модуляции или частоты кода, адаптированной для состояния канала, перед тем, как информационное слово кодируется и модулируется с выбранными частотами кода и режимами модуляции и, в конечном счете, передается в приемник. Также, при классификации участков данных или подканалов на группы могут использоваться другие индикаторы качества канала. Индикаторами качества канала могут быть SINR, RBIR, пропускная способность или нормализованная пропускная способность, или любая другая нелинейная функция SINR, или любой другой индикатор качества канала. После выполнения оценки качества канала с целью получить индикатор качества канала классификация основывается на индикаторе качества канала.
Существуют различные способы применения различной частоты кода к информационному слову. Согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения каждая группа имеет индивидуальный кодовый блок с некоторой установленной частотой кода.
Согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения группы совместно используют один и тот же кодовый блок, но по-прежнему имеют различные частоты кода. Это требует модификаций для алгоритмов согласования частоты и также, вероятно, для конфигурации перемежения. В данном варианте осуществления, чтобы устанавливать различные выбранные частоты кода для различных групп, используется неравномерная защита от ошибок (UEP). Последнее требует некоторых модификаций алгоритмов согласования частоты для так называемого кода турбо, задаваемого телом программы стандартизации 3GPP и опубликованного в виде технической спецификации 3GPP TS 25.212, если используется этот код, и предпочтительно также для конфигурации перемежения. Примеры возможных способов для неравномерной защиты от ошибок следующие:
- Выполнять повторение в группах, для которых необходима низкая частота кода. В этом случае начальное кодирование выбирается, основываясь на частоте кода для лучшей группы, то есть, группы, которая имеет самую высокую частоту кода. Для групп с более низкими выбранными частотами кода частота кода снижается путем повторения закодированных данных по частному домену, так что способность защиты увеличивается. Такое повторение может выполняться другими реализациями как, например, разброс с некоторой конфигурацией разброса и т.п.;
- Использовать неравномерную частоту прерывания. В этом случае начальное кодирование основано на группе, которая имеет самую низкую выбранную частоту кода. Для групп с более высокими выбранными частотами кода некоторые из закодированных битов удаляются для достижения более высокой частоты кода. Примером сверточного кода является схема, называемая как неравномерная защита от ошибок, которая основана на совместимом по частоте прошитом сверточном коде (RCPC). RCPC код описан в публикации "Multirate convolutional codes", Frenger и соавторы, в техническом отчете 21 в "Communications Systems Group of Chalmers University of Technology" в апреле 1998. Сверточный код представляет собой код, который принимает решение, какой из битов удалять. Он также основан на некотором материнском коде, например 1/3 частоты, с заданной конфигурацией прерывания в RCPC коде.
- Делить доли информационного слова на различные части, причем первая часть доли информационного слова передается по группам с высоким качеством, а вторая часть доли информационного слова передается по группам с низким качеством. Например, лучшая группа с высокой частотой кода содержит только часть 1-ого передаваемого пакета. Группа с низкой частотой кода содержит часть 1-ого передаваемого пакета и 2-ого передаваемого пакета. Для турбокодов возможна структура, подобная структуре "запрос на гибридную автоматическую повторную передачу - инкрементная избыточность (HARQ-IR)". Порядок передаваемой битовой последовательности может опираться на порядок HARQ-IR структуры.
Также могут использоваться комбинации между первым и вторым вариантами осуществления различных частот кода для информационного слова.
Режим модуляции может выбираться, например, для каждой группы. Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения каждая группа имеет один режим модуляции для всех подканалов группы качества. Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения режим модуляции адаптируется к состоянию каждого подканала, например, режим модуляции выбирается на участок данных в OFDM системе. Если режим модуляции выбирается на участок данных или подканал, то требуется больше передачи служебной информации.
Фиг.5 описывает модуль 500 передачи согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, скомпонованный, чтобы передавать информационные слова в модуль приема по каналу в системе беспроводной связи. Модуль передачи содержит процессор 504, который имеет средство для оценки 506 качества каждого подканала упомянутого канала. Качество каждого подканала можно оценивать, основываясь на измерениях, показывающих качество каждого подканала. Измерения могут приниматься в процессоре 504 через приемник 505 некоторого узла, в котором может быть расположен модуль передачи, такого как мобильная станция. Процессор 504 также имеет средство 507 для классификации подканалов на несколько групп, основываясь на оцененном качестве каждого подканала. Процессор еще имеет средство 508 выбора, скомпонованное для выбора такой частоты кода для каждой группы, которая максимизирует пропускную способность группы. Средство выбора также может быть скомпоновано для выбора способа модуляции для каждой группы или каждого подканала. Модуль 500 передачи содержит кодер 501 для кодирования некоторого информационного слова так, что каждая доля информационного слова кодируется согласно частоте кода, выбранной процессором, в зависимости от того, для какого подканала должна модулироваться доля закодированного информационного слова. По этой причине процессор компонуется, чтобы информировать кодер о выбранной частоте кода. Модуль передачи также содержит модулятор 502, скомпонованный для приема закодированного информационного слова из кодера 501 и для модуляции закодированного информационного слова. Процессор 504 также может быть скомпонован, чтобы информировать модулятор 502 о способе модуляции, который модулятор должен использовать для модуляции закодированного информационного слова. Модуль передачи дополнительно содержит блок 503 передачи, скомпонованный, чтобы принимать закодированное и модулированное информационное слово из модулятора и передавать закодированное и модулированное информационное слово в модуль приема. Средство 506 для оценки, средство 507 для классификации и средство 508 для выбора могут быть отдельными модулями в модуле 500 передачи, а также могут быть расположены в процессоре.
Модуль передачи согласно настоящему изобретению в основном описан, как воплощенный в аппаратных средствах. Хотя изобретение также может воплощаться в программном обеспечении, или в комбинации программного обеспечения и аппаратных средств. В этом случае для выполнения этапов согласно пунктам способа настоящего изобретения может быть использовано соответствующее средство с компьютерным программным обеспечением в модуле передачи.
Фиг.6 показывает результаты имитационного моделирования для OFDM системы. Результаты показывают сравнение между различными решениями адаптации линии связи. Все результаты имитационного моделирования перечислены ниже, где LA1 и LA2 представляют собой идеи, предложенные настоящим изобретением. Иллюстративные фигуры даны в виде отношения сигнал/шум (SNR), поскольку они представляют собой результаты имитационного моделирования линии связи, в которых SNR отношение равно отношению сигнала к помехам и к шуму (SINR).
LA0: Совершенная адаптация линии связи, то есть адаптация модуляции и частоты кода для каждого состояния канала (или каждого подканала, основываясь на его состоянии канала).
LA1: Многочисленные частоты кода с адаптацией линии связи, то есть адаптация модуляции на участок данных.
LA2: Многочисленные частоты кода с одним режимом модуляции для каждой частоты кода (адаптация MCS схемы по группам).
LA3: Единственная частота кода с адаптацией модуляции по участкам данных.
LA4: Единственная MCS схема.
Результаты имитационного моделирования включают в себя:
Предполагается OFDM система со 100 участками данных на кадр, со 128 символами на участок данных. Передаваемая мощность общая для всех участков данных.
Канал со многими состояниями моделируется в виде 100 состояний с нормальным распределением SNR_дБ, со среднеквадратичными отклонениями 5 дБ в верхней левой диаграмме, 10 дБ в верхней правой диаграмме, 15 дБ в нижней левой диаграмме и 20 дБ в нижней правой диаграмме. Большая вариация (20 дБ) используется, чтобы моделировать случай с очень широкой полосой, или когда пользователь близок к границе сотовой зоны.
Предполагаемыми режимами модуляции являются {BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM}. В модуле приема используется алгоритм BICM-logMAX.
Чтобы достичь заданной BLER 1%, адаптация кодирования может выбирать любую частоту кода от 0 до 1.
В обоих, модуле передачи и модуле приема, предполагается знание совершенного канала.
Классификация участков данных основана на RBIR, посредством ограничения RBIR диапазона каждой группы, обозначенного как DRBIR, в пределах 0,3.
Для всех решений адаптации линии связи предполагается одинаковый размер блоков. Также не рассматриваются затраты на передачу сигналов, обусловленные различными размерами служебной информации.
На фиг.6 можно видеть, что когда канал серьезно варьируется в пределах одного кадра, LA1 и LA2 очевидно превосходят LA4. Случай LA1 очень близок к совершенной адаптации линии связи, то есть LA0, LA2 и LA3 достаточно близки друг к другу по качеству функционирования.
Ниже сравниваются затраты передачи сигналов для пяти различных решений адаптации линии связи:
- LA4 требует только связи MCS схемы между передатчиком и приемником, следовательно затраты составляют наименьшие служебные данные.
- LA2 - второй наиболее эффективный случай, который требует информации многочисленных MCS схем и дополнительной передачи сигналов, чтобы сообщить каждому участку данных об индексе группы. Если используется только две группы, которых оказывается достаточно для достижения результатов согласно фиг.6, то, чтобы пометить индекс группы, достаточно одного бита.
- LA3 реализует адаптацию модуляции по участкам данных с общей частотой кода, следовательно, его затраты на передачу сигналов близки к LA2. Хотя, если используется только две группы, достаточно одного бита информации частоты кода, то, чтобы пометить режим модуляции из числа BPSK, QPSK, 16QAM и 64QAM для каждого участка данных, необходимо два бита.
- LA1 требует некоторой дополнительной передачи сигналов по сравнению с LA3, чтобы сообщать каждому участку данных информацию многочисленных частот кода и индекса группы для каждого участка данных.
- LA0 представляет собой наименее эффективный случай, поскольку он требует передавать в модуль приема информацию частоты кода и режима модуляции для каждого участка данных.
Как показано выше, полная пропускная способность по каналу, испытывающему высокую вариацию качества канала по его частотному диапазону, будет увеличиваться, если подканалы классифицируются на группы, и в котором каждая группа должна использовать выбранную частоту кода. При использовании по одной частоте кода на группу затраты на передачу сигналов должны быть низкими, особенно, когда используется только ограниченное число групп, например от одной до четырех групп, в зависимости от вариации канала, но пропускная способность должна быть по-прежнему высокой независимо от затрат на передачу сигналов.
В чертежах и описании были раскрыты предпочтительные варианты осуществления изобретения, и хотя применяются специфические термины, они используются только в общем и наглядном смысле, а не для целей ограничения, и объем изобретения определен в нижеприведенной формуле изобретения.
1. Способ передачи информационных слов из модуля передачи в модуль приема по каналу в системе беспроводной связи с использованием адаптивного канального кодирования, причем канал делится на несколько подканалов, при этом каналу выделяется соответствующий интервал частот для передачи и каждому подканалу выделяется соответствующий интервал субгармоник, причем каждый интервал субгармоник является долей интервала частот, при этом способ содержит этапы
кодирования (304) информационного слова частотами кода;
модуляции закодированного информационного слова на несколько подканалов, причем одна доля закодированного информационного слова модулируется на один подканал;
передачи (307) закодированного и модулированного информационного слова по каналу в приемник;
отличающийся тем, что также содержит этапы
оценки (301) качества каждого подканала;
классификации (302) подканалов на число групп качества, зависящее от вариации качества канала, основываясь на оцененном качестве каждого подканала; и
выбора (303) частоты кода на группу качества, учитывая ожидаемую частоту ошибок по битам упомянутого оцененного качества;
при этом этап кодирования информационного слова содержит кодирование долей информационного слова, которые должны модулироваться на подканалы, принадлежащие той же самой группе качества с частотой кода, выбранной для группы качества в индивидуальном кодовом блоке группы качества или в кодовом блоке, совместном для множества групп качества.
2. Способ по п.1, в котором этап модуляция закодированного информационного слова содержит выбор (305) одного способа модуляции для каждой группы качества и модуляцию (306) каждой доли закодированного информационного слова согласно выбранному способу модуляции в зависимости от того, для какого подканала должна модулироваться каждая доля закодированного информационного слова.
3. Способ по п.1, в котором этап модуляция закодированного информационного слова содержит выбор (305) способа модуляции для каждого подканала и модуляцию (306) каждой доли закодированного информационного слова согласно выбранному способу модуляции в зависимости от того, для какого подканала должна модулироваться каждая доля закодированного информационного слова.
4. Способ по любому из пп.1-3, в котором этап оценки (301) качества каждого подканала основан на измерениях отношения сигнал/шум, SNR, или отношения сигнала к помехам и к шуму, SINR, на каждом подканале.
5. Способ по любому из пп.1-3, в котором этап оценки (301) качества каждого подканала основан на измерениях принятой скорости передачи информации в битах, RBIR, на каждом подканале.
6. Способ по п.5, в котором подканалы классифицируются (302) так, что параметры RBIR для подканалов одной и той же группы качества имеют динамический диапазон, не превышающий 0,3.
7. Способ по п.1, в котором этап классификации (302) содержит классификацию подканалов на две, три или четыре различные группы качества.
8. Модуль (500) передачи в системе беспроводной связи, адаптированный, чтобы передавать информационные слова в модуль приема с использованием адаптивного канального кодирования по каналу связи в системе беспроводной связи, причем канал делится на несколько подканалов, при этом каналу выделяется соответствующий интервал частот для передачи и каждому подканалу выделяется соответствующий интервал субгармоник, причем каждый интервал субгармоник является долей интервала частот, содержащий кодер (501), адаптированный для кодирования информационного слова частотами кода; модулятор (502), адаптированный для модуляции закодированного информационного слова на несколько подканалов, причем модулятор дополнительно адаптируется, чтобы модулировать долю информационного слова на один подканал; блок (503) передачи, адаптированный для передачи закодированного и модулированного информационного слова по каналу в приемник;
отличающийся тем, что также содержит средство (506) для оценки качества каждого подканала; средство (507) для классификации подканалов на число групп качества, зависящее от вариации качества канала, основываясь на оцененном качестве каждого подканала; и средство (508) выбора, скомпонованное для выбора частоты кода на группу качества, учитывая ожидаемую частоту ошибок по битам оцененного качества; при этом кодер (501) также скомпонован для кодирования долей информационного слова, которые должны модулироваться на подканалы, принадлежащие той же самой группе качества с частотой кода, выбранной из группы качества в индивидуальном кодовом блоке группы качества или в кодовом блоке, совместном для множества групп качества.
9. Модуль (500) передачи по п.8, в котором средство (508) выбора также скомпоновано для выбора одного способа модуляции для каждой группы качества, и при этом модулятор (502) также скомпонован для модуляции каждой доли закодированного информационного слова согласно выбранному способу модуляции в зависимости от того, для какого подканала должна модулироваться каждая доля закодированного информационного слова.
10. Модуль (500) передачи по п.8, в котором средство (508) выбора также скомпоновано для выбора способа модуляции для каждого подканала, и модулятор (502) также скомпонован для модуляции каждой доли закодированного информационного слова согласно выбранному способу модуляции в зависимости от того, для какого подканала должна модулироваться каждая доля закодированного информационного слова.
11. Модуль (500) передачи по любому из пп.8-10, в котором средство (506) для оценки скомпоновано для оценки качества каждого подканала, основываясь на измерениях отношения сигнал/шум, SNR, или отношения сигнала к помехам и к шуму, SINR, на каждом подканале.
12. Модуль (500) передачи по любому из пп.8-10, в котором средство (506) для оценки скомпоновано для оценки качества каждого подканала, основываясь на измерениях принятой скорости передачи информации в битах, RBIR, на каждом подканале.
13. Модуль (500) передачи по п.12, в котором средство (507) для классификации скомпоновано для классификации подканалов так, что параметры RBIR для подканалов одной и той же группы качества имеют динамический диапазон, не превышающий 0,3.
14. Модуль (500) передачи по п.8, в котором средство (507) для классификации скомпоновано для классификации подканалов на две, три или четыре различные группы качества.
15. Цифровое компьютерное устройство с памятью, находящееся в модуле (500) передачи и содержащее части системной программы, выполняемые на компьютерном устройстве и предназначенные для выполнения способа по любому из пп.1-7.
