CN100349396C - 移动通信系统中基于最佳传输帧长的链路自适应实现方法 - Google Patents

Abstract

移动通信系统中基于最佳传输帧长的自适应链路实现方法是一种可提高移动通信系统链路性能和传输质量的自适应链路方法，该方法将自适应编码调制技术和最佳链路层传输帧长结合起来，预先设定多种编码调制工作方式，并建立各种工作方式的判决门限与信道状态的对应关系表格，根据当前无线物理信道状态通过查表的方法选择编码调制方式，进一步根据当前信道状态下所采用的编码调制方式传输的比特错误概率，确定满足吞吐量最大的链路层传输帧长，然后将已确定编码调制方式和传输帧长用于系统传输参数的设定。

Description

移动通信系统中基于最佳传输帧长的链路自适应实现方法

技术领域

本发明是一种应用在移动通信系统中实现自适应链路的方法，属于移动通信链路技术研究领域。

背景技术

自适应链路技术是移动通信系统中提高传输质量的关键技术之一，其根据系统状态确定适合的链路参数如调制阶数、编码码率、传输帧长、扩频增益等，从而克服移动通信系统中由于信道不理想带来的性能的降低。随着人们对移动通信要求的不断提高，多媒体、流媒体等业务的发展和应用，移动通信系统的信道状态将更加复杂，自适应调节单一的参数不能更好地满足移动通信发展的要求，必须将多种技术结合起来研究新的自适应链路算法，更好地提高系统链路性能。当前众多实现链路自适应的技术中，自适应编码调制是应用较多的一种技术，WCDMA(宽带码分多址)系统中为实现高速下行分组接入采用了自适应编码调制技术，IEEE802.11a标准中物理层也提供多种传输模式供链路层选择，并实现自适应传输。但这些方案在实现链路自适应时，只对物理层编码调制方式变化控制，不考虑上层传输帧长对系统的影响。因此本发明给出一种对物理层编码调制方式和传输帧长进行联合控制的自适应链路实现方法，以进一步提高自适应链路技术对系统性能的提高。

发明内容

技术问题：本发明旨在提供一种移动通信系统中基于最佳传输帧长的自适应链路实现方法，该方法能提高系统的吞吐量性能，适应高速传输的需要。

技术方案：本发明的基于最佳传输帧长的实现链路自适应的方法，联合自适应编码调制和自适应传输帧长两种技术的优点，预先分析用于系统传输的各种编码调制方式的吞吐量和误码率性能，依据使系统传输要低于一定误码率的准则划分信道状态，确定各编码调制方式对应的信道状态区间，并以查找表的形式存储在系统中。传输过程中，根据无线移动通信传输信道状态以及已经确定的区间划分，选择编码调制方式，并由系统吞吐量与传输帧长、信道状态及编码调制方式的关系式，计算满足吞吐量最大的传输帧长。具体为：将自适应编码调制技术和最佳链路层传输帧长结合起来，预先设定多种调制编码方式，并建立各种调制编码方式与信道状态的对应关系表格，根据当前无线物理信道状态通过查表的方法选择调制编码方式，进一步根据当前信道状态下所采用的调制编码方式传输的比特错误概率，确定满足系统传输吞吐量最大的链路层传输帧长，然后将已确定调制编码方式和传输帧长用于系统传输参数的设定。

无线传输系统的编码调制方式是根据系统中预先存储在系统中的各种工作方式的判决门限与信道状态的对应关系的表格中信道状态门限值确定的。确定各种编码调制方式的门限值满足的条件是：当信道状态值高于门限值时，系统在采用该门限值对应的编码调制方式传输的比特错误概率低于系统传输质量要求。

传输帧长并非任意给定，而是根据当前信道状态下误码率性能传输帧长依据规则1： $L=\frac{-H+\sqrt{H^2-4H/\ln (1-P_b)}}{2}$ 计算得到，以满足最大化系统吞吐量，P_b为比特错误概率，H为帧头长度，L为传输帧长。

方案运行具体流程如下：

编码调制方式和传输帧长确定的步骤包括以下几步：

第一步，信道估计器估计信道状态，输出接收信号信噪比；

第二步，与系统中存储的调制编码方式和信道状态对应关系表的信噪比门限值相比较，判决接收信号信噪比所处区间；

第三步，依据信噪比所处的区间，选择用于传输的编码调制方式；

第四步，根据选定的调制编码方式的比特错误概率和帧头长度值，利用 $L=\frac{-H+\sqrt{H^2-4H/\ln (1-P_b)}}{2}$ 计算传输帧长；

第五步，将第三步和第四步得到的编码调制方式和传输帧长表示为比特序列形式的控制字，并传给发送端，发送端将采用相应编码调制方式和传输帧长调整系统的传输参数。

有益效果：本发明的基于最佳传输帧长的自适应链路实现方法，能够在各种信道状态条件下获得较好的吞吐量性能，该方法需要的主要工作为对移动通信系统吞吐量性能的分析和查表判决过程，在实际运行过程中复杂性不高，适应高速传输的需要。

附图说明

图1是本发明的链路自适应方案的实现中所采用的链路帧结构示意图。

图2是实现基于最佳传输帧长的自适应链路方法的主要组成部分，由信道估计、编码调制方式选择、传输帧长计算、控制字生成等几部分组成。

图3是本发明方案运行具体流程示意图。

具体实施方式

本发明的移动通信系统中基于最佳传输帧长的链路自适应实现方法是将自适应编码调制技术和最佳链路层传输帧长结合起来，预先设定多种调制编码方式，并建立各种调制编码方式与信道状态的对应关系表格，根据当前无线物理信道状态通过查表的方法选择调制编码方式，进一步根据当前信道状态下所采用的调制编码方式传输的比特错误概率，确定满足系统传输吞吐量最大的链路层传输帧长，然后将已确定调制编码方式和传输帧长用于系统传输参数的设定。编码调制方式是根据信道状态与编码调制方式表格中存储的信道状态门限值之间的关系来选择的，而表格中各种编码调制方式的门限值满足的条件是：当信道状态值高于门限值时，系统采用该门限值对应的编码调制方式传输的比特错误概率低于系统的传输质量要求。

本发明在具体实施过程中包含两个方面：一是在方案运行前分析系统吞吐量与编码调试方式、信道状态及传输帧长的关系，确定编码调制方式的判决门限表格和传输帧长计算公式；二是方案在系统中的运行。

图1中给出了实际系统中的一种帧结构，媒体接入控制(MAC)层帧由帧头、数据、帧校验等组成，其中帧头包含地址、控制、传输帧长指示等信息。一帧长度为(L+H)比特，其中L为传输帧长，H为帧头长度。MAC层帧信息经过编码调制映射为物理层传输符号，并加上引导符号等信息后组成物理层信息结构。

图2给出了方案的实现装置，由信道估计装置估计出信道状态参数，如信噪比(SNR)，编码调制方式选择装置接收信道状态参数，根据预先设定的判决门限确定编码调制方式，传输帧长计算装置首先计算系统的误码率，再根据预先分析的公式计算用于传输的帧长。将编码调制方式和传输帧长信息生成链路控制字送至发送端进行系统传输参数设定。

这里判决门限及传输帧长计算关系式的确定是算法实现的关键，通过分析研究系统及信道特征得到。

判决门限的确定方法为：当信道状态好于判决门限时，该编码调制方式的误码率要低于某一特定的值，以保证系统的具有一定的误码率性能；若某一信道条件下多种编码调制方式满足系统误码率性能要求，选择传输速率较大即调制阶数较高、编码码率较大的方式。

最佳传输帧长的确定为：分析系统吞吐量与系统误码率P_b、传输帧长(L，H)等参数的关系式，具有函数形式G＝f(P_b，L，H，...)，通常使H保持不变，因此要求得最佳L使G最大，只需解出方程G/L＝0即可得到，显然，L为系统误码率等参数的函数，可方便计算得到。

下面给出基于最佳传输帧长自适应链路的一种具体实施方案。

假设系统采用5种编码调制方式(方式1：R＝1/2，BPSK调制；方式2：R＝1/2，QPSK调制；方式3：R＝3/4，QPSK调制；方式4：R＝1/2，16QAM调制；方式5：R＝3/4，16QAM调制。这里，R为卷积编码码率，BPSK为二进制移相键控，QPSK为四相绝对移相键控，16QAM为16进制正交振幅调制)，在高斯噪声信道条件下分析系统误码率性能和吞吐量性能。首先保证系统误码率性能达到10^-4，5种编码调制方式对应的信噪比区间分别为：2～5dB、5～9dB、9～11dB、11～15dB、大于15dB。吞吐量可表示为

$G=\frac{L}{L+H}\·{(1-P_b)}^{L+H}\·\frac{R_c}{S}$

其中，R_c为系统物理层符号传输速率，S为编码调制方式每符号对应比特数。根据上式通过解方程G/L＝0求得在编码调试方式和误码率条件一定的情况下满足吞吐量G最大的传输帧长L。

因此，自适应链路方法的运行步骤如下：

编码调制方式和传输帧长确定的步骤包括以下几步：

第一步，信道估计器估计信道状态，输出接收信号信噪比；

第二步，与系统中存储的调制编码方式和信道状态对应关系表的信噪比门限值相比较，判决接收信号信噪比所处区间；

第三步，依据信噪比所处的区间，选择用于传输的编码调制方式；

第四步，根据选定的调制编码方式的比特错误概率和帧头长度值，利用 $L=\frac{-H+\sqrt{H^2-4H/\ln (1-P_b)}}{2}$ 计算传输帧长；

第五步，将第三步和第四步得到的编码调制方式和传输帧长表示为比特序列形式的控制字，并传给发送端，发送端将采用相应编码调制方式和传输帧长调整系统的传输参数。

Claims (3)

1、一种移动通信系统中基于最佳传输帧长的自适应链路实现方法，其特征在于将自适应编码调制技术和最佳链路层传输帧长结合起来，预先设定多种调制编码方式，并建立各种调制编码方式与信道状态的对应关系表格，根据当前无线物理信道状态通过查表的方法选择调制编码方式，进一步根据当前信道状态下所采用的调制编码方式传输的比特错误概率，确定满足系统传输吞吐量最大的链路层传输帧长，然后将已确定调制编码方式和传输帧长用于系统传输参数的设定，传输帧长依据规则1: $L=\frac{-H+\sqrt{H^2-4H/\ln (1-P_b)}}{2}$ 计算得到，以满足系统吞吐量最大化的要求，P_b为比特错误概率，H为帧头长度，L为传输帧长；H为某一设定值。

2、根据权利要求1所述的移动通信系统中基于最佳传输帧长的自适应链路实现方法，其特征在于无线传输系统的编码调制方式是根据系统中预先存储在系统中的信道状态与编码调制方式对应关系表格中的信道状态门限值确定，确定各种编码调制方式的门限值满足的条件是：当信道状态值高于门限值时，系统在采用该门限值对应的编码调制方式传输的比特错误概率低于系统传输质量要求。

3、一种如权利要求1所述的移动通信系统中基于最佳传输帧长的自适应链路实现方法，其特征在于编码调制方式和传输帧长确定的步骤包括以下几步：

第一步，信道估计器估计信道状态，输出接收信号信噪比；

第二步，与系统中存储的调制编码方式和信道状态对应关系表的信噪比门限值相比较，判决接收信号信噪比所处区间；

第三步，依据信噪比所处的区间，选择用于传输的调制编码方式；

第四步，根据选定的调制编码方式的比特错误概率和帧头长度值，利用 $L=\frac{-H+\sqrt{H^2-4H/\ln (1-P_b)}}{2}$ 计算传输帧长；

第五步，将第三步和第四步得到的编码调制方式和传输帧长表示为比特序列形式的控制字，并传给发送端，发送端将采用相应编码调制方式和传输帧长调整系统的传输参数。

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