CN101523757B

CN101523757B - 用于重传差错控制技术传输的链路自适应

Info

Publication number: CN101523757B
Application number: CN2007800377148A
Authority: CN
Inventors: Q·李; G·李; S·郑; X·E·林; J·施
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2006-10-09
Filing date: 2007-10-08
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2027-10-08
Also published as: EP2078347A4; US7661038B2; CN101523757A; US20080086662A1; JP4903268B2; EP2078347A1; JP2010506515A; WO2008045845A1

Abstract

本发明的实施例提供链路自适应计算，其考虑到在利用自适应链路的传输序列中要使用的重传差错控制技术。也对其它实施例进行了描述和请求保护。

Description

用于重传差错控制技术传输的链路自适应

技术领域

本发明的实施例涉及无线网络领域，更具体而言，涉及用于重传差错控制技术传输的链路自适应。

背景技术

在无线网络中，时变的信道可能导致通信链路质量的波动。接收机可以对信道质量进行计算并将信息反馈回发射机。该反馈可以帮助发射机选择用于链路的调制和编码方案(MCS)。对多输入多输出(MIMO)链路而言，还可以使空间信道(或“层”)的数量适应于信道质量。可以将活动的空间信道的总数称为秩(rank)。可以把按照信道条件对MCS和秩进行的调整称为链路自适应。

附图说明

通过下面的详细描述并结合附图，可以容易地理解本发明的实施例。为便于描述，相同附图标号指示相同的结构元件。在附图的图形中通过举例的方式而不是限制的方式对本发明的实施例进行了说明。

图1示出了根据本发明多个实施例的无线通信系统；

图2示出了根据本发明多个实施例的链路自适应操作的流程图；

图3示出了根据本发明多个实施例的多输入接收机；

图4示出了根据本发明多个实施例的单码字多输入多输出发射机；

图5示出了根据本发明多个实施例的多码字多输入多输出发射机；

图6示出了根据本发明多个实施例的链路自适应的各个操作阶段；

图7示出了在本发明多个实施例中使用的每符号互信息的绘图；

图8示出了在本发明多个实施例中使用的每分组差错率每码位互信息的图表；

图9示出了根据本发明多个实施例的描述链路自适应的流程图；

图10示出了根据本发明多个实施例的确定初始调制和编码方案的流程图；

图11示出了根据本发明的多个多码字实施例的用于计算信号对噪声和干扰比的流程图；

图12示出了根据本发明的多个多码字实施例的用于计算初始调制和编码方案的流程图；

图13示出了根据本发明多个实施例的用于确定对重传序列的调制和编码方案的流程图；以及

图14-图17示出了根据本发明多个实施例的多个状态图。

具体实施方式

在下面的详细描述中，对构成本文一部分的附图进行了参考，其中，图之间同样的标号指示同样的部分，并且以可实现本发明的说明性实施例的方式进行了说明。应当理解在不背离本发明的范围的情况下，可以利用其它实施例，并且可以进行结构或逻辑的改变。因此，下面的详细描述不具有限制意义，并且根据本发明实施例的范围由所附权利要求及其等价物来进行定义。

各种操作可以以一种有助于理解本发明实施例的方式用依次进行的多个分立的操作来描述；然而，描述的顺序不应解释为暗示了这些操作必须按特定的顺序执行。

出于说明本发明的目的，短语“A/B”意思是A或B。出于说明本发明的目的，短语“A和/或B”意思是“(A)、(B)或(A和B)”。出于说明本发明的目的，短语“A、B和/或C”意思是“(A)、(B)、(C)、(A和B)、(A和C)、(B和C)或(A、B和C)”。出于说明本发明的目的，短语“(A)B”意思是“(B)或(AB)”，也就是说，A是可选的元素。

说明书可能使用短语“在实施例中”或者“在多个实施例中”，这两个短语都可以代表一个或多个同样的或不同的实施例。此外，在本发明的实施例中使用的术语“包括”、“包含”、“具有”等是同义的。

本发明的实施例提供链路自适应计算，该链路自适应计算考虑到在利用自适应链路的传输序列中要使用的重传差错控制技术。

图1示出了根据本发明实施例的MIMO通信系统100。在该实施例中，发射机104和接收机108都分别可以具有多天线，例如三个发射天线112和三个接收天线116。发射天线112和接收天线116可以为它们各自的设备提供到空中(OTA)通信链路的无线接口。在多个实施例中，可以使用任何数量的发射和/或接收天线。可以将包括一个发射和/或接收天线的实施例称为单输入单输出系统。多个天线可以形成一个或多个空间信道。

发射机104可以经由OTA通信链路通过一系列传输序列向接收机108传送数据。具体而言，可以将从发射机104到接收机108的传输称为OTA通信链路的下行链路(DL)部分，而将从接收机108到发射机104的传输称为OTA通信链路的上行链路(UL)部分。OTA通信链路可以具有任意数量的活动空间信道，或该数量称为秩，例如从一个到三个(发射天线112的数量)。在一个实施例中，多个发射天线112可以合作提供波束成形权重，其中OTA通信链路的秩小于发射天线112的数量，例如，在说明的实施例中该秩是二或一。

一般地，虽然秩的增加可以允许发送更多数据流，但是它也会增加空间信道间空间干扰的量并降低每个数据流的发射功率，从而降低每个数据流的吞吐量和/或可靠性。此外，对于给定的信道条件，发射机104用来对要被发射的数据进行调制和编码的多个调制和编码方案(MCS)对OTA通信链路的传输特性(例如，吞吐率和/或可靠性)也具有不同的效应。

在多个实施例中，候选MCS中可以包括调制等级(诸如，正交相移键控(QPSK)、16正交调幅(QAM)、64QAM等)和编码速率(诸如：1/2、2/3、3/4、5/6等)的不同组合。

在本发明的实施例中，发射机104可以基于对OTA通信链路的观察来调整多个链路自适应参数，以有助于实现MIMO通信系统100的所需的传输特性，例如，增加数据传输的总体吞吐量和/或可靠性。

在多个实施例中，系统100可以包括发射机104和接收机108之间的数据传输中的纠错技术。在一个实施例中，发射机104可以在传输的消息中引入多种冗余，接收机108可以使用这些冗余来校正差错。这可能降低消息重传的量。可以把这种方式称为前向纠错(FEC)。

在实施例中，发射机104可以通过多个空间信道发送单个FEC码字。每个空间信道可以具有同样的编码速率。可以把这称为单码字(SCW)MIMO。

在另一个实施例中，发射机104可以使用多个信道发送多个FEC码字。可以称之为多码字(MCW)MIMO。在MCW MIMO中，码字可以在一个或多个空间信道中。每个码字的编码速率可以不同。

在多个实施例中，MIMO通信系统100可以使用重传差错控制技术(RECT)，使得当接收机108未能成功地接收码字时，发射机104可以重传码字的部分或全部。在一个实施例中，重传差错控制技术可以是按照下面内容来操作的混合自动重传请求(H-ARQ)。当接收机108未能对一个FEC码字进行解码时，它可以向发射机104上传请求以发送原FEC码字中信息位的附加信号。接收机108可以对从多次接收中获得的有关相同信息位的信息进行合并，并对该信息位进行解码。对于MCW，在对未成功解码码字的重传中可以不再发送已成功解码的码字。

MCW MIMO实施例中的接收机108可以使用连续干扰消除(SIC)来如下述内容对数据流进行解码。可以首先解码一个符号(或者一个FEC码字)并且然后从所接收的信号矢量中消去由已解码数据所贡献的信号分量。消去之后，剩余数据的信号质量可以得到提高，并且接收机108可以开始第二次迭代来对第二个符号(或者另一个FEC码字)进行解码。可以重复迭代直到检测到所有数据。如果没有成功地解码一个FEC码字，可以不进行消去，以及可以进行对随后的码字的重传。接收信号的信号模型可以表示为：

y^{(1)} = H [\begin{matrix} x_{1} \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ x_{k} \end{matrix}] + n

公式1

其中H是一个副载波上的信道矩阵(具有波束成形或没有波束成形)，或者是在一个或多个副载波上的空时编码矩阵，x是空时编码的传输信号矢量或输入信号矢量，n是噪声加干扰矢量，x可能包括K个符号并且每个符号可包括来自一个FEC码字的码位。H的结构可能随MIMO和多输入单输出(MISO)传输方案(诸如空间复用和空时编码)而改变。x的总功率可以是常量。在SIC接收机中，可以顺序地解码x₁、……、x_k。在解码x₁之后，可以从y⁽¹⁾中移除x₁的分量(或干扰)：

y^{(2)} = y^{(1)} - h_{1} x_{1} = H [\begin{matrix} 0 \\ x_{2} \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ x_{K} \end{matrix}] + n

公式2

其中，h₁是H的第一列。剩下的信号y⁽²⁾可以用于解码x₂。

虽然这些差错控制和/或干扰消除技术倾向于提高系统100的性能，它们可能会使链路自适应计算复杂化并且因此在传统链路自适应操作中被忽略。

图2示出根据本发明多个实施例的链路自适应操作的流程图。在这个实施例中，方框200处，链路预测器(其位于发射机104中或者接收机108中)可以获得OTA通信链路上的信号状态数据。可以通过直接观察、反馈、预测等获得该数据。方框204处，链路预测器可以确定在从发射机104到接收机108的传输序列中使用的RECT。方框208处，链路预测器然后可以基于所确定的RECT和信道状态信息来从多个候选中选择由发射机104使用的MSC和秩。在所确定的RECT中的因子分解(factoring)可以有助于在对MCS和秩的选择中使用更准确的链路预测。下面将根据本发明多个实施例对这些操作方框进行更详细地讨论。

图3示出了根据本发明多个实施例的可以与接收机108互换地使用的多输入接收机300。在这个实施例中，接收机300可以包括与其每个接收天线308相对应的接收链304。每个接收链304可以包括用于对接收信号进行模拟处理的组件312和/或快速傅里叶变换(FFT)的组件316。接收机300可以具有线性最小均方误差(LMMSE)检测器320，该LMMSE检测器320与接收链304耦合以进行初始差错检测计算。LMMSE检测器320可以将接收信号耦合到空间-频率解交织器324以对经交织的传输进行拆解。接收机300还可以具有涡轮解码器328。该涡轮解码器328可以对已编码传输进行解码，在解码时考虑了由对应的发射机(例如，发射机104)的互补的前端涡轮编码器引入的似然数据。

接收机300还可以包括耦合到接收链304的信道质量估计器和/或链路预测器(链路自适应器)332。在多个实施例中，链路自适应器332的信道质量估计器可以观察OTA通信链路并估计信道状态数据，例如干扰和噪声电平。链路自适应器的链路预测器可以接收该信道状态数据，并基于可用的MCS、秩、空间复用方案和/或分集传输方案(例如空时编码)来执行各种链路预测。链路预测器可以参考查找表336来执行各种链路预测操作，将在下面进行进一步详细讨论。

在由信道状态数据描述的给定条件下，链路自适应器332可以使用链路预测来确定链路自适应参数，例如具体的MCS和/或秩，该链路自适应参数很可能产生OTA通信链路的所需传输特性。在多个实施例中，这些所需传输特性可能是相对高的吞吐量和/或可靠性。然后可以将链路自适应参数上传到发射机104以在后续的DL传输序列中使用。

在多个实施例中，链路自适应器的组件可能以不同于图3示出的方式分布在接收机108和发射机104之间。例如，在多个实施例中，接收机108可以包括用于观察信道质量(例如，噪声和干扰电平)的估计器，然后将观察到的信道质量上传到具有链路自适应器的发射机104以执行各种链路自适应计算。这可能适合于在发射机104不能直接观察到与接收机108相同的信道的实施例中，例如，在频分双工(FDD)实施例中。在另一个实施例中，发射机104能够与接收机104观察相同的信道，例如，在时分双工(TDD)实施例中。在这个实施例中，发射机104或接收机108都可以包括估计器和/或预测器。

图4示出了根据本发明多个实施例的可以与发射机104互换地使用的SCW发射机400。发射机400可以包括用于将二进制数据编码为比特流的涡轮编码器404。与很多其它编码选择相比，涡轮编码可以有助于在噪声信道上相对大量的数据的传输。然而，多个实施例可以使用其它编码选择。

然后可以由解析-交织器408将已编码比特流进行解析和空间地和/或频率地交织为多个数据流。可以由各个映射器412(例如，QAM映射器1-K)将该多个数据流中的每一个分别映射到多个符号(例如，QAM符号)。如图所示，发射机400可以包括自适应位加载(ABL)控制器416，ABL控制器416耦合到涡轮编码器404、解析-交织器408和映射器412。ABL控制器416可以从链路自适应器接收所选择的MCS 424并确定数据流的调制等级和编码速率。如上文所讨论，在SCW MIMO实施例中，每个数据流的调制等级可以不同，而编码速率可保持相同。

发射机400可以包括波束成形器428，该波束成形器428基于来自接收机108的反馈秩436将来自映射器412的多个符号置换到多个空间信道上。可以使用发射链440和天线444来经由OTA通信链路在选定数量的空间信道上发射数据流。

图5示出了根据本发明多个实施例的可以与发射机104互换地使用的MCW发射机500。发射机500可以包括用于K个数据流中每一个数据流的涡轮编码器504、数据流交织器508和映射器512。发射机500还可以包括打孔器516，在用纠错码进行编码之后，打孔器516通过移除一些奇偶检验位来对数据流进行打孔。接收机108可以使用对应的解打孔器来进行逆操作。ABL控制器520可以基于从接收机108接收的反馈MCS 524来控制涡轮编码器504、打孔器516和/或映射器512的操作。

MCW发射机500还可以使用符号交织器528来对多个数据流的不同FEC码字的多个符号进行交织。在一些实施例中，可以不使用符号交织器528。MCW发射机500可以包括波束成形器532，波束成形器532基于来自接收机108的反馈秩536来将多个符号置换到多个空间信道上，并经由发射链540和天线544对多个符号进行发射。

图6示出了根据本发明多个实施例的链路自适应器(例如图3的链路自适应器332)的各个操作阶段。与接收机-发射机相关的接收-发射因子604可以包括调制等级、编码速率、MIMO发射方案(例如，秩)、MIMO接收方案(连续干扰消除(SIC)等)、重传差错控制技术(例如，H-ARQ等)。与信道条件有关的实现因子608可以包括加性高斯白噪声(AWGN)以及干扰电平等。作为考虑到具体信道条件而可调整的参数的链路自适应参数612可以包括调制和编码方案(MCS)以及MIMO发射方案(秩)。

链路自适应器332可以形成分组差错率(PER)度量616，PER度量616可以用在基于因子604和608的链路预测计算中。链路自适应器332可以执行一系列的吞吐量计算620并提供用于产生所需吞吐量的建议的链路自适应参数624，该所需吞吐量可以是各种MCS和秩组合中的相对最大的吞吐量。虽然本发明的多个实施例将相对最大的吞吐量作为所需传输特性来讨论，其它实施例可以包括对可靠性的类似的计算。

在多个实施例中，可以将604中的MIMO传输方案扩展为包括MISO方案和空时编码方案，并且然后624还可以报告在空时编码和空间复用之间的选择。空时块编码实施例可以涉及将公式1中的信道矩阵替换为空时块编码矩阵。

给定一组信道状态信息，可以设计PER度量616和吞吐量计算620来预测候选MCS性能，该组信道状态信息可以从MIMO或MISO链路的多个副载波信道矩阵上的实现因子608导出。吞吐量可以由多个MCS的最大总和数据速率、秩、传输和重传的分组差错率(PER)来确定。在实施例中，没有任何差错的情况下，每个副载波的最大数据速率可以计算为：

d_{\max} = r_{s} Σ_{k = 1}^{K} b_{k},

用于SCW 公式3

d_{\max} = Σ_{k = 1}^{K} r_{k} b_{k},

用于MCW 公式4

其中，K是秩；r_s是SCW的公共编码速率；r_k是MCW第k层(或码字)的编码速率；b_k是第k层(或码字或数据流或空间信道)的每个QAM符号的位数。可以将可从正确接收的FEC码字中获得的一个传输的吞吐量计算为：

t_p＝d_max(1-p_s)，用于SCW 公式5

t_{p} = Σ_{k = 1}^{K} r_{k} b_{k} (1 - p_{k}),

用于MCW 公式6

其中，p_s是用于SCW的FEC码字的PER；p_k是用于MCW的第k层(或码字)的PER。由于链路自适应是为了提高吞吐量，例如，PER p_s和p_k可以是每个候选MCS组合的评估值。PER p_s和p_k可能是FEC码字大小、信道实现、调制星座图、编码速率、H-ARQ合并技术(用于重传的情况)以及噪声加干扰电平的非线性函数。因此，对它们进行估计可能是有挑战性兴趣的。

在一个实施例中，可以使用对发射信号X和接收信号Y的相互关系的测量来预测PER。可以将该测量称为互信息。随机变量X和Y之间的互信息可以定义为：

I (X, Y) = &Integral; f (x, y) \log \frac{f (x, y)}{f (x) f (y)} dxdy

公式7

其中，f(x，y)可以是X和Y的联合概率密度函数，f(x)和f(y)可以分别是X和Y的概率密度函数。可以使用查找表利用离散的QAM输入X和连续的输出Y来对标量AWGN信道计算I(X，Y)。

图7示出了绘出对于SISO信道的七十五个副载波的各种信道实现的图表，其中x轴上是每个符号的互信息，y轴上是PER。图中的各条线可以对应于不同的MCS，示出了大约24个MCS。

图8示出了根据本发明多个实施例的图7中的多个点的拟合线。在图8中，相对于归一化的互信息(例如，一个符号的互信息除以该符号中的位数)绘出了PER。实线和虚线分别是衰落信道和AWGN信道。所示的调制等级是QPSK、16QAM和64QAM。如图所示，对于衰减信道实现，PER-AMI(平均互信息)曲线几乎不变。因此，可以使用AMI来查找PER而几乎没有误差。用于PER的查找度量的框架可以是：

m = f_{MCS}^{- 1} (\frac{1}{L} Σ_{i = 1}^{L} f_{MCS} ({SINR}_{i}))

公式8

其中f_MCS()是对于给定MCS，信号到干扰加噪声(SINR)的转移函数。i是从多个副载波(或空间信道、时隙等)获得的SNR的索引。对于指数有效SNR映射(EESM)，该转移函数可以是：

f_{MCS} (SINR) = \exp [- \frac{SINR}{c_{MCS}}]

公式9

其中c_MCS是MCS和所需PER范围的校正因子。对于标量信道或矩阵信道的互信息，该转移函数可以是：

f_{MS} (SINR) = I (X; Y | SINR, MS) = E_{X, Y | SINR, MS} [\log_{2} \frac{p (Y | X, SINR, MS)}{p (Y)}]

公式10

其中，Y＝X+N；Y、X和N分别是接收信号、发射信号和噪声；MS是X的调制方案或输入字符表；I(X；Y|SINR，MS)表示对于给定的SINR和X的输入字符表的、X和Y之间的互信息。尽管EESM和互信息都可以用来构建PER查找表，互信息相比于EESM可产生更少的差错。

图9示出了根据本发明多个实施例的描述链路自适应的流程图。方框900处，链路自适应器可以获得与OTA通信链路的信道状态条件有关的数据，例如但不限于噪声和干扰。如上所述，可以通过直接观察、反馈、预测等获得该信道状态数据。方框904处，链路自适应器的信道估计器可以接收链路状态数据，并计算一个或多个FEC码字的每个符号的SINR。在一些实施例中，接收机108可以将MIMO链路分解为多个SISO信道以简化SINR的计算。可以由诸如MMSE和SIC的接收方案来确定该分解。

在对于信号与干扰加噪声比(SINR)的计算之后，方框908处，链路预测器可以针对多个秩中的每一个秩确定初始MCS，初始MCS为不利用RECT的传输序列(例如，非H-ARQ传输)提供所需的吞吐量特性。在多个实施例中，该所需吞吐量特性可以是相对高的吞吐量值。

方框912处，链路预测器可以针对每个秩为利用了RECT的传输序列(例如，H-ARQ传输)确定候选MCS。可以至少部分地基于每个秩的初始MCS进行该确定。然后，方框916处，链路自适应器332可以从所有的候选MCS中选择提供了最大潜在吞吐量(或者其它所需传输特性)的MCS和对应的秩，并在方框920处，向ABL控制器和波束成形器报告所选择的MCS和秩。

在多个实施例中，当各个操作之间的信道状态具有相关性时，可以将图9说明的处理过程用于计算在时间和/或频率上的一系列自适应操作的初始链路自适应。

图10示出了根据本发明多个实施例的初始MCS确定的流程图。方框1004处，该确定操作开始之后，可以将调制索引i_m设置为1。方框1008处，可以使用来自方框904的SINR和对应于当前调制索引i_m的调制等级来计算FEC码字的每个符号的互信息(MI)。方框1012处，可以针对给定秩的每个副载波来计算该MI以及可以在所有副载波上计算平均MI(AMI)。

方框1016处，可以将编码速率索引i_c设置为1。方框1020处，链路预测器可以使用来自方框1012的计算出的AMI、通过参考存储有类似于图8示出的PER-AMI曲线的查找表来查找PER。方框1024处，对于具有给定MCS_c，m的给定秩，可以使用该PER度量来计算吞吐量t_c，m。

方框1028处，可以将编码速率索引i_c与编码速率的总数N_c进行比较，如果编码速率索引i_c不大于N_c，则方框1032处可以对编码速率索引i_c进行递增，以及该处理可以回到方框1020处，以在方框1020处进行下一个PER查找。如果编码速率索引i_c大于编码速率总数N_c，则在方框1036处可以参考调制索引i_m。

如果调制索引i_m不大于调制等级总数N_m，则可以在方框1040处对调制索引i_m进行递增，以及该处理可回到方框1008处来对MI进行计算。

如果调制索引i_m大于调制等级总数N_m，则已经对所有的吞吐量进行了计算。在方框1044处，可以从计算出的多个吞吐量之间的比较中确定最大吞吐量t_max，以及可以将对应于该最大吞吐量t_max的MCS构建为该给定秩的初始MCS。

虽然图9和图10示出的流程图可以一般地应用于SCW和MCW实施例，特定的MCW实施例可以包括附加的/可选的计算。下面的图11和图12讨论了多个MCW实施例。

在利用SIC接收机针对MCW的计算中，使用图10中的蛮力评估来获得初始MCS的计算复杂性可能会大量耗费计算量。例如，对于四个信道、八个编码速率和三种调制的复杂度是0(24⁴)。以下面的方式可以将复杂度降到0(4×24)。

令SIC的解码顺序序列为从码字1到k。当码字1，…k-1被正确地解码并从接收信号中消去时，若码字i，…k的吞吐量最大化，则从码字1到k的总体吞吐量也是最大化的。在对第一层的干扰消除之后，剩余的层的吞吐量可以被最大化。因此，可以从最后层(或码字)到第一层进行吞吐量的最大化。这样，可以以SIC接收机接收到码字时对其进行解码的顺序的逆顺序进行吞吐量计算。对于三个码字的例子，可以顺序地计算吞吐量为：

\max_{{MCS}_{1}} [R_{1} + \max_{{MCS}_{2}} (R_{2} + \max_{{MCS}_{3}} R_{3} (1 - {PER}_{3})) (1 - {PER}_{2})] (1 - {PER}_{1})

公式11

其中，从内部向外部顺序地进行最大化；R_i是假定无解码差错时的码字i的数据速率信息；以及PER_i和R_i随着第i个码字的调制和编码方案而变化。这些顺序地计算可以帮助实现获得链路自适应增益的低复杂度处理，这是因为在很多应用中，由于重传速率很低而可以跳过用于将H-ARQ考虑在内的附加计算。

图11示出了根据本发明多个MCW实施例的用于计算SINR的流程图。开始后，方框1104处可以将秩索引i_k设置为1。对于给定秩的每个副载波，在先前k-1个层的干扰消去之后，在方框1108中链路自适应器可以计算接收的信号模型为：

y^{(i_{k})} = y - [h_{1} \cdot \cdot \cdot h_{i_{k} - 1}] [\begin{matrix} x_{1} \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ x_{i_{k} - 1} \end{matrix}] = [h_{i_{k}} \cdot \cdot \cdot h_{k}] [\begin{matrix} x_{i_{k}} \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ x_{k} \end{matrix}] + n

公式12

每个FEC码字可以包括来自资源块中多个副载波的多个符号，其中每个副载波k个符号中的仅一个(或两个)符号可以用于该码字。当MCW中具有置换排列时，FEC码字可以针对不同的副载波捡取不同的符号。例如，第一个FEC码字可以具有第一个副载波中的第一个符号和第二个副载波中的第三个符号。方框1112中，可以为每个副载波计算符号

的SINR。方框1116处，可以将层索引i_k与秩k相比较，以及如果i_k不大于秩k时，在方框1120处对i_k进行递增并且处理过程回到方框1108。

图12示出了根据本发明多个MCW实施例的用于计算初始MCS的流程图。假定接收机对码字的解码顺序是从1到k，而链路自适应器处的码字的MCS计算顺序是相反的。在开始处，在方框1204处可以将总吞吐量t_p设置为0，在方框1208处可以将码字索引i_k设置为秩k，以及在方框1212处可以将调制索引i_m设置为1。在方框1216处，链路自适应器可以使用在图11的方框1112中计算的SINR和相应调制索引i_m的MCS来计算第i_k个码字的每个符号的互信息。然后，在方框1220处，可以计算该码字的所有符号的AMI。

在方框1224处，可以将编码速率索引i_c设置为1。在方框1228处，链路自适应器可以在存储有PER-AMI曲线的查找表中查找该码字的PER，其中每个分组包括一个码字。当一个FEC码字容纳在一层中时，可以通过资源块大小和调制等级来确定码字大小。由于在大多数系统中资源块的大小是常量，所以码字大小可以仅通过调制等级和编码速率来确定。例如，如果具有总共三种可能的调制等级N_m以及八种可能的编码速率N_c，对于每个FEC码字可能仅需要24个PER-AMI曲线，每个曲线用于每个候选MCS。

在方框1232中，链路自适应器可以使用在方框1228中获得的PER来计算吞吐量t_m，c。可以计算t_m，c为：

t_m，c＝(rb+t_p)(1-p)公式13

其中，r是编码速率，b是每个QAM符号的位数，p是PER，t_p是假定层1，…，max(i_k-1，1)被正确地解码和消去时的层min(i_k+1，k)，…，k的最大吞吐量。

在方框1236处，可以将编码速率索引i_c与每个FEC码字的编码速率的总数N_c进行比较，并且如果i_c不大于编码速率的总数N_c，在方框1240处，该处理过程可以对编码速率索引i_c进行递增并回到方框1228。

如果编码速率索引i_c大于每个FEC码字的编码速率总数N_c，在方框1244处，该处理过程可以确定调制等级索引i_m是否大于空间信道的调制等级总数N_m。如果调制等级索引i_m不大于空间信道的调制等级总数N_m，在方框1248处可以对调制等级索引i_m进行递增，并且该处理过程可以回到方框1216。如果调制等级索引i_m大于空间信道的调制等级总数N_m，则在方框1252处，链路自适应器可以将i_c＝1到N_c、i_m＝1到N_m上的最大t_m，c设置为t_max，并为第i_k个码字确定对应于t_max的初始MCS。

在方框1256处，该处理过程可以在假定对层1，…，max(i_k-1，1)进行了正确地解码和消去的情况下，更新层i_k，…，k的总和吞吐量为t_p＝t_max。

在方框1260处，将码字索引i_k与1进行比较，如果码字索引i_k大于1，在方框1264处对其进行递减，并且处理回到方框1212。如果码字索引不大于1，则处理过程结束。

图13示出了根据本发明多个实施例的用于确定经由OTA通信链路、利用RETC(例如H-ARQ)的传输序列的MCS的流程图。在方框1300处，链路预测器可以根据数据速率来排序给定秩的MCS组合。在方框1304处，可以将给定秩的初始MCS指定为M₀。方框1308处，可以针对M₀和具有在M₀的给定范围内数据速率的MCS，来计算利用H-ARQ的传输序列的吞吐量。因此，在计算利用H-ARQ的传输序列的吞吐量(例如，方框1308处的计算)时，由于考虑到传输和重传而引起的附加复杂度可以集中到MCS候选总数的子集上。该子集可以部分地由初始MCS定义，因此该子集可以代表最可能实现最大吞吐量的MCS组合。

在方框1312处，可以连同吞吐量值一起报告对应于最大吞吐量的MCS。

将在下面详述的方框1308处，可以至少部分地基于每个FEC码字的重传概率来计算具有重传时的吞吐量。重传概率说明了需要至少对一些码字(或码字的部分)进行重传(一些需要多次重传)的可能性。

对于利用H-ARQ的OTA通信链路的给定的传输和重传，发射机状态可以构成马尔科夫过程。也就是说，给定现在的状态，发射机的未来状态可能有条件地独立于过去的状态。

对于MCW而言，发射机状态可以包括两个变量：对同一个码字的传输次数以及指示“成功”和“失败”的码字接收状态。对于SCW而言，该状态可能仅是对同一个码字的传输次数。可以使用时变信道的预测、SINR、候选MCS组合、H-ARQ合并技术和衰落余量，在PER-互信息表内查找两个状态之间的转移概率。对于更迟的重传来说信道预测差错可能较高，并且对于更迟的传输可能需要更高的余量。

由于H-ARQ合并，AMI可随着传输次数的增加而增加，在H-ARQ合并中接收机108将相同信息位的多个接收版本进行合并来解码。当接收机108使用Chase合并以及发射机对H-ARQ使用非空白化(non-blanking)时，可以通过将初始传输的互信息乘以传输次数来近似该互信息。当从其它状态返回状态1时，接收机108可以以不同概率正确地接收到不同数据量。

一旦确定了所有的转移概率，就可以计算该处理过程停留在每个状态中的概率。可以使用返回到状态1的转移、状态概率、以及接收不同数据量的概率来计算该处理过程的平均吞吐量。

考虑到H-ARQ，可以将来自多个传输的互信息相加，以用于对重传的PER查找。例如，一个FEC码字可以包括从100个信息位中产生的200个码位。编码速率是1/2。在第一次传输中，由16QAM符号承载这200个码位。可以计算每个16QAM符号的互信息和每个码位的互信息(也称为每码位互信息)。在预期的重传中，对于使用Chase合并的系统，发射机可以使用64QAM再次发送200个码位。可以计算每个64QAM符号的互信息以及每个码位的互信息。针对该第二次传输的PER查找中使用的平均互信息是两个每码位互信息的总和，其中PER-AMI曲线用于编码速率1/2。PER-AMI曲线的调制等级可以是64QAM或16QAM，或者可以通过将用于64QAM的PER曲线和用于16QAM的PER曲线进行线性组合来产生用于查找的新的PER曲线。

可以与上面类似的方式计算SCW的AMI，其中可以用多个调制等级来承载码字。例如，FEC码字可以包括从100个信息位中产生的200个码位。编码速率是1/2。在一个传输中，由16QAM和64QAM符号来承载这200个码位。可以计算每个16QAM符号的互信息并且可以计算每个64QAM符号的互信息。可以通过将所有QAM符号的互信息的总和除以码位数来计算该码字的每个码位的平均互信息。PER-AMI曲线的调制等级可以是64QAM或16QAM，或者可以通过将用于64QAM的PER曲线和用于16QAM的PER曲线进行线性组合来产生用于查找的新的PER曲线。

对于使用递增冗余(IR)合并的系统，发射机可以使用QPSK发送50个附加的码位。对于该附加的50个码位，可以计算每个QPSK符号的互信息以及每个码位的互信息(也称为每码位互信息)。将两个传输的每码位互信息进行加权并相加：

m_{1} + \frac{50}{200} m_{2}

公式14

其中，m₁和m₂分别是第一次传输和第二次传输的每码位互信息。一般地，该总和为：

m_{1} + Σ_{i = 2}^{J} \frac{N_{i}}{N_{1}} m_{i}

公式15

其中，J是用于PER查找的传输次数；N_i是第i次传输中的码位数，m_i是第i次传输的每个码位的平均互信息(也称为每码位平均互信息)。该公式适用于Chase合并和IR合并。通过这种方式，可以使用第一次传输的调制和编码速率的PER-互信息曲线来查找后面的传输的PER，其中，仅有每码位平均互信息随着传输次数而增加。

在初始自适应操作之后自适应操作可以使用图13中描述和示出的贪婪搜索，该贪婪搜索可以将先前操作中获得的每个秩的MCS作为初始搜索点。这可以降低后续自适应操作的计算复杂度。

图14示出了根据本发明多个实施例的用于SCW的状态图1400。该状态图1400提供最大为2的重传次数；然而，它可以扩展到其它重传次数。弧线上给出的数值可以是正确接收到的位的数量。R/O意思是概率地接收到R个或者0个位。

在状态图1400中，从顶到底可以有对应三次传输的三层。状态1中可以未发送分组。在第一次初始传输之后，可能成功地接收到分组并可能接收了R位。发射机104返回到状态1以用于下一个分组。否则，发射机104进入状态2，在状态2中还未进行第一次重传或第二次传输。第一次传输成功的概率是1-PER，其中可以以类似于图10的方框1020中描述的方式来获得PER。

在第一次重传之后，可能正确地接收了具有R位的分组，并且发射机104可以返回到状态1以用于下一个分组。否则，发射机104可以进入状态3以进行第二次重传。由于最大重传次数为2，在第二次重传之后，发射机104可以进入状态1以用于下一个分组而不管第二次重传的接收状态。因此，状态3到状态1的转移概率是1。接收机108可能接收了具有R位的分组或具有0位的分组(即，接收失败)。成功接收的概率是1-PER，其中由于H-ARQ合并，PER可以随着重传次数的增加而降低。此外，初始传输和重传之间的信道变化也可以导致PER变化。可以将从状态i到状态j的转移概率标注为p_i，j，并且可以将当进行从状态i到状态1的转移时，正确地接收R位的概率标注为r_i(R)。可以将处理过程停留在每个状态中的概率(例如，平稳分布)计算为：

公式16

其中π_i是处理过程停留在状态i中的概率，矩阵和向量的维度可等于状态的数目N_s，[a_i，j]是矩阵，其第i行第j列的项是a_i，j，可以将链路的平均吞吐量计算为：

t_{p} = R Σ_{i = 1}^{N_{s}} π_{i} r_{i} (R) p_{i, 1}

公式17

图15示出了根据本发明多个实施例的具有两个码字的MCW的状态图1500。在该实施例中，接收机108可以是SIC接收机，最大重传次数是2，并且两个码字中位的总数可以是R。第一个码字和第二个码字的位数是R₁和R₂，其中R₁+R₂＝R。每次传输中，发射机108可以使用非空白化来将已成功接收的码字替换为新的码字。可以通过增加状态将状态图1500扩展到其他的重传次数和非空白化情况。

在该实施例中，从顶到底可以有对应于三次传输的三层。在状态1中可能未发送分组。在第一次初始传输之后，如果两个码字都被成功接收，则接收到R位并且发射机104返回到状态1以用于对两个新FEC码字的下一个传输。如果正确地收到了第一个码字但未正确收到第二个码字，发射机104可以进入状态2，在状态2中还未进行第一次重传或第二次传输。如果未成功地收到第一个码字，则不可以进行SIC并且也不接收第二个码字，并且发射机进入状态4。可以以类似于图10的方框1020或图12的方框1228中描述的方式获得每个码字的差错概率。

从状态2开始，在对第二个码字的第一次重传之后，如果正确地收到第二个码字，可以收到R位并且发射机104可以返回状态1以发送两个新码字。如果仍然不能收到第二个码字，发射机104可以进入状态3，在状态3中对于第二个码字仅剩下一次传输机会。

从状态3开始，在对第二个码字的第二次重传之后，如果正确地收到第二个码字，可以收到R位并且发射机104可以返回状态1以发送两个新码字。即使仍未能收到第二个码字，发射机也可以返回状态1，这样正确地收到了来自第一个码字的R₁位。

从状态4开始，在对两个码字的第一次重传之后，如果正确地收到两个码字，可以收到R位，并且发射机104可以返回状态1。如果仍然未能收到两个码字，发射机104可以进入状态5，在状态5中仅剩下一次传输机会。如果正确地收到了第一个码字而没有正确地收到第二个码字，则发射机可以进入状态3。

从状态5开始，在对两个码字的第二次重传之后，由于传输机会已经用尽，发射机104可以返回状态1。如果正确地收到两个码字，可以收到R位；如果在所有三次传输期间仅正确地收到第一个码字，可以收到来自第一个码字的R₁位；如果未正确地收到任何码字，则可收到0位。

码字成功的概率为1-PER，其中，由于H-ARQ，PER随着重传次数增加而降低。此外，初始传输和重传之间的信道变化也可引起PER变化。从状态i到状态j的转移概率标注为p_i，j，以及当从状态i到状态1转移时，正确地收到Q位的概率标注为r_i(Q)。处理过程停留在每个状态中的概率可以计算为：

公式18

其中π_i是处理过程停留在状态i中的概率，矩阵和向量的维度可等于状态的数目N_s；[a_i，j]是矩阵，其第i行第j列的项是a_i，j，可以将链路的平均吞吐量计算为

t_{p} = Σ_{i = 1}^{N_{s}} π_{i} p_{i, 1} Σ_{l = 1}^{N_{L}} (Σ_{m = 1}^{l} R_{m}) r_{i} ((Σ_{m = 1}^{l} R_{m}))

公式19

其中，N_L可以是层或码字的数目。

项可以是从状态i到1的转移中的平均吞吐量。

具有码字的其它数目(例如，三个或四个)的MCW实施例可以以类似的方式使用公式17或18。图16和图17分别示出根据本发明多个实施例的具有三个和四个码字的MCW的状态图1600和1700。在这些实施例中，最大传输次数可能是3，并且发射机104可以使用空白化。可以通过增加更多的状态来实现扩展到非空白化和其它传输次数，其中可以跟踪每个码字而不是分组(其在空白化情况下具有多个码字)的传输次数。

尽管为了对优选实施例进行描述的目的，本文已经对特定的多个实施例进行了说明和描述，但是本领域的技术人员会理解，在不离开本发明的范围的情况下，可以用用于实现同样目的的各种广泛的可选的和/或等价的实施例或实施方式来替代图示和描述的多个实施例。本申请旨在涵盖本文讨论的多个实施例的任何变形或改变。因此，根据本发明的实施例清楚地仅由权利要求书及其等价物范围来限定。

Claims

1.一种用于无线通信的方法，包括：

获得与空中（OTA）通信链路的一个或多个条件有关的信道状态数据；

确定重传差错控制技术（RECT）；以及

至少部分地基于所确定的RECT和所获得的信道状态数据来选择调制和编码方案（MCS）和秩,该MCS和秩用于为利用了所述RECT的传输序列提供所需传输特性，其中，所述选择MCS和秩包括：

确定用于多个秩中每个秩的非重传MCS，该非重传MCS被配置用于为计算出的不考虑所述RECT的传输序列提供针对该每个秩的所需传输特性；以及

至少部分地基于所确定的非重传MCS，选择用于所述传输序列的MCS和秩。

2.如权利要求1所述的方法，还包括：

至少部分地基于所确定的用于所述多个秩中每个秩的非重传MCS来确定用于该每个秩的候选MCS，该候选MCS被配置用于为考虑了所述RECT的另一个计算出的传输序列提供所需传输特性；以及

从所确定的候选MCS中选择用于所述传输序列的MCS。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述所需传输特性是所需吞吐量值特性，并且所述确定非重传MCS包括：

针对多个秩中的每个秩和多个MCS中的每个MCS，计算一个或多个前向纠错码字中的多个符号的吞吐量值；以及

针对所述多个秩中的每个秩，识别出与比该特定秩的所有其它计算出的吞吐量值大的计算出的吞吐量值相关联的MCS。

4.如权利要求3所述的方法，其中，所述计算吞吐量值还包括：

计算所述一个或多个前向纠错码字中的多个符号中每个符号的互信息；以及

基于所述一个或多个前向纠错码字中的多个符号中每个符号的所计算的互信息来计算平均互信息。

5.如权利要求4所述的方法，其中，所述计算吞吐量值还包括：

至少部分地基于所述平均互信息来确定分组差错率（PER）；以及

至少部分地基于所确定的PER来计算吞吐量值。

6.如权利要求5所述的方法，其中，所述至少部分地基于所述平均互信息来确定所述PER包括：

参考用于所述多个MCS的一个或多个查找表，该一个或多个查找表将平均互信息与PER联系起来。

7.如权利要求1所述的方法，其中，所述RECT是混合自动重复请求（H-ARQ）技术。

8.如权利要求1所述的方法，其中，所述至少部分地基于所确定的RECT和所获得的信道状态数据来选择MCS和秩还包括：

针对多个MCS中每个MCS，为计算出的利用了所述RECT的传输序列中的多个前向纠错（FEC）码字计算吞吐量值。

9.如权利要求8所述的方法，其中，所述计算吞吐量值至少部分地基于所述多个FEC码字中每个码字的重传概率。

10.如权利要求1所述的方法，其中，接收机方案是连续干扰消除方案，所述方法还包括：

至少部分地基于有序序列中任何先前前向纠错（FEC）码字的成功解码的可能性来计算该有序序列中多个FEC码字的吞吐量值；所述有序序列与解码有序序列是反向的。

11.一种用于无线通信的装置，包括：

一个或多个天线，用于为所述装置提供到空中（OTA）通信链路的无线接口；以及

链路预测器，其耦合到所述一个或多个天线并被配置为：

获得与所述OTA通信链路的一个或多个条件有关的信道状态数据；

确定重传差错控制技术（RECT）；

确定用于多个秩中每个秩的非重传MCS，该非重传MCS被配置用于为计算出的不考虑所述RECT的传输序列提供针对该每个秩的所需传输特性；

至少部分地基于所述RECT、所获得的信道状态数据、以及所确定的非重传MCS来选择调制和编码方案（MCS）和秩,该MCS和秩用于为利用了所述RECT的传输序列提供所需传输特性。

12.如权利要求11所述的装置，还包括：

信道估计器，其耦合到所述一个或多个天线并被配置为：观察所述OTA通信链路，并确定包括干扰和/或噪声电平的所述信道状态数据。

13.如权利要求11所述的装置，还包括：

自动位加载（ABL）控制器，其耦合到所述链路预测器并被配置为根据所选择的MCS来调制一个或多个数据流；以及

波束成形器，其耦合到所述链路预测器并被配置为利用所选择的秩来发射所述一个或多个数据流。

14.一种用于无线通信的系统，包括：

多个接收天线，其被配置用于为所述系统提供到空中（OTA）通信链路的无线接口；以及

链路自适应器，其耦合到所述多个接收天线，所述链路自适应器包括信道估计器和链路预测器，所述信道估计器被配置为观察所述OTA通信链路并确定与所述OTA通信链路的一个或多个条件有关的信道状态数据，所述链路预测器被配置为从所述信道估计器获得所述信道状态数据，确定重传差错控制技术（RECT），确定用于多个秩中每个秩的非重传MCS，该非重传MCS被配置用于为计算出的不考虑所述RECT的传输序列提供针对该每个秩的所需传输特性，以及至少部分地基于所述RECT、所获得的信道状态数据、以及所确定的非重传MCS来选择调制和编码方案（MCS）和秩,该MCS和秩用于为利用了所述RECT的传输序列提供所需传输特性。

15.如权利要求14所述的系统，其中，所述链路预测器被配置为将所选择的MCS和秩经由所述OTA通信链路上传到发射机。

16.一种用于无线通信的装置，包括：

用于获得与空中（OTA）通信链路的一个或多个条件有关的信道状态数据的模块；

用于确定重传差错控制技术（RECT）的模块；

用于确定用于多个秩中每个秩的非重传MCS的模块，该非重传MCS被配置用于为计算出的不考虑所述RECT的传输序列提供针对该每个秩的所需传输特性；以及

用于至少部分地基于所确定的RECT、所获得的信道状态数据、以及所确定的非重传MCS来选择调制和编码方案（MCS）和秩的模块,该MCS和秩用于为利用了所述RECT的传输序列提供所需传输特性。

17.如权利要求16所述的装置，其中，所述用于选择MCS和秩的模块还包括：

用于计算一个或多个前向纠错（FEC）码字中每个码字的互信息的模块；以及

用于针对多个秩中的每个秩和多个MCS中的每个MCS，计算一个或多个前向纠错码字的吞吐量值的模块。

18.如权利要求16所述的装置，其中，所述用于至少部分地基于所确定的RECT和所获得的信道状态数据来选择MCS和秩的模块还包括：

用于针对多个MCS中每个MCS，为计算出的利用了所述RECT的传输序列中的多个前向纠错（FEC）码字计算吞吐量值的模块。