CN101663821A - 用于改进无比率编码系统的吞吐量和差错性能的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种用于自适应地调整无比率编码系统的数据通信的方法和系统，包括：自适应地估计符号编码长度；确定符号阈值；确定所述自适应地估计的符号编码长度是否小于所述符号阈值；基于所述第二个确定动作来调整传输功率电平；以及基于所述第二个确定动作来自适应地调整调制方案。本发明还描述了一种用于对无比率编码系统的通信进行解码的方法和系统，包括：接收已编码的符号；确定接收到的已编码符号的长度是否大于已编码符号的阈值数目；以及如果接收到的已编码符号的长度大于已编码符号的阈值数目，则对接收到的已编码符号进行解码。

Description

用于改进无比率编码系统的吞吐量和差错性能的方法和装置

技术领域

本发明涉及编码方案，更具体地涉及改进无比率(也称作喷泉)编码方案的吞吐量和差错性能。

背景技术

不同于块编码或者卷积编码，在无比率编码中不指定比率。本领域公知的无比率编码方案包括Luby变换(LT)编码以及Raptor编码。喷泉编码(也称作无比率擦除(erasure)编码)是具有以下属性的一类擦除编码：可以根据源符号的给定集合来产生编码符号的潜在无限序列，使得可以从大小等于或者仅稍稍大于源符号数目的编码符号的任意子集合中恢复原始源符号。如果可以从任意k个编码符号中恢复原始的k个源符号，则喷泉编码是最优的。已知喷泉编码具有高效的编码和解码算法，并允许以高概率从任意k’个编码符号中恢复原始的k个源符号，其中k’仅比k大一点。无比率编码方案原本应用于擦除信道，而最近应用于有噪声的信道。一些传统无比率编码方案使用长度估计，该长度估计是估计或预测为了对无比率编码成功地进行解码而需要多少比特或符号的任意方案。

理论上，长度估计可以预测通信系统中无比率编码所需的长度。然而，实际上，当将长度估计应用于无比率编码通信系统时，由于无比率编码在很多情况下达不到信道容量，因此差错率较高。信道容量是可发送并可靠接收的每符号中信息/数据比特的最大数目的度量。因此，在接收侧需要附加解码开销以补偿发送侧的错误的长度估计。

一些现有技术长度估计方法通过应用静态扩缩因子来解决该问题。在使用长度估计的一些传统无比率编码方案中，将固定的扩缩因子应用于长度估计以补偿不精确的编码长度估计。如果固定的扩缩因子等于1，则其实际上未得到补偿。

在现有技术无比率编码方案中不存在功率调整。如果所需的已编码比特数目在给定功率电平处太多，则会发生差错，这是由于在截止时间之前不能发送足够的已编码比特。即，没有选择通过增加功率电平从而减少为了在接收器侧成功地解码而应当发送的已编码比特的数目，来改进SNR。在接收侧，现有技术中没有给出相应的以下考虑：为了加强接收器在截止时间之前对所发送的已编码比特进行解码的能力而与在发送器侧提高功率。如果SNR良好，则增加功率电平会收益极少。

在现有技术无比率编码方案中，长度估计不是自适应的，也没有采用自适应调制。即，如果需要发送太多的已编码比特，使得不可能满足截止时间，则不存在备选方案，只能引起差错和性能下降。

将自适应长度估计、自适应调制以及功率调整应用于无比率/喷泉编码方案将是有利的。如此处所使用的，“/”表示相同或相似组件或概念的备选名称。即，此处可以用“/”来表示“或者”。

发明内容

本发明包括用于改进无比率编码方案的吞吐量和差错性能的若干方法，该无比率编码方案包括使用长度估计的现有技术无比率编码方案。本发明的方法还增大了在截止时间之前成功解码的概率，通过发送更少的符号来节约发送器功率，并通过需要更少的解码计算量来节约接收器功率。本发明的方法包括自适应长度估计、功率调整以及自适应调制。本发明的方法符合3G HSDPA并适合于下一代通信系统。

通常，通信系统的可靠性和吞吐量是冲突的。即，如果吞吐量增大，则损失差错性能，反之亦然。然而，此处描述的方法的使用不仅达到极好的差错率性能，还增大了应用长度估计的无比率编码系统的吞吐量。此外，通过更精确的且自适应的长度估计显著地节约了发送器和接收器的功率。通过应用自适应调制和功率调整来增大吞吐量，这增大了在截止时间之前成功解码的概率。

为了进一步节省功率(通过发送更少比特)同时精确地估计所需长度，此处描述了利用自适应扩缩因子的新的自适应长度估计方案。对于不同的SNR，所需的编码开销是不同的，所以用于不同SNR下的不同信道的不同扩缩因子是所期望的。

实际的通信系统(例如，多媒体通信系统)通常具有对信息/数据进行通信的截止时间。一旦到达了截止时间，如果尚未接收到该数据/信息或者尚未适当地对该数据/信息进行解码，则通信系统必须放弃。这在需要在特定时间或截止时间之前显示数据的多媒体或成流通信系统中是尤其正确的。在无比率编码系统中，如果不能在到达截止时间之前对成功解码所需数目的已编码信息/数据比特进行通信，则接收器放弃并且发生差错。本发明将自适应长度估计、功率调整以及自适应调制应用于无比率编码系统/方案，以解决上述问题。功率调整使得传输和解码需要更少已编码比特。由于更高效的信道容量和每符号更高数目的比特是可能的，使得自适应调制进一步改进性能并缩短传输相同数目已编码比特所需的时间。

本发明的方法解决了现有技术方案的性能下降问题，并具有以下附加优点：

1、节约发送器功率，这是由于早的截止时间完成使得发送更少比特。

2、节约接收器功率，这是由于长度估计的精度使得解码所需少得多的计算。

3、无比率编码系统中的性能改进，包括：更高的吞吐量和更低的差错率。

本发明描述了一种用于自适应地调整无比率编码系统的数据通信的方法和系统，包括：自适应地估计符号编码长度；确定符号阈值；确定该自适应地估计的符号编码长度是否小于该符号阈值；基于第二个确定动作来调整传输功率电平；以及基于第二个确定动作来自适应地调整调制方案。本发明还描述了一种用于对无比率编码系统的通信进行解码的方法和系统，包括：接收已编码的符号；确定接收到的已编码符号的长度是否大于已编码符号的阈值数目；以及如果接收到的已编码符号的长度大于已编码符号的阈值数目，则对接收到的已编码符号进行解码。

附图说明

通过结合附图阅读的以下详细描述，来更好地理解本发明。附图包括以下简要描述的图：

图1A示出了本发明一个实施例的框图。

图1B示出了本发明备选实施例的框图。

图2A示出了与图1A相对应的自适应长度估计的方法的示例实施例的流程图。

图2B示出了与图1B相对应的自适应长度估计的方法的备选实施例的流程图。

图3A示出了接收侧的(a)没有功率调整、(b)具有功率调整、以及(c)功率降低的无比率编码方案。

图3B示出了本发明的功率调整方法的示例实施例的流程图。

图4A示出了(a)没有自适应调制、(b)在接近截止时间时具有自适应调制、以及(c)在可被支持的任何时候都具有自适应调制的无比率编码方案。

图4B和4C示出了本发明的自适应调制方法的示例实施例的流程图。图4C是图4B的延续。

图4D示出了本发明的自适应调制方法的备选实施例。

图5示出了对于不同调制方案的容量相对于SNR变化的图表。

图6A示出了本发明的方法的发送侧的示例实施例的流程图。

图6B示出了本发明的方法的接收侧的示例实施例的流程图。

图7示出了将本发明的自适应调制扩展成基于块的编码方案的结果。

图8A示出了没有应用任何功率调整的、基于块的编码方案。

图8B示出了应用本发明功率调整的、基于块的编码方案。

图9示出了本发明的框图。

具体实施方式

对于(N，K)编码来说，通过向已编码比特添加冗余，使用N个已编码比特来表示K个信息/数据比特。将K/N定义为编码率，其通常是针对块编码或卷积编码来指定的。

不同于块编码或卷积编码，在无比率编码中未指定比率。在给定K个信息比特的情况下，无比率编码编码器通过从给定的信息/数据比特中随机选择一些比特并对其执行特定操作(通常是异或)，来产生已编码比特。编码器持续产生已编码比特，直到解码器能够成功地对已编码的数据/信息进行解码，或者达到截止时间并且发生差错为止。基于长度估计，编码器确定解码器对已编码的信息/数据比特进行解码的能力，该长度估计进而是基于信道条件的。信道条件是可以通过训练信号来估计的。例如，在每个数据帧的开始处可以发送具有训练数据的训练信号，并且，接收器使用该训练信号来估计信道条件。接收器可以通过控制/辅助信道来将信道条件发送回到发送器。在备选方案中，接收器可以向发送器报告差错性能，并且，基于所报告的差错性能，发送器可以估计信道条件。可以使用发送器-接收器对的任何其他已知装置来确定/估计信道条件。在不同的信道条件下，成功解码所需的长度(已编码比特的数目)是不同的。如果信道条件是已知的，则可以估计编码长度。一个长度估计方法使用以下公式：

$L>\frac{K}{I(X;Y)}\mathrm{\γ}$ (等式1)

其中L是所需的已编码符号长度，其等于所需的已编码比特长度除以每符号中比特数目，K是信息/数据比特长度，I(X；Y)是所发送的符号X和接收到的符号Y之间的互信息，其被定义为 $I(X;Y)=E[\log -\frac{f_{\mathrm{XY}}(X;Y)}{f_X\left(X\right)f_Y\left(Y\right)}],$ 其中f_X(X)和f_Y(Y)分别是所发送的符号X和接收到的符号Y的概率密度函数(PDF)，而f_XY(X；Y)是符号X和Y的联合概率密度函数。互信息依赖于信道SNR以及调制方案。一般地，I(X；Y)缺少封闭形式(closedform)，并且可以预先计算I(X；Y)并将其存储在查找表中。γ是扩缩因子。如果信道是基于块的(例如块衰落信道)或者逐块地发送码，则可以将公式写为：

$\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{I_i{L}_i}{\mathrm{\γ}}>K$ (等式2)

其中假定在N个块中发送与K个信息/数据比特相对应的已编码比特，I_i表示第i个块中所发送的符号和接收到的符号之间的互信息，并且L_i是第i个块中已编码符号的数目。

本发明使用具有长度估计的无比率编码作为基础。扩缩因子越大，则编码器产生的比特越多。对于固定扩缩因子方案来说，预先确定扩缩因子，以使得整个系统的性能达到目标，例如，预先指定的比特/符号差错率。由于在不同的SNR下无比率编码的特定实施方式的开销是不同的，本发明使用自适应扩缩因子方案。在本发明中，预先确定针对每一个SNR的扩缩因子以满足性能目标。现在描述一种确定自适应扩缩因子的可能的方法。第一步骤是执行仿真以估计不同SNR下所需的开销。基于仿真结果，产生列出了与各个SNR相对应的扩缩因子的查找表。如果基于信道条件而确定的SNR不在该查找表中，则插值给出可接受的扩缩因子。基于信道SNR来估计所需的符号编码长度并且所应用的自适应扩缩因子也依赖于信道SNR。在自适应长度估计下，等式1变为

$L>\frac{K}{I(X;Y)}\mathrm{\γ}\left(\mathrm{SNR}\right)$ (等式3)

其中γ现在是SNR的函数。对于基于块的方案，等式2变为：

$\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{I_i{L}_i}{{\mathrm{\γ}}_i}>K$ (等式4)

其中γ_i是第i个块的扩缩因子。

图1A和1B示出了使用自适应长度估计的本发明的两个实施例。在两幅图中相类似地对组件进行标记。信息/数据由无比率编码器105接收，该无比率编码器105对信息/数据进行编码并将已编码的信息/数据转发至调制器110。调制器110将已编码的信息/数据调制到载波信号上以在信道115上发送。在接收侧，解调器和解码器120接收已编码的信息/数据。信道条件估计器130确定信道SNR并将信道SNR转发至自适应长度估计组件125以及解调器和解码器120。自适应长度估计组件125使用以上描述且在图2A和2B中示出的自适应扩缩来计算长度。如果接收器成功地对已编码的块进行了解码，则解调器和解码器120向编码器提供确认。图1B提供相同的功能，并且，对组件进行类似标记，然而，为了使编码器105有效地改进其基于更精确的长度估计对信息/数据进行编码的能力，自适应长度估计组件125向编码器105提供反馈。本发明的另一实施例是：接收器向发送器反馈所估计出的信道SNR。发送器和接收器都具有自适应长度估计组件。

图2A示出了与图1A相对应的自适应长度估计的方法的示例实施例的流程图。在205，图1A的自适应长度估计组件接收来自信道条件估计器的信道SNR。然后，本发明的方法试图在查找表中定位接收到的SNR，该查找表是基于仿真而产生的，并且该查找表被存储在自适应长度估计组件可访问的存储器或存储系统中。在210确定SNR是否位于查找表中。如果SNR不在查找表中，则在230检索查找表中大于接收到的SNR的最接近的SNR。然后在235检索查找表中小于接收到的SNR的最接近的SNR。当然，执行这两个步骤的顺序可以互换。然后在240执行插值以计算自适应扩缩因子。如果SNR位于查找表中，则在215从查找表中检索适当的自适应扩缩因子。在220，将检索到的或计算出的自适应扩缩因子应用于自适应长度估计公式，以计算自适应长度估计。在225，向解调器和解码器提供自适应长度估计。图2B示出了与图1B相对应的自适应长度估计的方法的备选实施例的流程图。图2B非常类似于图2A，只是在245，将计算出的自适应长度估计转发至编码器。在本发明的另一实施例中，自适应扩缩因子的插值可以利用多于两个SNR点。

在本发明的功率调整方法中，如下所述，调整功率以满足截止时间。实际的通信系统通常具有发送信息/数据的截止时间。一旦到达截止时间，如果没有及时接收到已编码的信息/数据并对其进行解码，则系统必须放弃。在无比率编码系统中，如果不能在到达截止时间之前对成功解码所需数目的已编码比特进行通信，则接收器放弃并且发生差错。为了增大在截止时间之前成功解码的概率，本发明提供了功率调整。如果在接收侧可以用较小的功率来完成解码，或者在发送侧SNR足够高以便需要对信息/数据比特执行较少的编码，则功率调整方案还可以用于节约功率。

当接近截止时间但成功解码(根据自适应长度估计的)仅需要较小数目的额外比特时，使解码器放弃并允许差错发生是不恰当的。SNR越大，在到达截止时间之前(及时)对信息/数据进行通信的能力就越强。这意味着SNR越高，解码器需要越少的已编码比特。在相同的信道条件下，如果传输功率提高，则SNR提高。因此，如果信道SNR是已知的(或者是精确地估计的)并且可以确定所需的已编码比特的数目，则可以调整功率以在不发送附加的已编码比特的情况下使接收到的比特可解码。例如，如果估计出的长度是1010个已编码比特，但截止时间是在1000个已编码比特之内，则可以提高功率以将所需长度减小至1000个已编码比特或更少，使得解码器可以成功地进行解码。即，如果已提高了功率，则需要产生和发送较少的已编码比特，这是由于SNR相应地增大，这需要较少的已编码比特以成功接收信息/数据。此外，在无比率编码系统确定需要缩短截止时间或者将从功率的提高中受益的任何时候，都可以应用该功率调整方案。

相应地，如果在截止时间之前有足够的时间发送更多比特，则可以减小功率电平。这节约了发送器的功率消耗并减小了干扰。

图3A示出了将功率调整应用于本发明的无比率编码系统的结果。具体地，图3A的(a)示出了没有进行功率调整的无比率编码方案；图3A的(b)示出了将本发明的功率调整应用于无比率编码系统；以及图3A的(c)示出了在需要较少已编码比特的情况下在接收侧减小功率消耗从而节约解码器(接收器)处的功率的能力。图3B示出了本发明的功率调整方案的示例实施例的流程图。假定已经发送了N-1(N≥1)个已编码符号块，并且将剩下要编码的信息比特的等价数目定义为K′，其中 $K^{\′}=K-\underset{i=1}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\frac{I_i{L}_i}{{\mathrm{\γ}}_i}.$ 还假定信噪比(SNR)和调制方案(MOD)是已知的或者已经确定，可以使用本发明的自适应长度估计方法来计算在接收器侧成功解码所需的已编码符号数目。将所需的已编码符号数目表示为L_req(K′，SNR，MOD)。所需的已编码符号数目是K′、SNR和调制方案MOD的函数。将在截止时间之前可以发送出的已编码符号的最大数目表示为L_thr，其为截止时间之前的持续时间与符号率的乘积。即，L_thr是符号阈值。功率调整步长，或者等价地，SNR调整步长是Δ(dB)。在给定持续时间和符号率的情况下，在305可以确定在截止时间之前可以发送的已编码符号的阈值数目L_thr。在310，在给定K′、当前SNR和当前调制方案的情况下，计算所需的已编码符号数目L_req。在315执行测试，以确定所需的已编码符号数目L_req是否小于符号的阈值数目L_thr。如果所需的已编码符号数目L_req小于符号的阈值数目L_thr，则可以减小传输功率电平。在320，使用等式3来确定整数m，使得所需的已编码符号数目L_req小于符号的阈值数目L_thr。具体地，可以将功率电平减小mΔdB。然后，在325将功率电平减小mΔdB，并且在340以所选传输功率电平发送已编码的数据。存在多种方式来确定整数m。一种简单的方法是以k＝1开始来检验L_req(K′，SNR-kΔ，MOD)＜L_thr是否成立，并且如果该不等式成立则将k增加1，直到可以确定k以使得L_req(K′，SNR-kΔ，MOD)＞L_thr。整数m等于k-1。如果所需的已编码符号数目L_req大于符号的阈值数目L_thr，则为了增大在截止时间之前可以发送所需数目的已编码比特的概率，可以增大传输功率电平。在330，使用等式3来确定整数m，使得所需的已编码符号数目L_req小于符号的阈值数目L_thr。具体地，可以将功率电平增大mΔdB。然后，在335将功率电平增大mΔdB，并且在340以所选传输功率电平发送已编码的数据。

可以通过提高功率并自适应地调整调制方法来完成自适应调制。在调制方案中，当发送器以非常接近于信道容量的速率发送比特(已编码的信息/数据)时，简单地提高功率将不提供多大益处。如果将调制方案切换至更高阶的调制，则提高传输功率产生用于无比率编码的更短的所需长度(在符号方面)。针对基于长度估计的无比率编码，本发明将功率调整与自适应调制相结合。只要信道SNR可以支持更高阶调制方案，就可以将调制方案切换至更高阶调制方案，以从增大的信道更高容量中获益。以下两个示例示出了自适应调制的使用。

1、在SNR等于5dB的QPSK调制方案下，产生非常接近于信道容量的速率。简单地提高功率将不会提供多大益处。切换至作为比QPSK更高阶的调制方案的16-QAM将导致在给定SNR下每符号对更多信息/数据进行编码。

2、在块衰落信道和块传输中，并且在截止时间之前的最后一个传输块中，假设长度估计显示了在当前调制方案和功率电平下不可能发送足够比特。本发明的方法可以应用三个策略：如果当前SNR低，则可以调整功率；如果当前SNR足够高并且单独增大功率电平将没有帮助，则可以使用连同功率调整自适应地调整调制方案，来缩短待发送(以及接收和解码)的已编码信息/数据的所需长度；如果增大功率电平引起干扰，则可以在不增大功率电平的情况下单独使用自适应地调整调制方案。

图4A示出了(a)没有自适应调制、(b)在接近截止时间时具有自适应调制、以及(c)在可被支持的任何时候都具有自适应调制的无比率编码方案。图4B和4C示出了本发明的自适应调制的方法的示例实施例的流程图。图4C是图4B的延续。针对给定的、本发明的系统可从中选择的Q个调制方案集合，例如，以每一个符号可携带的比特的升序排列的QPSK、16-QAM、64-QAM和256-QAM，使用例如图5所示的图，并且将调制方案表示为MOD[i]，i＝1，2，...，Q。选择当SNR增大时使用的阈值的集合。为了简单起见，将这些增大阈值表示为Th_up[i]，i＝1，2，...，Q。此外，选择当SNR减小时使用的阈值的集合。为了简单起见，将这些减小阈值表示为Th_down[i]，i＝1，2，...，Q。下面的表1示出了预先确定的且在本发明可访问的存储器或存储系统中存储的这种表的示例。

调制索引i	1	2	3	4
					MOD[i]	QPSK	16-QAM	64-QAM	256-QAM
Th_up[i](dB)	-∞	5	9	12
					Th_down[i]	4	8	11	+∞

表1

使用表1，例如，如果SNR增大(相对于前一SNR值)，则将使用表的Th_up部分。例如，如果上一个所报告的SNR是4.5dB并且当前SNR是5.5dB，则这将指示可以使用16-QAM调制。如果前一调制方案是QPSK，则可以切换至16-QAM。依然假定SNR增大，上一个SNR是5.5dB并且当前SNR是7.5dB，则这将指示在当前时刻不可以进行调制方案的改变。如果当前SNR高于12，则将使用256-QAM。对于减小的SNR，相应地使用表1的Th_down部分。

回来参照图4B和4C，并使用例如上面表1所示的图表，现在描述本发明的用于自适应地调整调制方案的方法。在405获得信道的当前SNR以及当前调制方案的索引。在410将当前SNR与上一个/前一个SNR进行比较。在415执行测试，以确定信道的SNR是否增大。如果信道的SNR增大，则在420将计数器初始化为当前调制方案。在425，将信道的当前SNR与当前调制方案和下一个更高阶调制方案的增大阈值进行比较。如果信道的SNR处于当前调制方案的增大阈值和下一个更高阶调制方案的增大阈值之间，则在445基于计数器来选择调制方案。这可能意味着维持当前调制方案选择。在430递增计数器。在435对计数器进行测试，以确定是否已经将计数器递增至比其最大值小一。如果计数器依然低于阈值，则该方法进行至425。如果计数器已经到达阈值，则在440所选的调制方案是最高阶的调制方案。已经使用“升计数器”来描述本发明的方法，但也可以使用“降计数器”或者任何其他等价机制。

继续至图4C，在450执行测试以确定SNR是否减小。如果SNR没有减小，则维持当前调制方案选择并且在当前时刻不需要完成更多。如果SNR减小，则在455将计数器初始化为当前调制方案的索引。在460，将信道的当前SNR与当前调制方案和下一个更低阶调制方案的减小阈值进行比较。如果信道的SNR处于当前调制方案的减小阈值和下一个更低阶调制方案的减小阈值之间，则在480基于计数器来选择调制方案。这可能意味着维持当前调制方案选择。在465递减计数器。在470对计数器进行测试以确定是否已经将计数器递减至一。如果计数器不处于阈值处，则该方法进行至460。如果计数器已经到达阈值，则在475所选的调制方案是最低阶的调制方案。已经使用“降计数器”来描述本发明的方法，但也可以使用“升计数器”或者任何其他等价机制。

图5示出了对于不同调制方案的容量相对于SNR变化的图表。图5的图表可以用于帮助确定自适应地选择哪个调制方案，并提供上述表的基础。如图5所示，存在多个可用的调制方案。在各个测量到的SNR值处，不同的调制方案适用于数据传输。对于特定装置或系统来说可用的调制方案以及上述图表或任意类似图表可以用于产生例如上面的表1或下面的表2所示的表。表2是表1的备选实施例，其中仅使用一个阈值而不是两个阈值(增大阈值和减小阈值)。表2是示例性的单一阈值表，其中Th[i]，i＝1，2，...，Q。

调制索引i	1	2	3	4
					MOD[i]	QPSK	16-QAM	64-QAM	256-QAM
Th[i](dB)	-∞	5	9	12

表2

现在参照图4D，图4D是使用单一阈值表(例如表2)的本发明的自适应调制选择方法的备选实施例的流程图。在485获得信道的当前SNR。在487初始化计数器。在489，将信道的当前SNR与由计数器编索引的当前调制方案的阈值和由计数器编索引的下一个更高阶调制方案的阈值进行比较。如果信道的SNR处于由计数器编索引的当前调制方案的阈值和由计数器编索引的下一个更高阶调制方案的阈值之间，则在495基于计数器来选择调制方案。这可能意味着维持当前调制方案选择。在490递增计数器。在491对计数器进行测试以确定是否已经将计数器递增至比其最大值少一。如果计数器依然低于阈值，则该方法进行至489。如果计数器已经到达阈值，则在493所选的调制方案是最高阶的调制方案。

本发明的自适应长度估计方法是发送器对信道条件的反应的基础。如果发送器确定可以在截止时间之前对所需长度的比特进行编码并发送该所需长度的比特，则发送器可以考虑减小功率电平以节约功率或降低干扰。如果发送器确定不能使用当前功率电平来满足截止时间，则发送器考虑将传输功率电平增大至用于无比率通信系统的最大可能传输功率电平。如果当前调制方案非常接近于容量，则简单地提高功率将不会提供任何可观的益处。切换至更高阶调制方案是更好的选择。

本发明是改进无比率编码系统中吞吐量和差错性能的多方面方案。本发明的方法的组件/方面是自适应长度补偿、功率调整以及自适应调制。

使用自适应扩缩，可以自适应地调整长度估计，从而产生最小编码开销，这进而减小了解码开销。

如果自适应长度估计单独没有得到改进的性能(吞吐量和差错)，则可以将自适应长度估计与功率调整相结合。功率电平的增大导致SNR增大，这就导致在发送侧需要较少的信息/数据编码以及在接收侧使用较少比特对接收到的信息进行解码的能力。在备选方案中，如果信道的SNR足够，则可以减小功率电平以节约功率，同时依然满足对信息/数据进行接收和解码的截止时间。

可以将自适应长度估计与自适应地调整调制方案相结合。即，选择每符号中对更多信息/数据进行的更高阶调制方案。这导致了发送器发送更少符号的能力，从而节约了能量/功率。这意味着可以满足或缩短截止时间，从而导致吞吐量增大。

最后，可以将自适应长度估计与功率调整和调制方案的自适应调整同时相结合。当切换至更高阶调制方案时，在特定SNR以上，每符号中对更多信息/数据进行编码的能力增强。在将功率调整与自适应调制相结合的过程中，可以缩短所需的已编码符号长度。

图6A和6B示出了本发明的方法的示例实施例的流程图。图6A示出了发送侧的本发明的方法的示例实施例的流程图，而图6B示出了接收测的本发明的方法的示例实施例的流程图。在605，发送器接收来自接收器的信道SNR。同样在605，发送器获得当前调制方案和当前调制方案的索引以及当前传输功率电平和最大传输功率电平。同样在605，发送器确定剩下要发送的信息/数据比特的等价数目(K’)，并获得在截止时间之前可以发送的已编码符号的阈值数目(L_thr)。在610，发送器使用本发明的自适应长度估计方法来确定所需的已编码符号数目L_req。在615，将所需的已编码符号数目L_req与在截止时间之前可以发送的已编码符号的阈值数目进行比较。如果所需的已编码符号数目L_req小于在截止时间之前可以发送的已编码符号的阈值数目L_thr，则可以减小传输功率电平以节省功率。在620，使用等式3来确定整数m，使得所需的已编码符号数目L_req小于符号的阈值数目L_thr。具体地，可以将功率电平减小mΔdB。然后，在625将功率电平减小mΔdB，并且在630以所选传输功率电平发送已编码的数据。如果所需的已编码符号数目L_req大于符号的阈值数目L_thr，则为了增大在截止时间之前发送所需数目的已编码比特的概率，可以增大传输功率电平，或者为了增大在截止时间之前发送所需数目的已编码比特的概率，可以自适应地调整调制方案。

为了确定当前调制索引是否是最高阶调制方案的索引，在635将当前调制方案的索引与Q进行比较。如果当前调制方案的索引不小于最高阶调制方案的索引，则为了增大在截止时间之前可以发送所需数目的已编码符号的概率，可以增大传输功率电平。在640，使用等式3来确定整数m，使得所需的已编码符号数目L_req小于符号的阈值数目L_thr。具体地，可以将功率电平增大mΔdB。在643，选择以Q为索引的调制方案(最高索引，因此是最高阶调制方案)。在645执行测试以确定传输功率电平是否小于最大可能电平。如果传输功率电平小于最大可能电平，则在675将功率电平增大mΔdB，并且在630以所选的传输功率电平发送已编码的数据。如果传输功率电平不小于最大可能电平，则其必须处于最大可能电平，所以在650选择最大可能传输功率电平以进行传输。此时，由于传输功率处于最大可能电平，并且不能对调制方案进行自适应调整，因此存在差错的可能性。在630以所选的传输功率电平发送已编码的数据。

如果当前调制方案的索引小于最高阶调制方案，则在655将当前SNR与下一个最高阶调制方案的阈值进行比较。如果当前SNR小于下一个最高阶调制方案的阈值，则使用等式3来确定整数m，使得在660所需的已编码符号数目L_req小于符号的阈值数目L_thr。在665执行测试，以确定当前SNR加上传输功率电平的增加是否小于下一个最高阶调制方法的阈值。如果当前SNR加上传输功率电平的增加小于下一个最高阶调制方案的阈值，则在667选择由当前调制方案编索引的调制方案。该方法进行至645。如果当前SNR加上传输功率电平的增加大于或等于下一个最高阶调制方案的阈值，则在670将调制方案索引增加1。

现在参照图6B，在681，无比率通信系统中的接收器经由任何其他已知方法来接收训练信号或与信道条件相关的其他信息，以及通过信道接收L个已编码符号。在683，接收器使用训练信号或与信道条件相关的、所提供的其他信息来估计SNR。在685，接收器将与信道条件相关的信息转发至发送器。在687，使用上述自适应长度估计方法，接收器确定所需已编码符号的最小数目L_req。在691，执行测试以确定是否接收到至少该最小所需数目的已编码符号。如果接收到最小所需数目的已编码符号，则在693，接收器对接收到的符号进行解码。如果没有接收到最小所需数目的已编码符号，则不执行解码，这是由于将不可能适当地对接收到的符号进行解码。

尽管上述方案没有提到块的概念，但也可以将这些方案应用于任意基于块的系统。基于块的系统是以离散方式逐块地发送信息的那些系统。在这种情况下，可以以逐块的方式来应用功率调整和自适应调制。例如，当发送新块时，可以将本发明的自适应调制切换至另一种调制方法，但是不能在块内改变该自适应调制。图7示出了将本发明的自适应调制扩展成基于块的编码方案的结果。这对于功率调整来说也是适用的。图8A示出了如现有技术那样的不应用任何功率调整的基于块的编码方案。图8B示出了本发明的应用功率调整的基于块的编码方案。然而，如果通信系统可以支持从一种调制方法到另一种调制方法的瞬时切换，则也可以在这种情况下使用上述方案。

现在参照图9，图9示出了根据本发明原理的编码器的框图，控制模块905接收来自接收器的信息/数据和信道条件和/或自适应长度估计，该接收器根据本发明原理来进行操作。通过使用图6A示出的方法或被设计为产生相同结果的任意方法进行操作，控制模块确定使用哪些方法来最佳地增大数据/信息的成功编码和传输的概率。如果编码器接收信道条件，则编码器首先调用自适应长度估计模块910，以确定必须根据原始数据/信息产生的已编码比特的最小所需数目。如果编码器接收来自接收器的自适应长度估计，则编码器可以绕开该组件及其确定。基于由控制模块905作出的测试和确定，可以调用功率调整模块915。进一步基于由控制模块905作出的测试和确定，可以调用自适应调制模块920。基于由控制模块905作出的测试和确定，可以同时调用功率调整模块915和自适应调制模块920。一旦控制模块已经作出适当的调整，就将数据转发至编码模块925，以根据所选的传输功率和调制方案来执行编码。

应当理解，可以以硬件、软件、固件、专用处理器、或其组合等各种形式来实现本发明。优选地，将本发明实现为硬件和软件的组合。此外，优选地，将软件实现为在程序存储设备上有形体现的应用程序。该应用程序可以被上载至包括任意合适架构在内的机器，并由该机器执行。优选地，在计算机平台上实现该机器，该计算机平台具有诸如一个或多个中央处理单元(CPU)、随机存取存储器(RAM)以及输入/输出(I/O)接口之类的硬件。计算机平台还包括操作系统和微指令代码。此处描述的各种过程和功能可以是经由操作系统执行的微指令代码的一部分或应用程序的一部分(或者其组合)。另外，可以将各种其他外围设备连接至该计算机平台，例如附加数据存储设备和打印设备。

还应当理解，由于优选地以软件实现附图中示出的构成系统组件和方法步骤中的一些，因此系统组件(或者过程步骤)之间的实际连接可以根据对本发明进行编程的方式而有所不同。在此处给定教导的情况下，相关领域普通技术人员将能够想到本发明的这些和类似的实施方式或配置。

Claims (24)

1、一种用于自适应地调整无比率编码系统的数据通信的方法，所述方法包括：

自适应地估计符号编码长度；

确定符号阈值；

确定所述自适应地估计的符号编码长度是否小于所述符号阈值；

基于所述第二个确定动作来调整传输功率电平；以及

基于所述第二个确定动作来自适应地调整调制方案。

2、根据权利要求1所述的方法，还包括：

接收信道条件信息；

确定所述调制方案；

确定所述传输功率电平；以及

其中，所述自适应地估计的符号编码长度是基于所述信道条件信息、所述调制方案和所述传输功率电平的。

3、根据权利要求2所述的方法，还包括：

确定分配给数据通信的、截止日期之前的持续时间；

确定所述无比率通信系统的符号率；以及

其中，所述符号阈值是基于所述持续时间和所述符号率的。

4、根据权利要求1所述的方法，其中，如果所述自适应地估计的符号编码长度小于所述符号阈值，则减小所述传输功率电平。

5、根据权利要求3所述的方法，其中，如果所述调制方案等于所述无比率通信系统的最高阶调制方案，并且所述自适应地估计的符号编码长度大于或者等于所述符号阈值，则将所述传输功率电平增大至不高于最大可能传输功率电平。

6、根据权利要求3所述的方法，其中，如果所述调制方案小于所述无比率通信系统的最高阶调制方案，并且所述自适应地估计的符号编码长度大于或者等于所述符号阈值，则自适应地调整所述调制方案。

7、根据权利要求1所述的方法，其中，所述无比率通信系统是基于块的无比率编码系统，并且，对所述调制方案的自适应调整是逐块地执行的。

8、根据权利要求2所述的方法，还包括：

基于所述信道条件信息来确定自适应扩缩因子；以及

应用所述扩缩因子，以确定所述自适应地估计的符号编码长度。

9、一种用于自适应地调整无比率编码系统的数据通信的系统，包括：

用于自适应地估计符号编码长度的装置；

用于确定符号阈值的装置；

用于确定所述自适应地估计的符号编码长度是否小于所述符号阈值的装置；

用于基于所述第二个确定装置来调整传输功率电平的装置；以及

用于基于所述第二个确定装置来自适应地调整调制方案的装置。

10、根据权利要求9所述的系统，还包括：

用于接收信道条件信息的装置；

用于确定所述调制方案的装置；

用于确定所述传输功率电平的装置；以及

其中，所述自适应地估计的符号编码长度是基于所述信道条件信息、所述调制方案和所述传输功率电平的。

11、根据权利要求10所述的系统，还包括：

用于确定分配给数据通信的、截止日期之前的持续时间的装置；

用于确定所述无比率通信系统的符号率的装置；以及

其中，所述符号阈值是基于所述无比率通信系统的所述时间长度和所述符号率的。

12、根据权利要求9所述的系统，其中，如果所述自适应地估计的符号编码长度小于所述符号阈值，则减小所述传输功率电平。

13、根据权利要求11所述的系统，其中，如果所述调制方案等于所述无比率通信系统的最高阶调制方案，并且所述自适应地估计的符号编码长度大于或者等于所述符号阈值，则将所述传输功率电平增大至最高为最大可能传输功率电平。

14、根据权利要求13所述的系统，其中，如果所述调制方案小于所述无比率通信系统的所述最高阶调制方案，并且所述自适应地估计的符号编码长度大于或者等于所述符号阈值，则自适应地调整所述调制方案。

15、根据权利要求9所述的系统，其中，所述无比率通信系统是基于块的无比率编码系统，并且，对所述调制方案的自适应调整是逐块地执行的。

16、根据权利要求10所述的系统，还包括：

基于所述信道条件信息来确定自适应扩缩因子；以及

应用所述扩缩因子，以确定所述自适应地估计的符号编码长度。

17、一种用于对无比率编码系统的通信进行解码的方法，所述方法包括：

接收已编码的符号；

确定所述接收到的已编码符号的长度是否大于已编码符号的阈值数目；以及

如果所述接收到的已编码符号的所述长度大于已编码符号的所述阈值数目，则对所述接收到的已编码符号进行解码。

18、根据权利要求17所述的方法，还包括：

估计信道条件；

基于所述估计出的信道条件来确定自适应长度估计；以及

确定已编码符号的所述阈值数目。

19、根据权利要求18所述的方法，其中，所述估计出的信道条件包括信噪比。

20、根据权利要求18所述的方法，其中，所述信道条件是基于训练信号来估计的。

21、一种用于对无比率编码系统的通信进行解码的装置，包括：

用于接收已编码的符号的装置；

用于确定所述接收到的已编码符号的长度是否大于所需的已编码符号的阈值数目的装置；以及

用于在所述接收到的已编码符号的所述长度大于已编码符号的所述阈值数目的情况下对所述接收到的已编码符号进行解码的装置。

22、根据权利要求21所述的装置，还包括：

用于估计信道条件的装置；

用于基于所述估计出的信道条件来确定自适应长度估计的装置；以及

用于确定已编码符号的所述阈值数目的装置。

23、根据权利要求22所述的装置，其中，所述估计出的信道条件包括信噪比。

24、根据权利要求22所述的装置，其中，所述信道条件是基于训练信号来估计的。

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