CN101873194A - 应用于不同长度包信号的调制及编码方案的选择方法 - Google Patents

Abstract

本发明的应用于不同长度包信号的调制及编码方案的选择方法包含下列步骤：将不同包长度的信号加以分组，其中各组别对应的不同调制及编码方案均具有权重；以不同调制及编码方案发送信号；根据所述发送信号的接收质量调整对应各包长度组别的各调制及编码方案的权重；以及根据所述权重及将发送信号的包长度决定调制及编码方案。

Description

应用于不同长度包信号的调制及编码方案的选择方法

技术领域

本发明涉及一种选择通信系统的调制及编码方案的方法，明确地说涉及一种应用于不同长度包信号的调制及编码方案的选择方法。

背景技术

在无线局域网Wi-Fi的应用中，例如应用电气和电子工程师学会(Institute ofElectrical and Electronics Engineers，IEEE)所规范的802.11n系统中，要求接收端根据传输环境而建议发送端的调制及编码方案(Modulation and Coding Scheme，MCS)，并根据传输环境变化实时调整所述调制及编码方案以达到最大的吞吐量(throughput)。

在各种调制及编码方案的调整方法中，自动式速率后退(Automatic Rate Fallback，ARF)算法实际上是目前相当普遍的一种算法，其将所应用通信系统的各种调制及编码方案订立优先顺序，并于接收端观察固定时间内的包错误率(Packet Error Rate，PER)。如果在所述固定时间内所述接收端的包错误率高于某一上临界值，那么根据所述优先顺序调整到较低数据速率(data rate)的调制及编码方案。如果在所述固定时间内所述接收端的包错误率低于某一下临界值，那么根据所述优先顺序调整到较高数据速率的调制及编码方案。

另一种较为常见的调整方法则根据传输环境，即以信噪比来调整发送端的调制及编码方案。图1显示在IEEE的802.11n系统下，根据不同信噪比的最佳调制及编码方案进行实验所得的测量图。如图1所示，其实验环境是应用于例如具有至少两个天线的多天线系统的传输架构，在实验中还包括双发送天线及双接收天线，并共有16种调制及编码方案，其中0～7为单空间流(single spatial stream)的调制及编码方案，而8～15则为双空间流的调制及编码方案。接收端将图1的测量图以表格方式存储，并根据所述表格调整发送端的调制及编码方案。

理论上，发送信号的包长度越长，其包错误率越高。图2即显示以不同调制及编码方案及不同包长度发送信号对应各信噪比的包正确率。如图2所示，在相同传输环境下，例如信噪比等于2时，以长度L，调制及编码方案MCSi及以长度16L，调制及编码方案MCS(i+1)所发送的信号，其具有类似的包正确率。另一方面，在相同传输环境及相同长度下，例如信噪比等于2及长度等于L时，与以调制及编码方案MCS(i)所发送的信号相比，以调制及编码方案MCS(i+1)所发送的信号具有较高的包正确率。

然而，上述的调整方法均未针对发送信号的包长度进行调整。因此，如果应用于具有不同包长度的通信系统，那么有必要针对包长度调整调制及编码方案。在IEEE的802.11n系统下，发送信号的包长度范围最长可达64KB。即使以相同的调制及编码方案发送信号，对应不同的包长度，也会有不同的包错误率。然而，如果针对所有包长度及所有调制及编码方案的各种组合发送信号以分别统计其包错误率，进而决定发送信号的调制及编码方案，将耗费大量的测试时间而无法实际应用于业界。

因此，有必要针对具有不同包长度的通信系统设计一种快速且易于实现的调制及编码方案的选择方法。

发明内容

本发明的应用于不同长度包信号的调制及编码方案的决定方法是根据不同的包长度分别统计各调制及编码方案的权重，并根据发送信号的接收质量更新各包长度的各调制及编码方案的权重。

本发明的应用于不同包长度信号的调制及编码方案的选择方法的一实施例包含下列步骤：将不同包长度的信号加以分组，其中各组别对应的不同调制及编码方案均具有权重；以不同调制及编码方案发送信号；根据所述发送信号的接收质量调整对应各包长度组别的各调制及编码方案的权重；以及根据所述权重及将发送信号的包长度决定调制及编码方案。

本发明的另一实施例包含下列步骤：将不同包长度的信号加以分组，其中各组别对应的不同调制及编码方案均具有权重；以调制及编码方案及包长度发送信号，并接收所述发送信号的接收完成信号；如果所述发送信号的接收完成信号为1，那么增加包长度等于所述发送信号的组别中数据速率大于等于所述调制及编码方案的权重，并增加包长度小于等于所述发送信号的组别中大于等于所述调制及编码方案的权重，以及减少包长度等于所述发送信号的组别中数据速率小于所述调制及编码方案的权重；如果所述发送信号的接收完成信号为0，那么减少包长度等于所述发送信号的组别中数据速率大于等于所述调制及编码方案的权重，并减少包长度大于等于所述发送信号的组别中大于等于所述调制及编码方案的权重，以及增加包长度等于所述发送信号的组别中数据速率小于所述调制及编码方案的权重；根据包长度及其对应的调整后权重选择调制及编码方案，并重复所述发送步骤；以及根据所述权重及将发送信号的包长度决定调制及编码方案。

附图说明

图1显示根据不同信噪比的最佳调制及编码方案的测量图；

图2显示不同调制及编码方案及不同包长度发送信号对应的各信噪比的包正确率；以及

图3显示本发明的应用于不同长度包信号的调制及编码方案的决定方法的实施例的流程图。

具体实施方式

在本发明的应用于IEEE的802.11n系统的实施范例中，针对不同包长度的信号分别统计其对应的不同调制及编码方案的接收质量。所述统计不限于个别地对每种包长度的信号均分别统计，而可将相近包长度的信号一起统计以加快所述决定过程的收敛速度，例如可以16KB为准，将各长度信号依照0KB～4KB、4KB～8KB至60KB～64KB分成16个组。理论上，分类粗略的分组拥有较快的收敛速度，而分类较细的分组则更准确。

图3显示本发明的应用于不同长度包信号的调制及编码方案的选择方法的实施例的流程图。在步骤301，将不同包长度的信号加以分组，其中各组别对应的不同调制及编码方案均具有权重，并进入步骤302。在步骤302，设定初始包长度和调制及编码方案，并进入步骤303。在步骤303，根据选定的包长度和调制及编码方案发送信号，接收所述发送信号的接收完成信号，并进入步骤304。在步骤304，判断所述接收完成信号的值。如果所述接收完成信号为1，那么进入步骤305，反之则进入步骤306。在步骤305，增加包长度等于所述发送信号的组别中数据速率大于等于所述调制及编码方案的权重，增加包长度小于等于所述发送信号的组别中大于等于所述调制及编码方案的权重，以及减少包长度等于所述发送信号的组别中数据速率小于所述调制及编码方案的权重，并进入步骤307。在步骤306，减少包长度等于所述发送信号的组别中数据速率大于等于所述调制及编码方案的权重，减少包长度大于等于所述发送信号的组别中大于等于所述调制及编码方案的权重，以及增加包长度等于所述发送信号的组别中数据速率小于所述调制及编码方案的权重，并进入步骤307。在步骤307，根据将发送信号的包长度，选择目前权重最高的调制及编码方案，并进入步骤308。在步骤307中，如果有两个以上权重最高的调制及编码方案，那么选择数据速率最大的调制及编码方案。在步骤308，判断所述调制及编码方案的权重是否已收敛。如果判断结果为是，那么进入步骤309，反之则回到步骤303。在步骤308，根据将发送信号的包长度，选择权重最高的调制及编码方案作为发送端的调制及编码方案。

在本发明应用于多天线系统的部分实施例中，步骤302先设定单空间流的调制及编码方案。待步骤308判断目前调制及编码方案的权重已收敛，则增加空间流的数目并重新进行步骤301。

以下例示本发明的应用于IEEE的802.11n通信系统的实施范例，其应用于IEEE的802.11n系统。所述通信系统为具有至少两个天线的系统，并有16种调制及编码方案，其中8种为单空间流的调制及编码方案(MCS0～MCS7)，另外8种则为双空间流的调制及编码方案(MCS8～MCS15)。所述通信系统发送信号的包长度为0～64KB。

步骤301，将不同包长度的信号以4KB为准分成0KB～4KB、4KB～8KB至60KB～64KB共16个组，其中每组均包含初始值为0而长度为8的向量Vk，k等于1～16。所述向量Vk存储的值即代表调制及编码方案MCS0至MCS7的权重，而MCS0至MCS7的排列顺序则依照数据速率从低排到高。

在步骤302，先以单空间流的调制及编码方案传送信号，并设定初始包长度和调制及编码方案，例如长度为17KB，调制及编码方案为MCS4。在步骤303，根据选定的调制及编码方案MCS4发送信号，并接收其接收完成信号。在步骤304，判断所述接收完成信号的值为1，并进入步骤305。步骤305和306的权重计算方式可根据下列虚拟代码：

If(Ack＝＝1)

Vk[m]＝Vk[m]+1；for all m≥mcs

Vk[m]＝Vk[m]-1；for all m＜mcs

Vi[m]＝Vk[m]+1；for all m≥mcs，i≤k

Else

Vk[m]＝Vk[m]-1；for all m≥mcs

Vk[m]＝Vk[m]+1；for all m＜mcs

Vi[m]＝Vk[m]-1；for all m≥mcs，i≤k

其中Ack为发送信号的接收完成信号，m为0至7的正整数，k为所述发送信号对应的分组，而mcs为选定的调制及编码方案。因此，在步骤305即增加V5[4]至V5[7]的值并减少V5[0]至V5[3]的值，以及增加V1至V4中第5至第8字段的值，因此V1至V4均等于[0，0，0，0，1，1，1，1]，V5＝[-1，-1，-1，-1，2，1，1，1]，而V6至V16均等于[0，0，0，0，0，0，0，0]。

接着，在步骤307，根据将发送信号的包长度，选择目前权重最高的调制及编码方案。如果将发送信号的包长度为64KB，那么参照向量V16的值，选择目前权重最高的调制及编码方案。由于所有调制及编码方案的权重均为0，因此选择其中数据速率最高的MCS作为选定的调制及编码方案，即MCS7。在步骤308，判断所述调制及编码方案的权重尚未收敛，因此继续进行步骤303，以包长度为64KB及调制及编码方案为MCS7发送信号。

如果这次在步骤304，判断所述接收完成信号的值为0，那么进入步骤306，减少V16[7]的值并增加V16[0]至V16[6]的值，以及减少V16中第8字段的值，因此V1至V4均等于[0，0，0，0，1，1，1，1]，V5＝[-1，-1，-1，-1，2，1，1，1]，V6至V15均等于[0，0，0，0，0，0，0，0]，而V16等于[1，1，1，1，1，1，1，-2]。

待判断目前调制及编码方案的权重已收敛，即各组别均已存在稳定的最高权重的调制及编码方案，那么增加空间流的数目为2，并重新进行步骤301。

根据实验结果，与不考虑包长度而直接统计各调制及编码方案的权重相比，本发明的调制及编码方案的决定方法具有显著的功效增进。换句话说，由实验结果所示，根据本发明的调制及编码方案的决定方法以发送信号具有较低的吞吐量损失。

综上所述，本发明的调制及编码方案的决定方法不仅考虑不同的包长度，其还以易于实现的方法，在发送信号后更新各包长度的调制及编码方案权重。换句话说，本发明的调制及编码方案的决定方法仅稍微增加发送端的运算量而大幅降低吞吐量的损失。

以上揭示了本发明的技术内容及技术特点，然而所属领域的技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示内容而作种种不背离本发明精神的替换及修改。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修改，并为以上权利要求书所涵盖。

Claims (18)

1.一种调制及编码方案的选择方法，其特征在于其包含下列步骤：

将不同包长度的信号加以分组，其中各组别对应的不同调制及编码方案均具有权重；

以不同调制及编码方案发送信号；

根据所述发送信号的接收质量调整对应各包长度组别的各调制及编码方案的权重；以及

根据所述权重及将发送信号的包长度决定调制及编码方案。

2.根据权利要求1所述的选择方法，其特征在于其中所述发送信号的接收质量即为所述发送信号的接收完成信号。

3.根据权利要求1所述的选择方法，其特征在于其中所述调制及编码方案均属于同一数量空间流的调制及编码方案。

4.根据权利要求1所述的选择方法，其特征在于其进一步包含下列步骤：

如果所述权重收敛，那么改变空间流的数目。

5.根据权利要求1所述的选择方法，其特征在于其应用于具有至少两个天线的系统。

6.根据权利要求1所述的选择方法，其特征在于其应用于电气和电子工程师学会所规范的802.11n规范的系统。

7.一种调制及编码方案的选择方法，其特征在于其包含下列步骤：

将不同包长度的信号加以分组，其中各组别对应的不同调制及编码方案均具有权重；

以调制及编码方案及包长度发送信号，并接收所述发送信号的接收完成信号；

如果所述发送信号的接收完成信号为1，那么增加包长度等于所述发送信号的组别中数据速率大于等于所述调制及编码方案的权重，并增加包长度小于等于所述发送信号的组别中大于等于所述调制及编码方案的权重，以及减少包长度等于所述发送信号的组别中数据速率小于所述调制及编码方案的权重；

如果所述发送信号的接收完成信号为0，那么减少包长度等于所述发送信号的组别中数据速率大于等于所述调制及编码方案的权重，并减少包长度大于等于所述发送信号的组别中大于等于所述调制及编码方案的权重，以及增加包长度等于所述发送信号的组别中数据速率小于所述调制及编码方案的权重；

根据包长度及其对应的调整后权重选择调制及编码方案，并重复所述发送步骤；以及

根据所述权重及将发送信号的包长度决定调制及编码方案。

8.根据权利要求7所述的选择方法，其特征在于其中所述发送信号的接收质量即为所述发送信号的接收完成信号。

9.根据权利要求7所述的选择方法，其特征在于其中所述调制及编码方案均属于同一数量空间流的调制及编码方案。

10.根据权利要求7所述的选择方法，其特征在于其中所述根据包长度及其对应的调整后权重选择调制及编码方案的步骤是从所述调制及编码方案中选择目前权重最高的调制及编码方案来发送信号。

11.根据权利要求10所述的选择方法，其特征在于其中如果有两个以上权重最高的调制及编码方案，那么选择数据速率最大的调制及编码方案。

12.根据权利要求7所述的选择方法，其特征在于其中所述决定调制及编码方案的步骤是选择权重最高的调制及编码方案。

13.根据权利要求7所述的选择方法，其特征在于其中如果所述发送信号的接收完成信号为1，那么将包长度等于所述发送信号的组别中数据速率大于等于所述调制及编码方案的权重加1，并将包长度小于等于所述发送信号的组别中大于等于所述调制及编码方案的权重加1，以及将包长度等于所述发送信号的组别中数据速率小于所述调制及编码方案的权重减1。

14.根据权利要求7所述的选择方法，其特征在于其中如果所述发送信号的接收完成信号为0，那么将包长度等于所述发送信号的组别中数据速率大于等于所述调制及编码方案的权重减1，并将包长度大于等于所述发送信号的组别中大于等于所述调制及编码方案的权重减1，以及将包长度等于所述发送信号的组别中数据速率小于所述调制及编码方案的权重加1。

15.根据权利要求7所述的选择方法，其特征在于其中以向量形式记载所述调制及编码方案的权重。

16.根据权利要求7所述的选择方法，其特征在于其进一步包含下列步骤：

如果所述权重收敛，那么改变空间流的数目。

17.根据权利要求7所述的选择方法，其特征在于其应用于具有至少两个天线的系统。

18.根据权利要求7所述的选择方法，其特征在于其应用于电气和电子工程师学会所规范的802.11n规范的系统。

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