CN102264124A - 比特和功率分配方法、装置以及通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种比特和功率分配方法、装置以及通信系统。所述比特和功率分配方法包括：确定用于各子信道的备选调制方式集合；根据预定的目标误码率来构建信噪比查找表，所述信噪比查找表中包含在所述目标误码率下信噪比与所述备选调制方式集合中的各个调制方式所对应的比特数的对应关系；获取所述各个子信道的归一化信噪比；初始化各个信道的比特数；根据各个信道的比特数、各个子信道的归一化信噪比以及所述信噪比查找表来初始化各个子信道的功率；以及按照功率利用率最大化的原则对各个子信道的比特数和功率进行调整，以获得各个子信道的比特数和功率分配结果。

Description

比特和功率分配方法、装置以及通信系统

技术领域

本发明总体上涉及通信领域，更具体而言，涉及一种应用于多子信道并行通信系统中的比特和功率分配方法、装置以及一种通信系统。

背景技术

在高速数据传输系统比如无线局域网(WLAN)和各种数字用户线路(xDSL)网络中，当采用多子信道并行通信机制时，为了在多个子信道上高效地和低错误地传送比特流，需要适当地对各个子信道进行比特和功率分配。

目前，基于注水原理(见佟学俭，罗涛，“OFDM移动通信技术原理与应用”，人民邮电出版社)及在注水原理基础上进行改进得到的比特功率分配方法，比如Chow算法(见P.S.Chow、J.M.Cioffi和J.A.C.Bingham等人的“A practical discrete multitone transceiver loadingalgorithm for data transmission over spectrally shaped channels”，IEEETrans.Commun.，Vol.43，no.2，1995年2月)、基于贪婪算法的LC算法(见J.M.Cioffi的“Advanced digital communication”，course reader[在线].网址：http://www.standford.edu/class/ee379c(于2010年5月20日最后访问))等，广泛地应用于多载波系统，如OFDM、MIMO-OFDM、DMT系统等。这些方法都利用QAM调制格式的gap近似(见John M.Cioffi的“A multicarrier prime”[在线].网址：http://www.stanford.edu/group/cioffi/documents/multicarrier.pdf(于2010年5月20日最后访问))以及给定的误符号率，来给出功率与比特数之间的关系。

这样做有两个缺陷：一方面，针对正方形QAM调制格式的gap近似本身不够精确；另一方面，误符号率不能精确地反映系统的性能，而误码率才是系统性能的最终体现。

发明内容

在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

本发明旨在提供一种比特和功率分配方法、装置以及一种通信系统，其能够至少克服现有技术中的上述缺陷。

根据本发明的一个方面，提供了一种比特和功率分配方法，包括：确定用于各子信道的备选调制方式集合；根据预定的目标误码率来构建信噪比查找表，所述信噪比查找表中包含在所述目标误码率下信噪比与所述备选调制方式集合中的各个调制方式所对应的比特数的对应关系；获取所述各个子信道的归一化信噪比；初始化所述各个信道的比特数；根据所述各个信道的比特数、所述各个子信道的归一化信噪比以及所述信噪比查找表来初始化所述各个子信道的功率；以及按照功率利用率最大化的原则对所述各个子信道的比特数和功率进行调整，以获得所述各个子信道的比特数和功率分配结果。

根据本发明的另一方面，提供了一种比特和功率分配装置，包括：预处理单元，配置用于确定用于各子信道的备选调制方式集合，获取所述各个子信道的归一化信噪比，初始化所述各个信道的比特数，以及根据所述各个信道的比特数、所述各个子信道的归一化信噪比以及信噪比查找表来初始化所述各个子信道的功率；查找表构建单元，配置用于根据预定的目标误码率来构建所述信噪比查找表，所述信噪比查找表中包含在所述目标误码率下信噪比与所述备选调制方式集合中的各个调制方式所对应的比特数的对应关系；以及比特和功率调整单元，配置用于按照功率利用率最大化的原则对所述各个子信道的比特数和功率进行调整，以获得所述各个子信道的比特数和功率分配结果。

根据本发明的另一方面，还提供了一种通信系统，包括：发送装置，配置用于将输入的数据调制到各个子信道上，并经由各个子信道将所述数据发送到接收装置；所述接收装置，配置用于对所述各个子信道进行解调以获得所述数据，以及对所述各个子信道进行信道估计；以及比特和功率分配装置，配置用于根据所述信道估计的结果来对所述各个子信道进行比特和功率分配，并将分配结果发送给所述发送装置；其中，所述比特和功率分配装置是上述比特和功率分配装置。

另外，根据本发明的其它方面，还提供了相应的计算机可读存储介质和计算机程序产品。

通过以下结合附图对本发明的最佳实施例的详细说明，本发明的这些以及其他优点将更加明显。

附图说明

参照下面结合附图对本发明实施例的说明，会更加容易地理解本发明的以上和其它目的、特点和优点。附图中的部件只是为了示出本发明的原理。在附图中，相同的或类似的技术特征或部件将采用相同或类似的附图标记来表示。

图1示出用多个子信道进行并行通信的系统的示意性框图。

图2示出根据本发明的实施例的比特和功率分配方法的流程图。

图3示出根据本发明的实施例的子信道功率初始化步骤以及子信道比特数和功率调整步骤的流程图。

图4示出根据本发明的另一实施例的子信道比特数和功率调整步骤的流程图。

图5示出根据本发明的又一实施例的子信道比特数和功率调整步骤的流程图。

图6示出根据本发明的实施例的比特和功率分配装置的示意性框图。

图7示出根据本发明的实施例的通信系统的示意性框图。

图8示出可用于实施根据本发明实施例的方法、装置及系统的计算机的示意性框图。

具体实施方式

下面参照附图来说明本发明的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。

图1为用多个子信道进行并行通信的系统的示意性框图。通常，在多子信道并行通信系统中，如图1所示，在发送设备110中，输入数据通过子信道星座映射及功率控制单元被分别调制到各个子信道上。接着，所述数据通过信道传输到接收设备120。在接收设备120中，由子信道星座反映射单元分别对各个子信道进行解调，从而恢复出所传数据。另外，在子信道解调的过程中，可以由接收设备120中的信道估计单元进行信道估计，以得到各子信道的归一化信噪比(即，当发射功率为单位值时的信噪比)。信道估计可以通过发射训练序列来完成，也可以是判决辅助的方式。子信道比特和功率分配装置130根据信道估计的结果，采用特定的比特和功率分配方法来对子信道的比特和功率进行优化配置，并将分配结果通知给发送设备110中的子信道星座映射及功率控制单元110。发送设备110将利用该分配结果对子信道进行星座映射及功率控制。通常，子信道比特和功率分配装置130可以设置在发送设备110或接收设备120中，也可以作为独立设备单独设置。

在图1所示的系统100中，子信道星座映射及功率控制单元110和子信道星座反映射单元120的具体实现方式取决于所采用的调制技术，可以是正交频分复用(OFDM)、离散多音频(DMT)、频分复用(FDM)等多载波技术，也可以是多输入多输出(MIMO)或偏振复用等空分复用技术，还可以是多种技术的结合如MIMO-OFDM技术。这些技术的共同点在于，在接收设备中经过解调、均衡等处理后，各子信道在逻辑上可以近似视为独立传输(干扰很小)的高斯信道。

在本发明中，对图1中的子信道比特和功率分配装置130及其操作方法进行改进的设计，以至少克服现有技术中的上述缺陷。在本发明的比特和功率分配方法和装置中，为了精确地反映系统的性能，根据预定的目标误码率来构建信噪比查找表，并基于该信噪比查找表进行至少子信道功率的初始化。

图2示出根据本发明的实施例的比特和功率分配方法的流程图。如图2所示，在步骤S210中，确定用于各子信道的备选调制方式集合。

在本发明的比特和功率分配方法中，对各个子信道的调制方式没有限制。但是为了说明的目的，以下以M进制正交幅度调制(M-QAM)和M进制相移键控(M-PSK)调制方式为例，来说明根据本发明的方法。

假设系统有N个子信道，将在各个子信道上加载的比特数为(b₁，b₂，...，b_N)。每个子信道传输的比特数可以从集合{0，a₁，a₂，…，a_L，a_i＜a_i+1，a_i为正整数}中选取，a_L为最大允许传输的比特数，0表示该子信道不能使用。如果采用M-QAM调制方式，则上述比特数集合对应于调制方式集合{0，2^a₁-QAM，2^a₂-QAM，…，2^a_L-QAM}。如果采用M-PSK调制方式，则上述比特数集合对应于于调制方式集合{0，2^a₁-PSK，2^a₂-PSK，…，2^a_L-PSK}。通常可取{a₁，a₂，…，a_L}＝{1，2，…，L}或{2，4，…，2L}。同样，当确定了用于各个子信道的备选调制方式集合后，相应地也可以得到与备选调制方式集合中的各个调制方式相对应的比特数。例如，2^a₁-QAM对应于a₁个比特数。也就是说，2^a₁-QAM调制方式中有2^a₁个星座点，则相应地需要a₁个比特来传送该2^a₁个星座点的值。

在上例中，各个子信道可以采用相同的调制方式。然而，在其它实施例中，各个子信道也可以采用不同的调制方式，只要保证与备选调制方式集合中的各个调制方式相对应的比特数没有重复。

在步骤S220中，根据预定的目标误码率来构建信噪比查找表。所述信噪比查找表中包含在目标误码率下，信噪比与备选调制方式集合中的各个调制方式所对应的比特数的对应关系。

可以利用现有技术已有的精确的误码率公式来计算表中的元素，即信噪比。例如，可以利用专利文献CN101304298A的说明书中的公式(10)来计算信噪比查找表中的元素。在该专利文献的公式(10)中，给出了误码率与信干噪比的关系。也可以利用专利文献CN101340224A的说明书第5页倒数第四行的公式来计算信噪比查找表中的元素。该公式给出了功率与误码率的关系，将公式右边的N₀移到公式左边即得到信噪比与误码率的关系。

下表1给出M-QAM调制方式下，以最大星座图为1024-QAM为例的信噪比查找表的示例。其中给出了分别在几种常用的目标误码率BER_target下，比特数与信噪比SNR的对应关系。在表1中，为了进一步方便后续计算，除了给出与比特数相对应的信噪比SNR，还给出了信噪比增量ΔSNR。在同一目标误码率下，每行的信噪比增量为该行的信噪比与上一行的信噪比之差。

表1

除了现有技术的误码率公式之外，对于M-QAM调制方式，还可以使用以下误码率公式来计算信噪比查找表中的元素。

当比特数a＝1时，信噪比SNR＝[erfc^-1(2BER_target)]²，

a＝3时， $\mathrm{SNR}=(3+\sqrt{3})[{\mathrm{erfc}}^{-1}{\left(\frac{16}{11}{\mathrm{BER}}_{t\arg \mathrm{et}}\right)]}^2$ 或者 $\mathrm{SNR}=6{\left[{\mathrm{erfc}}^{-1}\left(\frac{12}{5}{\mathrm{BER}}_{t\arg \mathrm{et}}\right)\right]}^2,$

当比特数为其他值时，可以用以下通用公式来计算信噪比查找表中的元素：

当比特数a＝2p+1，p为正整数且p≥2时，

信噪比以及

a＝2p，p为正整数时，信噪比

在上述公式中，BER_target即为预定的目标误码率。

下表2给出M-PSK调制方式下，以最大星座图为1024-PSK为例的信噪比查找表的示例。其中给出了分别在几种常用的目标误码率BER_target下，比特数与信噪比SNR的对应关系。同样，在表2中，为了进一步方便后续计算，除了给出与比特数相对应的信噪比SNR，还给出了信噪比增量ΔSNR。在同一目标误码率下，每行的信噪比增量为该行的信噪比与上一行的信噪比之差。

表2

除了现有技术的误码率公式之外，对于M-PSK调制方式，还可以使用以下误码率公式来计算信噪比查找表中的元素。

当比特数a＝1时，信噪比SNR＝[erfc^-1(2BER_target)]²，

a＝2时，SNR＝2[erfc^-1(2BER_target)]²，以及

a＝p，p为正整数且P≥3时，

在上述公式中，BER_target即为预定的目标误码率。

继续参考图2，在步骤S230中，获取各个子信道的归一化信噪比(g₁，g₂，...，g_N)。如前文所述，各个子信道的归一化信噪比，即各子信道发射单位功率时的信噪比，可以由通信系统中的接收设备通过信道估计来测得，或者通过其它现有手段来测得。

在步骤S240中，初始化各个子信道的比特数(b₁，b₂，...，b_N)。可以用各种已知的方式来进行比特数的初始化。例如，可以从与在步骤S210中确定的备选调制方式集合{0，2^a₁-QAM，2^a₂-QAM，…，2^a_L-QAM}相对应的比特数集合{0，a₁，a₂，…，a_L}中随机选取各个子信道的比特数。或者，也可以将各个子信道的比特数取全零。

在步骤S250中，初始化各个子信道的功率。可以根据各个信道的比特数(b₁，b₂，...，b_N)、各个子信道的归一化信噪比(g₁，g₂，...，g_N)以及信噪比查找表来初始化各个子信道的功率。具体而言，根据比特数(b₁，b₂，...，b_N)来查信噪比查找表，例如表1(如果采用M-PSK调制方式，则可以查例如表2)，以得到子信道k(1≤k≤N)的比特数b_k所对应的信噪比SNR(b_k)，作为子信道k的信噪比。然后，利用以下公式就可以计算得到子信道k的功率：

P_k(b_k)＝SNR(b_k)/γg_k，

其中g_k为子信道k的归一化信噪比，γ为预定的功率裕量。

经过比特数和功率的初始化之后，就可以在步骤S260中，按照功率最大化的原则来调整各个子信道的比特数和功率，以获得最终分配结果。可以利用各种已有的算法，例如码率自适应(rate adaptive)或裕量自适应(margin adaptive)算法，以迭代的方式来调整各个子信道的比特数和功率。在给出各个子信道的比特数和功率的初始值的情况下，本领域技术人员能够了解如何按照功率最大化的原则，应用现有算法来进行比特数和功率的调整，这里不再赘述。

在上述方法中，由于利用了根据目标误码率构造的信噪比查找表，使得初始化的功率相对较准确，从而可能减少在比特数和功率调整过程中执行的迭代次数。另外，由于预先构造了信噪比查找表，能够减轻后续比特数和功率调整过程的计算负担。

下面，结合图3-5来描述根据本发明的实施例的子信道比特数和功率调整过程。图3示出根据本发明的实施例的子信道功率初始化步骤以及子信道比特数和功率调整步骤的流程图。

为了实施根据本发明的实施例的比特数和功率调整过程，首先，在初始化子信道的功率的步骤中，除了初始化子信道的功率(P₁，P₂，...，P_N)之外，还初始化各个子信道的后向功率增量(ΔP_{1_current}，ΔP_{2_current}，...，ΔP_{N_current})和前向功率增量(ΔP_{1_next}，ΔP_{2_next}，...，ΔP_{N_next})，如图3中的步骤S250’所示。这里，后向功率增量表示当向子信道分配比所述子信道的当前比特数低一级的比特数时所述子信道的当前功率要减少的量，而前向功率增量表示当向子信道分配比所述子信道的当前比特数高一级的比特数时所述子信道的当前功率要增加的量。

具体而言，对于子信道k，1≤k≤N，其后向功率增量ΔP_{k_current}＝P_k(b_k)-P_k(比b_k低一级的比特数)，前向功率增量ΔP_{k_next}＝P_k(比b_k高一级的比特数)-P_k(b_k)。如果b_k＝0，则P_k＝0，ΔP_{k_current}＝0，ΔP_{k_next}＝P_k(a₁)。如果b_k＝a_L，则ΔP_{k_next}＝+∞。a₁为备选调制方式集合中级别最低的非零调制方式所对应的比特数，a_L为备选调制方式集合中级别最高的调制方式所对应的比特数。

前向和后向功率增量也可以通过查找信噪比查找表的方式来得到。先查表得到ΔSNR(b_k)和ΔSNR(比b_k高一级的比特数)，然后计算ΔP_{k_current}＝ΔSNR(b_k)/(γg_k)，ΔP_{k_next}＝ΔSNR(比b_k高一级的比特数)/(γg_k)。这里，g_k为子信道k的归一化信噪比，γ为预定的功率裕量。

应当理解，对于比特数或调制方式来说，比特数越大，或者调制方式中的星座点越多，则比特数或调制方式的级别越高。例如，对于2-QAM、4-QAM和8-QAM调制方式来说，它们对应的比特数分别为1、2、3，调制方式和比特数的级别以此顺序为由低到高。

继续参考图3，在步骤S260’中，

1)寻找后向功率增量最大的子信道i；

2)并从除子信道i之外的剩余子信道中寻找前向功率增量最小的子信道j(j≠i)；

3)如果ΔP_{i_current}＞ΔP_{j_next}，表明对各子信道的当前比特数分配导致功率利用率不够高，则将子信道i的比特数向下降一级，将子信道j的比特数向上升一级，更新这两个子信道的功率P_i、P_j，后向功率增量P_{i_current}、P_{j_current}，以及前向功率增量P_{i_next}、P_{j_next}，并继续执行调整步骤S260’，即再次执行步骤S260’；

4)如果ΔP_{i_current}≤ΔP_{j_next}，则可以认为对各个子信道的当前比特数分配使得功率利用率高，因此可以结束调整步骤S260’。

另外，虽然当ΔP_{i_current}≤ΔP_{j_next}时，表明对各个子信道的当前比特数分配使得功率利用率高，并可以采用各个子信道的当前比特数和功率作为最终分配结果，但是有可能尚未达到或超过系统的预定总功率或预定容量。为了将系统的预定总功率或预定容量精确地分配给各个子信道，根据本发明的一个实施例，在ΔP_{i_current}≤ΔP_{j_next}时不结束调整步骤，而是对各个子信道的比特数和功率进行微调。

图4示出根据本发明的另一实施例的子信道比特数和功率调整步骤的流程图。在图4所示的调整步骤中，在图3所示的调整步骤S260’的基础上进一步增加了微调步骤S260”。如图所示，当ΔP_{i_current}≤ΔP_{j_next}时，执行微调步骤S260”。图4示出的实施例是系统的预定总功率为给定时的情况。当系统的预定总功率为给定时，需要使系统的容量尽可能大，也就是使各个子信道上分配的比特数的总和尽可能大。

在微调步骤S260”中，判断所有子信道的功率之和∑P_k(1≤k≤N)与系统的预定总功率P_total的关系。

如果所有子信道的功率之和∑P_k超过预定总功率P_total，即P_total-∑P_k＜0，表明为各个子信道分配了过量的功率，则将具有最大后向功率增量的子信道i的比特数向下降一级，更新子信道i的功率P_i、后向功率增量ΔP_{i_current}、前向功率增量ΔP_{i_next}，寻找后向功率增量最大的子信道i，从除子信道i之外的剩余子信道中寻找前向功率增量最小的子信道j，并继续执行所述微调步骤S260”，即再次执行步骤S260”。

如果所有子信道的功率之和∑P_k未超过预定总功率P_total，并且所述预定总功率与所述和的差大于或等于各个子信道中的最小前向功率增量ΔP_{j_next}，即P_total-∑P_k≥ΔP_{j_next}，表明预定总功率尚有剩余且能够继续分配，则将子信道j的比特数向上升一级，更新子信道j的功率P_j、后向功率增量ΔP_{j_cureent}、前向功率增量ΔP_{j_next}，寻找后向功率增量最大的子信道i，从除子信道i之外的剩余子信道中寻找前向功率增量最小的子信道j，并继续执行所述微调步骤S260”，即再次执行步骤S260”。

如果所有子信道的功率之和∑P_k未超过预定总功率P_total，并且所述预定总功率与所述和的差小于各个子信道中的最小前向功率增量ΔP_{j_next}，即0≤P_total-∑P_k＜ΔP_{j_next}，表明预定总功率尚有剩余但不足以继续分配，则将剩余的功率分摊给各个子信道。具体而言，将各个子信道的功率增大为预定总功率P_total与所有子信道的功率之和∑P_k的比值那么多倍，即将子信道k(1≤k≤N)的功率变为P_k＝P_k×P_total/∑P_k，并结束步骤S260”。

图5示出根据本发明的另一实施例的子信道比特数和功率调整步骤的流程图。在图5所示的调整步骤中，在图3所示的调整步骤S260’的基础上进一步增加了微调步骤S260”’。如图所示，当ΔP_{i_current}≤ΔP_{j_next}时，执行微调步骤S260”’。图5示出的实施例是系统的预定容量为给定时的情况。当系统的预定容量为给定时，即为各个子信道分配的总比特数为给定时，需要使系统的总功率尽可能小，也就是使各个子信道上分配的功率的总和尽可能小。

在微调步骤S260”’中，判断所有子信道的比特数之和∑b_k(1≤k≤N)与系统的预定总比特数b_total的关系。

如果所有子信道的比特数之和∑b_k超过系统的预定总比特数b_total，即b_total-∑b_k＜0，表明为各个子信道分配了过量的比特数，则将具有最大后向功率增量的子信道i的比特数向下降一级，更新该子信道i的功率P_i、后向功率增量ΔP_{i_current}、前向功率增量ΔP_{i_next}，寻找后向功率增量最大的子信道i，从除子信道i之外的剩余子信道中寻找前向功率增量最小的子信道j，并继续执行所述微调步骤S260’”，即再次执行步骤S260”’。

如果所有子信道的比特数之和∑b_k低于预定总比特数b_total，即b_total-∑b_k＞0，表明容量尚有剩余，则将具有最小前向功率增量的子信道j的比特数向上升一级，更新该子信道j的功率P_j、后向功率增量ΔP_{j_current}、前向功率增量ΔP_{j_next}，寻找后向功率增量最大的子信道i，从除子信道i之外的剩余子信道中寻找前向功率增量最小的子信道j，并继续执行所述微调步骤S260”’，即再次执行步骤S260”’。

为了防止当剩余容量不足以使子信道j的比特数向上升一级时微调过程出现死循环的现象，还可以引入两个标识符。首先，在执行微调步骤S260’”之前，在步骤S261中，将标识符Flag1和Flag2分别置零。在判断b_total-∑b_k＜0且Flag1＊Fag2＝0时，才执行b_i向下降一级的操作，同时将Flag1置为1。在判断b_total-∑b_k＞0且Flag1＊Fag2＝0时，才执行b_j向上升一级的操作，同时将Flag2置为1。这样，当降级操作和升级操作均执行过一次后，不管系统容量是否还有剩余或分配过量，均结束微调操作，从而避免出现死循环的现象。

在图2所示的步骤S240中，除了现有的比特数初始化方法外，也可以使用以下描述的新的比特数初始化方法，以使初始化的比特数相对较准确，从而进一步减少后续迭代次数。下面分两种情况来描述根据本发明的实施例的比特数初始化方法。

(总功率为给定时的比特数初始化)

假设分配给各个子信道的发射功率为(P₁，P₂，...，P_N)，分配给各个子信道的比特数(b₁，b₂，...，b_N)。当系统的预定总功率P_total为给定时，系统容量最大的优化目标函数为：

$\max .\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{b}_k$ (1)

$s.t.\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{P}_k=P_{\mathrm{total}}$ ，

其中k为子信道的编号且1≤k≤N，N为子信道的总数。也就是说，当总功率为给定时，使系统容量最大化。

对于M-QAM调制方式，误码率BER、功率P_k及比特数b_k满足如下关系：

$\mathrm{BER}\≈\frac{2}{b}\mathrm{erfc}\left(\sqrt{\frac{{1.5P}_k{g}_k}{2^{b_k}-1}}\right)---\left(2\right),$

其中g_k为子信道k的归一化信噪比。

假定系统的预定目标误码率为BER_target，功率裕量为γ(这里是线性单位的裕量，如果给出以dB为单位的裕量γ_dB，则γ＝10^(γ_dB/10))。由以上的公式(2)可以得到P_k与b_k的关系：

$P_k=\frac{{\left[{\mathrm{erfc}}^{-1}({\mathrm{BER}}_{t\arg \mathrm{et}}{b}_k/2)\right]}^2\mathrm{\γ}(2^{b_k}-1)}{1.5g_k}\≈\frac{\mathrm{B\γ}(2^{b_k}-1)}{1.5g_k}---\left(3\right),$

其中B的取值可以是保守的估计值[erfc^-1(BER_targeta₁/2)]²，或者是先平方后平均的值

或者是先平均后平方的值

等。这里，a₁为备选调制方式集合中级别最低的非零调制方式所对应的比特数，a_k为当将备选调制方式集合中的调制方式以升序排列时第k个非零调制方式所对应的比特数，L是备选调制方式集合中非零调制方式的总数。

将公式(3)代入优化目标函数(1)，利用拉格朗日乘法可以求出最优的比特配置：

$b_k={\log }_2(\frac{1.5g_k{P}_{\mathrm{total}}}{\mathrm{B\γN}}+\frac{g_k}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{g_n})---\left(4\right).$

可以按照上述公式(4)来计算M-QAM调制方式的子信道的比特数的估计值。

将估计值b_k量化到与备选调制方式集合相对应的比特数集合{0，a₁，a₂，…，a_L}中，以得到各个子信道的比特数。可以利用各种方式，如四舍五入的方式、向下取整的方式、向上取整的方式等，来量化各个子信道的比特数的估计值，而没有限制。

对于M-PSK调制方式，误码率BER、功率P_k及比特数b_k满足如下关系：

$\mathrm{BER}\≈\frac{1}{b}\mathrm{erfc}\left(\sqrt{P_k{g}_k}\sin \left(\frac{\mathrm{\π}}{2^{b_k}}\right)\right)---\left(2^{,}\right),$

其中g_k为子信道k的归一化信噪比。

假定系统的预定目标误码率为BER_target，功率裕量为γ(这里是线性单位的裕量)，由以上公式(2’)可以得到P_k与b_k的关系：

$P_k=\frac{{\left[{\mathrm{erfc}}^{-1}\left({\mathrm{BER}}_{t\arg \mathrm{et}}{b}_k\right)\right]}^2\mathrm{\γ}}{g_k{\sin }^2\left(\frac{\mathrm{\π}}{2^{b_k}}\right)}\≈\frac{B{\mathrm{\γ}2}^{2b_k}}{{\mathrm{\π}}^2{g}_k}---\left(3^{,}\right),$

其中B的取值可以是保守的估计值[erfc^-1(BER_targeta₁)]²，或者是先平方后平均的值

或者是先平均后平方的值

等。这里，a₁为备选调制方式集合中级别最低的非零调制方式所对应的比特数，a_k为当将备选调制方式集合中的调制方式以升序排列时第k个非零调制方式所对应的比特数，L是备选调制方式集合中非零调制方式的总数。

将公式(3’)代入优化目标函数(1)，利用拉格朗日乘法可以求出最优的比特配置：

$b_k=\frac{1}{2}{\log }_2\left(\frac{{\mathrm{\π}}^2{g}_k{P}_{\mathrm{total}}}{\mathrm{B\γN}}\right)---\left(4^{,}\right).$

可以按照上述公式(4’)来计算M-PSK调制方式的子信道的比特数的估计值。

类似地，可以将估计值b_k量化到与备选调制方式集合相对应的比特数集合{0，a₁，a₂，…，a_L}中，以得到各个子信道的比特数。

(总容量为给定时的比特数初始化)

假设分配给各个子信道的发射功率为(P₁，P₂，...，P_N)，分配给各个子信道的比特数(b₁，b₂，...，b_N)。当系统的预定总容量、即总比特数b_total为给定时，系统功率最小化的优化目标函数为：

$\min .\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{P}_k$ (5)

$s.t.\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{b}_k=b_{\mathrm{total}}$ ，

其中k为子信道的编号且1≤k≤N，N为子信道的总数。也就是说，当系统容量给定时，使总功率最大化。

对于M-QAM调制方式，利用方程(3)给出的P_k与b_k的关系，结合优化目标函数(5)，用拉格朗日数乘法可以得到最优的比特配置：

$b_k=\frac{b_{\mathrm{total}}}{N}+{\log }_2{g}_k-\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\log }_2{g}_n---\left(6\right),$

其中，g_k为子信道k的归一化信噪比。

类似地，可以将估计值b_k量化到与备选调制方式集合相对应的比特数集合{0，a₁，a₂，…，a_L}中，以得到各个子信道的比特数。

对于M-PSK调制方式，利用方程(3’)给出的P_k与b_k的关系，结合优化目标函数(5)，用拉格朗日数乘法可以得到最优的比特配置：

$b_k=\frac{b_{\mathrm{total}}}{N}+\frac{1}{2}{\log }_2{g}_k-\frac{1}{2N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\log }_2{g}_n---\left(6^{,}\right),$

其中，g_k为子信道k的归一化信噪比。

类似地，可以将估计值b_k量化到与备选调制方式集合相对应的比特数集合{0，a₁，a₂，…，a_L}中，以得到各个子信道的比特数。

在根据本发明的实施例的比特初始化步骤中，利用了目标误码率BER_target，使得初始化的比特数相对较准确，从而可能减少在比特数和功率调整过程中执行的迭代次数。

尽管上述以M-QAM和M-PSK调制方式为例说明了根据本发明实施例的比特和功率分配方法，但是应当理解，由于使用了信噪比查找表，因此根据本发明实施例的方法在调制方式方面没有限制，可以应用于各种调制方式。另外，应当理解，各个子信道可以应用同一调制方式，也可以应用不同的调制方式。

图6示出根据本发明的实施例的比特和功率分配装置的示意性框图。如图6所示，比特和功率分配装置600包括预处理单元610、查找表构建单元620以及比特和功率调整单元630。

根据本发明的一个实施例，预处理单元610配置用于确定用于各子信道的备选调制方式集合，获取各个子信道的归一化信噪比，初始化各个信道的比特数，以及根据各个信道的比特数、各个子信道的归一化信噪比以及信噪比查找表来初始化各个子信道的功率。查找表构建单元620配置用于根据预定的目标误码率来构建信噪比查找表，所述信噪比查找表中包含在所述目标误码率下信噪比与所述备选调制方式集合中的各个调制方式所对应的比特数的对应关系。比特和功率调整单元630配置用于按照功率利用率最大化的原则对各个子信道的比特数和功率进行调整，以获得各个子信道的比特数和功率分配结果。

根据本发明的另一实施例，预处理单元610还配置用于初始化所述各个子信道的后向功率增量和前向功率增量，所述后向功率增量表示当向子信道分配比所述子信道的当前比特数低一级的比特数时所述子信道的当前功率要减少的量，所述前向功率增量表示当向子信道分配比所述子信道的当前比特数高一级的比特数时所述子信道的当前功率要增加的量。比特和功率调整单元630还配置用于如果所述各个子信道的后向功率增量中最大的一个大于除具有所述最大后向功率增量之外的子信道的前向功率增量中最小的一个，则将具有所述最小前向功率增量的子信道的比特数向上升一级，将具有所述最大后向功率增量的子信道的比特数向下降一级，并更新这两个子信道的功率、后向功率增量、前向功率增量。

根据本发明的另一实施例，比特和功率调整单元630还配置用于如果所述各个子信道的后向功率增量中最大的一个小于或等于除具有所述最大后向功率增量之外的子信道的前向功率增量中最小的一个，则对所述各个子信道的比特数和功率进行微调，以将系统的预定总功率或预定容量精确地分配给所述各个子信道。

根据本发明的另一实施例，比特和功率调整单元630进一步配置用于，当系统的预定总功率为给定时，如果所有子信道的功率之和超过预定总功率，则将具有所述最大后向功率增量的子信道的比特数向下降一级，并更新该子信道的功率、后向功率增量、前向功率增量；如果所有子信道的功率之和未超过预定总功率，并且所述预定总功率与所述和的差大于或等于所述最小前向功率增量，则将具有所述最小前向功率增量的子信道的比特数向上升一级，并更新该子信道的功率、后向功率增量、前向功率增量；以及如果所有子信道的功率之和未超过预定总功率，并且所述预定总功率与所述和的差小于所述最小前向功率增量，则将所述各个子信道的功率增大为所述预定总功率与所述和的比值那么多倍。

根据本发明的另一实施例，比特和功率调整单元630进一步配置用于，当系统的预定容量为给定时，如果所有子信道的比特数之和超过系统的预定总比特数，则将具有所述最大后向功率增量的子信道的比特数向下降一级，并更新该子信道的功率、后向功率增量、前向功率增量；以及如果所有子信道的比特数之和低于所述预定总比特数，则将具有所述最小前向功率增量的子信道的比特数向上升一级，并更新该子信道的功率、后向功率增量、前向功率增量。

预处理单元610可以用各种已知的方式来进行比特数的初始化。预处理单元610也可以使用以上根据本发明的实施例描述的新的比特数初始化方法，以使初始化的比特数相对较准确，从而进一步减少后续迭代次数。具体的细节这里不再重复。

预处理单元610还可以使用以上根据本发明的实施例描述的功率初始化方法来初始化各个子信道的功率。具体的细节这里不再重复。

查找表构建单元620可以利用现有技术已有的精确的误码率公式来计算信噪比查找表中的元素，即信噪比。除了现有技术的误码率公式之外，查找表构建单元620也可以利用以上根据本发明的实施例描述的误码率公式来计算信噪比查找表中的信噪比。具体的细节这里不再重复。

图7示出根据本发明的实施例的通信系统的示意性框图。如图7所示，通信系统700包括发送装置710、接收装置720以及比特和功率分配装置730。发送装置710配置用于将输入的数据调制到各个子信道上，并经由各个子信道将所述数据发送到接收装置。接收装置720配置用于对各个子信道进行解调以获得所述数据，以及对各个子信道进行信道估计。比特和功率分配装置730配置用于根据接收装置720进行的信道估计的结果来对各个子信道进行比特和功率分配，并将分配结果发送给发送装置710。

可以使用上述根据本发明的实施例的比特和功率分配装置来作为比特和功率分配装置730。发送装置710和接收装置720可以与现有技术的多子信道并行通信系统中的发送装置和接收装置相同，例如，可以分别是图1所示的系统100中的发送设备110和接收设备120。

比特和功率分配装置730可以设置在发送装置710中或接收装置720中，也可以作为独立设备单独设置。

关于本发明的装置和系统的操作的进一步细节，可以参考以上所述的方法的各个实施例，这里不再详细描述。

根据本发明的比特和功率分配方法、装置和系统根据目标误码率来构建信噪比查找表，并基于信噪比查找表进行至少功率初始化，使得初始化的功率相对较准确，相对精确地反映了系统的性能，从而可能减少在比特数和功率调整过程中执行的迭代次数。由于预先构造了信噪比查找表，还能够减轻后续比特数和功率调整过程的计算负担。

另外，由于信噪比查找表的构建，使得本发明的方法、装置和系统对各个子信道的调制方式没有限制。

根据本发明的比特和功率分配方法、装置和系统可以应用到比如OFDM、DMT等的多载波系统、MIMO系统以及频分复用系统等多子信道并行通信系统。

另外，上述装置中各个组成模块、单元可以通过软件、固件、硬件或其组合的方式进行配置。配置可使用的具体手段或方式为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。在通过软件或固件实现的情况下，从存储介质或网络向具有专用硬件结构的计算机(例如图8所示的通用计算机800)安装构成该软件的程序，该计算机在安装有各种程序时，能够执行各种功能等。

在图8中，中央处理单元(CPU)801根据只读存储器(ROM)802中存储的程序或从存储部分808加载到随机存取存储器(RAM)803的程序执行各种处理。在RAM 803中，还根据需要存储当CPU 801执行各种处理等等时所需的数据。CPU 801、ROM 802和RAM 803经由总线804彼此连接。输入/输出接口805也连接到总线804。

下述部件连接到输入/输出接口805：输入部分806(包括键盘、鼠标等等)、输出部分807(包括显示器，比如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等，和扬声器等)、存储部分808(包括硬盘等)、通信部分809(包括网络接口卡比如LAN卡、调制解调器等)。通信部分809经由网络比如因特网执行通信处理。根据需要，驱动器810也可连接到输入/输出接口805。可拆卸介质811比如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等可以根据需要被安装在驱动器810上，使得从中读出的计算机程序根据需要被安装到存储部分808中。

在通过软件实现上述系列处理的情况下，从网络比如因特网或存储介质比如可拆卸介质811安装构成软件的程序。

本领域的技术人员应当理解，这种存储介质不局限于图8所示的其中存储有程序、与设备相分离地分发以向用户提供程序的可拆卸介质811。可拆卸介质811的例子包含磁盘(包含软盘(注册商标))、光盘(包含光盘只读存储器(CD-ROM)和数字通用盘(DVD))、磁光盘(包含迷你盘(MD)(注册商标))和半导体存储器。或者，存储介质可以是ROM 802、存储部分808中包含的硬盘等等，其中存有程序，并且与包含它们的设备一起被分发给用户。

本发明还提出一种存储有机器可读取的指令代码的程序产品。所述指令代码由机器读取并执行时，可执行上述根据本发明实施例的方法。

相应地，用于承载上述存储有机器可读取的指令代码的程序产品的存储介质也包括在本发明的公开中。所述存储介质包括但不限于软盘、光盘、磁光盘、存储卡、存储棒等等。

在上面对本发明具体实施例的描述中，针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。

此外，本发明的方法不限于按照说明书中描述的时间顺序来执行，也可以按照其他的时间顺序地、并行地或独立地执行。因此，本说明书中描述的方法的执行顺序不对本发明的技术范围构成限制。

尽管上面已经通过对本发明的具体实施例的描述对本发明进行了披露，但是，应该理解，上述的所有实施例和示例均是示例性的，而非限制性的。本领域的技术人员可在所附权利要求的精神和范围内设计对本发明的各种修改、改进或者等同物。这些修改、改进或者等同物也应当被认为包括在本发明的保护范围内。

附记

1.一种比特和功率分配方法，包括：

确定用于各子信道的备选调制方式集合；

根据预定的目标误码率来构建信噪比查找表，所述信噪比查找表中包含在所述目标误码率下信噪比与所述备选调制方式集合中的各个调制方式所对应的比特数的对应关系；

获取所述各个子信道的归一化信噪比；

初始化所述各个信道的比特数；

根据所述各个信道的比特数、所述各个子信道的归一化信噪比以及所述信噪比查找表来初始化所述各个子信道的功率；以及

按照功率利用率最大化的原则对所述各个子信道的比特数和功率进行调整，以获得所述各个子信道的比特数和功率分配结果。

2.根据附记1的方法，还包括：

初始化所述各个子信道的后向功率增量和前向功率增量，所述后向功率增量表示当向子信道分配比所述子信道的当前比特数低一级的比特数时所述子信道的当前功率要减少的量，所述前向功率增量表示当向子信道分配比所述子信道的当前比特数高一级的比特数时所述子信道的当前功率要增加的量，并且

其中，调整所述各个子信道的比特数和功率的步骤包括：

如果所述各个子信道的后向功率增量中最大的一个大于除具有所述最大后向功率增量之外的子信道的前向功率增量中最小的一个，则将具有所述最小前向功率增量的子信道的比特数向上升一级，将具有所述最大后向功率增量的子信道的比特数向下降一级，更新这两个子信道的功率、后向功率增量、前向功率增量，并继续执行所述调整步骤。

3.根据附记2的方法，其中，调整所述各个子信道的比特数和功率的步骤还包括：

如果所述各个子信道的后向功率增量中最大的一个小于或等于除具有所述最大后向功率增量之外的子信道的前向功率增量中最小的一个，则对所述各个子信道的比特数和功率进行微调，以将系统的预定总功率或预定容量精确地分配给所述各个子信道。

4.估计附记3的方法，其中，当系统的预定总功率为给定时，所述微调步骤包括：

如果所有子信道的功率之和超过预定总功率，则将具有所述最大后向功率增量的子信道的比特数向下降一级，更新该子信道的功率、后向功率增量、前向功率增量，并继续执行所述微调步骤；

如果所有子信道的功率之和未超过预定总功率，并且所述预定总功率与所述和的差大于或等于所述最小前向功率增量，则将具有所述最小前向功率增量的子信道的比特数向上升一级，更新该子信道的功率、后向功率增量、前向功率增量，并继续执行所述微调步骤；以及

如果所有子信道的功率之和未超过预定总功率，并且所述预定总功率与所述和的差小于所述最小前向功率增量，则将所述各个子信道的功率增大为所述预定总功率与所述和的比值那么多倍。

5.根据附记3的方法，其中，当系统的预定容量为给定时，所述微调步骤包括：

如果所有子信道的比特数之和超过系统的预定总比特数，则将具有所述最大后向功率增量的子信道的比特数向下降一级，更新该子信道的功率、后向功率增量、前向功率增量，并继续执行所述微调步骤；以及

如果所有子信道的比特数之和低于所述预定总比特数，则将具有所述最小前向功率增量的子信道的比特数向上升一级，更新该子信道的功率、后向功率增量、前向功率增量，并继续执行所述微调步骤。

6.根据附记4的方法，其中，所述初始化各个子信道的比特数的步骤包括：

按照以下公式来计算M-QAM调制方式的子信道的比特数的估计值：

$b_k={\log }_2(\frac{1.5g_k{P}_{\mathrm{total}}}{\mathrm{B\γN}}+\frac{g_k}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{g_n}),$

其中B为以下表达式中的任一种：

[erfc^-1(BER_targeta₁/2)]²， $\frac{1}{L}{\mathrm{\Σ}}_{k=1}^L{\left[{\mathrm{erfc}}^{-1}({\mathrm{BER}}_{t\arg \mathrm{et}}{a}_k/2)\right]}^2$ 或者 ${\left[\frac{1}{L}{\mathrm{\Σ}}_{k=1}^L{\mathrm{erfc}}^{-1}({\mathrm{BER}}_{t\arg \mathrm{et}}{a}_k/2)\right]}^2,$

其中，k为子信道的编号且1≤k≤N，N为子信道的总数，g_k为第k个子信道的归一化信噪比，P_total为所述预定总功率，γ为预定的功率裕量，BER_target为所述目标误码率，a₁为所述备选调制方式集合中级别最低的非零调制方式所对应的比特数，a_k为当将所述备选调制方式集合中的调制方式以升序排列时第k个非零调制方式所对应的比特数，L是所述备选调制方式集合中非零调制方式的总数；以及

对所述各个子信道的比特数的估计值进行量化，以得到所述各个子信道的比特数。

7.根据附记4的方法，其中，所述初始化各个子信道的比特数的步骤包括：

按照以下公式来计算M-PSK调制方式的子信道的比特数的估计值：

$b_k=\frac{1}{2}{\log }_2\left(\frac{{\mathrm{\π}}^2{g}_k{P}_{\mathrm{total}}}{\mathrm{B\γN}}\right),$

其中B为以下表达式中的任一种：

[erfc^-1(BER_targeta₁)]²， $\frac{1}{L}{\mathrm{\Σ}}_{k=1}^L{\left[{\mathrm{erfc}}^{-1}({\mathrm{BER}}_{t\arg \mathrm{et}}{a}_k/2)\right]}^2$ 或者 ${\left[\frac{1}{L}{\mathrm{\Σ}}_{k=1}^L{\mathrm{erfc}}^{-1}\left({\mathrm{BER}}_{t\arg \mathrm{et}}{a}_k\right)\right]}^2,$

其中，k为子信道的编号且1≤k≤N，N为子信道的总数，g_k为第k个子信道的归一化信噪比，P_total为所述预定总功率，γ为预定的功率裕量，BER_target为所述目标误码率，a₁为所述备选调制方式集合中级别最低的非零调制方式所对应的比特数，a_k为当将所述备选调制方式集合中的调制方式以升序排列时第k个非零调制方式所对应的比特数，L是所述备选调制方式集合中非零调制方式的总数；以及

对所述各个子信道的比特数的估计值进行量化，以得到所述各个子信道的比特数。

8.根据附记5的方法，其中，所述初始化各个子信道的比特数的步骤包括：

按照以下公式来计算M-QAM调制方式的子信道的比特数的估计值：

$b_k=\frac{b_{\mathrm{total}}}{N}+{\log }_2{g}_k-\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\log }_2{g}_n,$

其中，k为子信道的编号且1≤k≤N，N为子信道的总数，g_k为第k个子信道的归一化信噪比，b_total为所述预定总比特数；以及

对所述各个子信道的比特数的估计值进行量化，以得到所述各个子信道的比特数。

9.根据附记5的方法，其中，所述初始化各个子信道的比特数的步骤包括：

按照以下公式来计算M-PSK调制方式的子信道的比特数的估计值：

$b_k=\frac{b_{\mathrm{total}}}{N}+\frac{1}{2}{\log }_2{g}_k-\frac{1}{2N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\log }_2{g}_n,$

其中，k为子信道的编号且1≤k≤N，N为子信道的总数，g_k为第k个子信道的归一化信噪比，b_total为所述预定总比特数；以及

对所述各个子信道的比特数的估计值进行量化，以得到所述各个子信道的比特数。

10.根据附记1的方法，其中，初始化所述各个子信道的功率的步骤包括：

查找所述信噪比查找表，以得到与所述各个子信道的比特数相对应的信噪比，作为所述各个子信道的信噪比；以及

根据与所述各个子信道的信噪比和所述各个子信道的归一化功率，使用以下公式来计算所述各个子信道的功率：

P_k(b_k)＝SNR(b_k)/γg_k，

其中k为子信道的编号且1≤k≤N，N为子信道的总数，g_k为第k个子信道的归一化信噪比，γ为预定的功率裕量。

11.根据附记1的方法，其中，对于M-QAM调制方式，利用以下误码率计算公式来构建所述信噪比查找表：

当比特数为1时，SNR＝[erfc^-1(2BER_target)]²；

当比特数为3时，

或者

当比特数为2p，p为正整数时，信噪比

以及

当比特数为2p+1，p为正整数且p≥2时，信噪比

其中BER_target为所述目标误码率。

12.根据附记1的方法，对于M-PSK调制方式，利用以下误码率计算公式来构建所述信噪比查找表：

当比特数为1时，信噪比SNR＝[erfc^-1(2BER_target)]²；

当比特数为2时，信噪比SNR＝2[erfc^-1(2BER_target)]²；以及

当比特数为p，p为正整数且p≥3时，信噪比

其中BER_target为所述目标误码率。

13.一种比特和功率分配装置，包括：

预处理单元，配置用于确定用于各子信道的备选调制方式集合，获取所述各个子信道的归一化信噪比，初始化所述各个信道的比特数，以及根据所述各个信道的比特数、所述各个子信道的归一化信噪比以及信噪比查找表来初始化所述各个子信道的功率；

查找表构建单元，配置用于根据预定的目标误码率来构建所述信噪比查找表，所述信噪比查找表中包含在所述目标误码率下信噪比与所述备选调制方式集合中的各个调制方式所对应的比特数的对应关系；以及

比特和功率调整单元，配置用于按照功率利用率最大化的原则对所述各个子信道的比特数和功率进行调整，以获得所述各个子信道的比特数和功率分配结果。

14.根据附记13的装置，其中，

所述预处理单元还配置用于初始化所述各个子信道的后向功率增量和前向功率增量，所述后向功率增量表示当向子信道分配比所述子信道的当前比特数低一级的比特数时所述子信道的当前功率要减少的量，所述前向功率增量表示当向子信道分配比所述子信道的当前比特数高一级的比特数时所述子信道的当前功率要增加的量；以及

所述比特和功率调整单元还配置用于如果所述各个子信道的后向功率增量中最大的一个大于除具有所述最大后向功率增量之外的子信道的前向功率增量中最小的一个，则将具有所述最小前向功率增量的子信道的比特数向上升一级，将具有所述最大后向功率增量的子信道的比特数向下降一级，并更新这两个子信道的功率、后向功率增量、前向功率增量。

15.根据附记14的装置，其中，所述比特和功率调整单元还配置用于如果所述各个子信道的后向功率增量中最大的一个小于或等于除具有所述最大后向功率增量之外的子信道的前向功率增量中最小的一个，则对所述各个子信道的比特数和功率进行微调，以将系统的预定总功率或预定容量精确地分配给所述各个子信道。

16.根据附记15的装置，所述比特和功率调整单元进一步配置用于当系统的预定总功率为给定时：

如果所有子信道的功率之和超过预定总功率，则将具有所述最大后向功率增量的子信道的比特数向下降一级，并更新该子信道的功率、后向功率增量、前向功率增量；

如果所有子信道的功率之和未超过预定总功率，并且所述预定总功率与所述和的差大于或等于所述最小前向功率增量，则将具有所述最小前向功率增量的子信道的比特数向上升一级，并更新该子信道的功率、后向功率增量、前向功率增量；以及

如果所有子信道的功率之和未超过预定总功率，并且所述预定总功率与所述和的差小于所述最小前向功率增量，则将所述各个子信道的功率增大为所述预定总功率与所述和的比值那么多倍。

17.根据附记16的装置，所述比特和功率调整单元进一步配置用于当系统的预定容量为给定时：

如果所有子信道的比特数之和超过系统的预定总比特数，则将具有所述最大后向功率增量的子信道的比特数向下降一级，并更新该子信道的功率、后向功率增量、前向功率增量；以及

如果所有子信道的比特数之和低于所述预定总比特数，则将具有所述最小前向功率增量的子信道的比特数向上升一级，并更新该子信道的功率、后向功率增量、前向功率增量。

18.根据附记13的装置，其中，所述查找表构建单元进一步配置用于对于M-QAM调制方式，利用以下误码率计算公式来构建所述信噪比查找表：

当比特数为1时，SNR＝[erfc^-1(2BER_target)]²；

当比特数为3时，

或者

当比特数为2p，p为正整数时，信噪比

以及

当比特数为2p+1，p为正整数且p≥2时，信噪比

其中BER_target为所述目标误码率。

19.根据附记13的装置，其中，所述查找表构建单元进一步配置用于对于M-PSK调制方式，利用以下误码率计算公式来构建所述信噪比查找表：

当比特数为1时，信噪比SNR＝[erfc^-1(2BER_target)]²；

当比特数为2时，信噪比SNR＝2[erfc^-1(2BER_target)]²；以及当比特数为p，p为正整数且p≥3时，信噪比

其中BER_target为所述目标误码率。

20.一种通信系统，包括：

发送装置，配置用于将输入的数据调制到各个子信道上，并经由各个子信道将所述数据发送到接收装置；

所述接收装置，配置用于对所述各个子信道进行解调以获得所述数据，以及对所述各个子信道进行信道估计；以及

比特和功率分配装置，配置用于根据所述信道估计的结果来对所述各个子信道进行比特和功率分配，并将分配结果发送给所述发送装置；其中，所述比特和功率分配装置是如附记13-19中任一项所述的比特和功率分配装置。

Claims (10)

1.一种比特和功率分配方法，包括：

确定用于各子信道的备选调制方式集合；

根据预定的目标误码率来构建信噪比查找表，所述信噪比查找表中包含在所述目标误码率下信噪比与所述备选调制方式集合中的各个调制方式所对应的比特数的对应关系；

获取所述各个子信道的归一化信噪比；

初始化所述各个信道的比特数；

根据所述各个信道的比特数、所述各个子信道的归一化信噪比以及所述信噪比查找表来初始化所述各个子信道的功率；以及

按照功率利用率最大化的原则对所述各个子信道的比特数和功率进行调整，以获得所述各个子信道的比特数和功率分配结果。

2.根据权利要求1的方法，还包括：

初始化所述各个子信道的后向功率增量和前向功率增量，所述后向功率增量表示当向子信道分配比所述子信道的当前比特数低一级的比特数时所述子信道的当前功率要减少的量，所述前向功率增量表示当向子信道分配比所述子信道的当前比特数高一级的比特数时所述子信道的当前功率要增加的量，并且

其中，调整所述各个子信道的比特数和功率的步骤包括：

如果所述各个子信道的后向功率增量中最大的一个大于除具有所述最大后向功率增量之外的子信道的前向功率增量中最小的一个，则将具有所述最小前向功率增量的子信道的比特数向上升一级，将具有所述最大后向功率增量的子信道的比特数向下降一级，更新这两个子信道的功率、后向功率增量、前向功率增量，并继续执行所述调整步骤。

3.根据权利要求2的方法，其中，调整所述各个子信道的比特数和功率的步骤还包括：

如果所述各个子信道的后向功率增量中最大的一个小于或等于除具有所述最大后向功率增量之外的子信道的前向功率增量中最小的一个，则对所述各个子信道的比特数和功率进行微调，以将系统的预定总功率或预定容量精确地分配给所述各个子信道。

4.估计权利要求3的方法，其中，当系统的预定总功率为给定时，所述微调步骤包括：

如果所有子信道的功率之和超过预定总功率，则将具有所述最大后向功率增量的子信道的比特数向下降一级，更新该子信道的功率、后向功率增量、前向功率增量，并继续执行所述微调步骤；

如果所有子信道的功率之和未超过预定总功率，并且所述预定总功率与所述和的差大于或等于所述最小前向功率增量，则将具有所述最小前向功率增量的子信道的比特数向上升一级，更新该子信道的功率、后向功率增量、前向功率增量，并继续执行所述微调步骤；以及

如果所有子信道的功率之和未超过预定总功率，并且所述预定总功率与所述和的差小于所述最小前向功率增量，则将所述各个子信道的功率增大为所述预定总功率与所述和的比值那么多倍。

5.根据权利要求3的方法，其中，当系统的预定容量为给定时，所述微调步骤包括：

如果所有子信道的比特数之和超过系统的预定总比特数，则将具有所述最大后向功率增量的子信道的比特数向下降一级，更新该子信道的功率、后向功率增量、前向功率增量，并继续执行所述微调步骤；以及

如果所有子信道的比特数之和低于所述预定总比特数，则将具有所述最小前向功率增量的子信道的比特数向上升一级，更新该子信道的功率、后向功率增量、前向功率增量，并继续执行所述微调步骤。

6.根据权利要求1的方法，其中，初始化所述各个子信道的功率的步骤包括：

查找所述信噪比查找表，以得到与所述各个子信道的比特数相对应的信噪比，作为所述各个子信道的信噪比；以及

根据与所述各个子信道的信噪比和所述各个子信道的归一化功率，使用以下公式来计算所述各个子信道的功率：

P_k(b_k)＝SNR(b_k)/γg_k，

其中k为子信道的编号且1≤k≤N，N为子信道的总数，g_k为第k个子信道的归一化信噪比，γ为预定的功率裕量。

7.根据权利要求1的方法，其中，对于M-QAM调制方式，利用以下误码率计算公式来构建所述信噪比查找表：

当比特数为1时，SNR＝[erfc^-1(2BER_target)]²；

当比特数为3时，

或者 $\mathrm{SNR}=6{\left[{\mathrm{erfc}}^{-1}\left(\frac{12}{5}{\mathrm{BER}}_{t\arg \mathrm{et}}\right)\right]}^2;$

当比特数为2p，p为正整数时，信噪比 $\mathrm{SNR}=\frac{2}{3}(2^{2p}-1){\left[{\mathrm{erfc}}^{-1}\left(\frac{2^{p+1}p}{2(2^p-1)}{\mathrm{BER}}_{t\arg \mathrm{et}}\right)\right]}^2;$ 以及

当比特数为2p+1，p为正整数且p≥2时，信噪比 $\mathrm{SNR}=(\frac{31}{48}{2}^{2p+1}-\frac{2}{3}){\left[{\mathrm{erfc}}^{-1}\left(\frac{2^{p+1}(2p+1)}{2(2^{p+1}-1)}{\mathrm{BER}}_{t\arg \mathrm{et}}\right)\right]}^2,$

其中BER_target为所述目标误码率。

8.根据权利要求1的方法，对于M-PSK调制方式，利用以下误码率计算公式来构建所述信噪比查找表：

当比特数为1时，信噪比SNR＝[erfc^-1(2BER_target)]²；

当比特数为2时，信噪比SNR＝2[erfc^-1(2BER_target)]²；以及

当比特数为p，p为正整数且p≥3时，信噪比 $\mathrm{SNR}={[{\mathrm{erfc}}^{-1}\left(\mathrm{pBE}{R}_{t\arg \mathrm{et}}\right)/\sin \left(\frac{\mathrm{\π}}{2^p}\right)]}^2,$

其中BER_target为所述目标误码率。

9.一种比特和功率分配装置，包括：

预处理单元，配置用于确定用于各子信道的备选调制方式集合，获取所述各个子信道的归一化信噪比，初始化所述各个信道的比特数，以及根据所述各个信道的比特数、所述各个子信道的归一化信噪比以及信噪比查找表来初始化所述各个子信道的功率；

查找表构建单元，配置用于根据预定的目标误码率来构建所述信噪比查找表，所述信噪比查找表中包含在所述目标误码率下信噪比与所述备选调制方式集合中的各个调制方式所对应的比特数的对应关系；以及

比特和功率调整单元，配置用于按照功率利用率最大化的原则对所述各个子信道的比特数和功率进行调整，以获得所述各个子信道的比特数和功率分配结果。

10.一种通信系统，包括：

发送装置，配置用于将输入的数据调制到各个子信道上，并经由各个子信道将所述数据发送到接收装置；

所述接收装置，配置用于对所述各个子信道进行解调以获得所述数据，以及对所述各个子信道进行信道估计；以及

比特和功率分配装置，配置用于根据所述信道估计的结果来对所述各个子信道进行比特和功率分配，并将分配结果发送给所述发送装置；

其中，所述比特和功率分配装置是如权利要求9所述的比特和功率分配装置。

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