CN102783210A - 基站及其自适应调制控制方法 - Google Patents

Abstract

一种基站采用自适应调制以连接到无线终端。所述基站具有第一处理装置和第二处理装置。所述第一处理装置决定到无线终端的通信的比特的总数的目标值，目标值被映射到无线电资源。所述第二处理装置根据自适应调制决定用于无线终端的调制方案使得要发送的比特总数基于目标值被限制，无线电资源的空白资源减少，并且发送功率密度变为恒定的并且很小。

Description

基站及其自适应调制控制方法

技术领域

本发明涉及一种自适应控制调制方案和编码方案的基站，其中所述基站基于所述调制方案和编码方案来连接到无线终端，特别地，本发明涉及用于这种基站的节能。

背景技术

对于发送器与接收器之间的信道质量关于时间和地点变化的无线通信系统而言，已知基于信道质量自适应改变调制方案的技术。该技术被称为自适应调制并且已经广泛地用于移动通信系统和无线局域网。自适应调制的理论为人所知并且详细地描述在例如非专利文献1中。

如同自适应调制，作为根据信道质量自适应地改变编码方案的技术的自适应编码也为人所知。非专利文献1中也描述了自适应编码的理论。此外，还已知被称为自适应调制编码的技术，其中结合了自适应调制和自适应编码。从基于信道质量来选择方案并且发送功率基于选择的方案而改变发送功率的观点来看，自适应编码和自适应调制编码可以基本上以相同的方式进行处理。接下来，将会主要描述自适应调制。然而，如果没必要将自适应编码区别于自适应调制编码，则假定术语“自适应调制”包括“自适应编码”和“自适应调制编码”的概念。在该情况下，假定术语“调制方案”包括“编码方案”以及“调制方案”与“编码方案”的组合。

图1为示出了实现以下将描述的自适应调制的通信系统的模型的示意图。在图1中，当发送信号输入到发送器2000时，发送器适当地选择调制方案和编码率并且基于选择的调制方案和编码率来调制并编码发送信号。此时，发送器2000基于信道质量的估计结果选择调制方案和编码率，该信道质量是通过反馈信道2030从接收器2020获得的。该信道质量称为CQI(信道质量指示)。此外，发送器2000选择调制方案和编码率使得满足希望的信号干扰噪声比(SINR)或信号噪声比(SNR)。

当信号到达接收器2020时，将随着时间变化的功率增益、噪声和干扰波加到通过信道2010从发送器2000发送的信号上，接收器2020将从发送器2000接收的信号进行解调和解码，从而从接收信号中提取原始信号。此外，接收器2020对接收信号执行信道估计并且将获得的信道质量的信息通过反馈信道2030发送到发送器2000。

在通常实施在无线通信中的自适应调制中，调制方案选择为使得信道容量变得最大。换言之，选择具有每个符号最大信息传输量(调制阶数)的调制方案。

例如，假定每个符号的信息传输量是2比特的QPSK调制所需的SNR是Z1(dB)，每个符号的信息传输量是4比特的16QAM调制所需的SNR是Z2(dB)，并且每个符号的信息传输量是6比特的64QAM调制所需的SNR是Z3(dB)，则满足关系Z1＜Z2＜Z3。

如果信道2010的SNR等于或大于Z3，则可以应用QPSK调制、16QAM调制和64QAM调制的任意一种。此时，如果应用16QAM调制，则可以获得是QPSK调制两倍的信道容量；如果应用64QAM，则可以获得是QPSK三倍的信道容量。因此，一般选择64QAM。如果SNR良好，则通过增加取决于调制方案和编码率的调制阶数，可以提高平均吞吐量。

当SNR良好时，虽然通过增加调制阶数，平均吞吐量提高，但是通过减少调制阶数，发送功率可以减少。例如，如果应用16QAM调制或QPSK调制代替64QAM调制，则发送功率可以分别减少Z3-Z2[dB]或Z3-Z1[dB]。结果，可以实现无线通信的节能。

专利文献1中公开了实施自适应调制以实现基站的节能的技术。在专利文献1中公开的技术中，如果有待传递的数据量小于预定的阈值或如果可以用于运送数据的无线电资源的量等于或大于预定的值，则通过减少调制阶数而实现节能。

此外，专利文献1中描述了通过部分地停止除忙碌时区之外的时区中的发送部分和接收部分中的任一个或两者，实现了节能。此外，专利文献1描述了如果被转发的数据的量等于或大于预定的阈值，则通过增加调制阶数，信道容量被增加。

另一方面，非专利文献2公开了一种技术，该技术根据IEEE 802.16标准自适应地改变无线通信系统的上行链路信道上的调制和编码方案(MCS)的水平(MCS水平)，以便控制节能。这些MCS水平符合调制方案和编码方案。

非专利文献2描述了如果信道容量的使用率(也就是，上行链路上发送的子帧的使用率)低，则在扩展方案和替代方案的两个阶段中控制节能。

首先，在扩展方案中，发送功率可以尽可能地减小的移动终端被依次地从多个移动终端中选择。此后，改变选择的移动终端的MCS水平，然后应用通过其使移动终端的发送功率变得最小的调制阶数。扩展方案中的节能控制持续直到信道容量变满或直到所有的移动终端的MCS水平都被改变。此后，在替代方案中执行节能控制。

在替代方案中，如果整个蜂窝的信道容量没有超过其极限并且如果可以减少发送功率，则选择任意两个移动终端并且改变它们的MCS水平。

相关技术文献

专利文献

专利文献1：JP2008-252282A公报

非专利文献

非专利文献1：Andrea Goldsmith，″Goldsmith WirelessCommunication Engineering″，Maruzen，2007，pp 369-389。

非专利文献2：W.Kim，J.Yoon，J.Baek，Y.Suh，″Power EfficientUplink Resource Allocation Schemes in IEEE 802.16 OFDMA Systems″，IEICE Transactions on Communications，卷E92-B，No.9，pp.2891-2902，2009年9月.

发明内容

本发明要解决的问题

一般地，具有各种信道质量的无线终端在移动通信系统的无线蜂窝等中共存。可应用的调制阶数随着无线终端变化。此外，无线蜂窝容纳无线终端的能力随着时间变化。因此，有必要为各个无线终端适当设置调制阶数以便防止拥塞并且最小化功耗。

如上所述，在专利文献1中描述的技术中，当施加在基站上的无线电资源的负载低时，为基站和无线终端选择调制阶数低的调制方案。然而，专利文献1没有描述选择如下无线终端群组的无线终端的方法，该无线终端群组具有改变其调制方案所需的各种信道质量。因此，存在发送功率无法最有效地完全减少的情况。

此外，增加调制阶数趋向于按指数地增加所需要的发送功率和SNR。因此，只要信道的增益和干扰是恒定的，就最好尽可能地减少使用具有高调制阶数的调制方案的无线终端的数量，以便减少发送功率。

如上所述，在非专利文献2中描述的技术中，如果信道容量是充足的，则具有最充足的发送功率的减少余量的无线终端的调制阶数依次地改变。然而，即使当无线终端具有最充足的发送功率的减少余量时，发送功率也无法总是有效地减少。因此，存在发送功率无法有效地减少的情况。

在非专利文献2中描述的节能控制的替代方案中，搜索任意两个无线终端的允许功率减少被减少的调制阶数。然而，如果无线终端的数量增加，则调制阶数的组合的数量也增加并且因此计算量也增加。此外，由于这些组合是在不考虑是否对于减少发送功率有效的情况下选择的，因此可能无法总是为对于减少发送功率有效的适当的组合改变调制阶数。

本发明的一个目的是减少根据自适应调制连接多个无线终端的基站的发送功率。

解决问题的手段

为了实现前述目标，本发明的基站是根据自适应调制连接无线终端的基站，基站包括：

第一处理装置，其决定到所述无线终端的通信的比特总数的目标值，目标值被映射到无线电资源；以及

第二处理装置，其根据自适应调制决定用于所述无线终端的调制方案使得要发送的比特的总数基于所述目标值被限制，无线电资源的空白资源减少，并且发送功率密度变为恒定的并且很小。

本发明的控制方法是用于根据自适应调制连接无线终端的基站的自适应调制控制方法，包括：

决定到无线终端的通信的比特的总数的目标值，目标值映射到无线电资源；以及

根据自适应调制决定用于所述无线终端的调制方案使得基于目标值限制要发送的比特的总数，无线电资源的空白资源减少，并且发送功率密度变为恒定的并且很小。

附图说明

图1为示出了执行自适应调制的通信系统的模型的示意图。

图2为示出了根据实施例的系统的基本结构的方框图。

图3为示出了根据实施例的基站的基本结构的方框图。

图4为示出了无线电资源的结构的示意图。

图5为描述泛函及其变化的示意图。

图6为示出了根据普通的自适应调制的调制方案到无线电资源的的映射的示意图。

图7为示出了实现节能的自适应调制的示意图。

图8A为描述应用此理论的示例的示意图。

图8B为描述应用此理论的示例的示意图。

图9A为描述应用此理论的第二示例的示意图。

图9B为描述应用此理论的第二示例的示意图。

图10为描述根据实施例的系统的结构的示意图。

图11为描述根据实施例的基站的结构的示意图。

图12为示出了映射部分的功能结构的示意图。

图13为描述映射操作的示例的示意图。

图14为映射部分103的操作的示例的流程图，其中一次映射部分201和二次映射部分202依次地尝试执行处理。

图15为描述相对于时间的均衡的示意图。

图16为比较图15的发送方法(1)和发送方法(2)的发送功率的表格。

图17为示出了代表节能的效果的模拟结果的曲线图。

图18为示出了用于模拟的MCS的表格。

实施本发明的最佳方式

接下来将参照附图详细描述本发明的实施例。

图2为示出了根据实施例的系统的基本结构的方框图。参照图2，根据实施例的移动通信系统具有基站11和无线终端12。图3为示出了根据实施例的基站的基本结构的方框图。参照图3，基站11具有一次处理部分21和二次处理部分22。

此实施例假定为基站11使用无线电资源与无线终端12进行通信的移动通信系统。在基站11中，一次处理部分21执行一次自适应调制处理。此后，如果在无线电资源中出现空白资源，则二次处理部分22执行二次自适应调制使得空白资源被使用，发送比特的总数受到限制，并且发送功率密度变为恒定的并且很小。因此，可以有效地减少基站的发送功率。

尽管一次处理部分21执行自适应调制，但是本发明并不局限于此。可替代地，一次处理部分21可以参照预定的表格，从而在不必执行自适应调制和映射的情况下基于用于无线终端12的通信量或缓冲器的队列长度来直接决定比特的总数(即，二次处理部分22所针对的比特总数)。

可替代地，一次处理部分21可以基于信道质量信息执行一次自适应调制处理。另一方面，二次处理部分22可执行二次自适应调制使得空白资源也被使用，发送功率密度变为恒定的并且很小，并且基于信道质量从二次自适应调制获得的比特的总数变得接近一次自适应调制处理获得的比特的总数。在此情况下，无线终端12的调制阶数可以对应于信道质量(CQI)而减少。

可替代地，二次处理部分22可以依次尝试控制具有不同的信道质量的多个无线终端的自适应调制，使得二次自适应调制获得的比特的总数与一次自适应调制处理获得的比特的总数相匹配。因此，通过根据普通技术等使用一次自适应调制处理中映射的比特的总数并且添加二次自适应调制，可以实现节能。

可替代地，当二次处理部分22依次尝试控制用于多个无线终端12的自适应调制时，二次处理部分22可以针对优先级大于预定的阈值的无线终端维持由一次处理部分21决定的调制方案。结果，由于在其状态改善前一直在等待的无线终端的调度指标升高，从而它们的优先级升高，因此当资源被分配给正在等待并且具有更高的优先级的基站11时，基站11可以在不必降低发送功率密度的情况下发送数据到无线终端。

可替代地，基站11可以具有控制信号通信部分23，其将表示发送导频信号的功率密度与二次处理部分22获得的发送功率密度之间的差的下行链路控制信号发送到无线终端12。结果，由于将导频信号的功率与运载数据的信道的功率之间的差作为自适应调制的控制结果通知给无线终端12，使得发送功率密度变为恒定的并且很小，因此无线终端12可以适当地执行解调处理。

可替代地，一次处理部分21可以基于无线终端12的通信量来决定空白资源或可用的无线电资源与总的无线电资源的比值，并且决定要映射到可用的无线电资源并且被发送的比特的总数。结果，由于一次处理部分21可以适当地决定比特的总数作为约束条件，所以一次处理部分21可以适当地执行二次自适应调制。

可替代地，一次处理部分21可以基于临时地存储要发送的数据的发送缓冲器的队列长度来决定可用的无线电资源与总的无线电资源的比值或空白资源，并且决定要映射到可用的无线电资源并且被发送的比特的总数。结果，一次处理部分21可以从发送缓冲器的队列长度容易地获得通信量并且使用通信量作为约束条件。

可替代地，二次处理部分22可以控制自适应调制使得发送功率密度在一个预定的范围内变成恒定的值。结果，即使发送功率密度所变为的值是离散的，由于二次处理部分22将发送功率密度控制在恒定的范围内，二次处理部分22可以控制发送功率密度使得发送功率被有效地减少。

接下来，将从理论角度描述本发明的该实施例。

假定诸如信道增益和干扰分量之类的发送路径的状态(信道质量)随着无线电资源变化。确切地说，在OFDM(正交频分复用)方案中，无线电资源的区域被限定在频率方向和时间方向上，如图4所示。无线电资源在频率方向上划分成相干区域并且在时间方向上划分成相干时间。在此示例中，使用了“无线电资源与资源块是可互换的”的表述。映射到资源块的是自适应调制决定的用于无线终端的调制方案(MCS等)。

每个资源块包括至少一个副载波并且在时间方向上还包括至少一个符号。假定信道增益和干扰分量在各资源块中几乎是恒定的。以资源块为基础执行调度和映射。

根据此实施例，尽管基站的功耗可以被有效地减少，但是在连续的系统中证实了最小的功率量，也就是最佳的节能。在实际的系统中，严格地使用离散系统。然而，连续的系统与离散的系统之间的差异被视为从连续的系统到离散的系统的量化中发生的误差。

假定当具有信息总量b比特的信息通过具有资源块的数量为S的资源块发送时，资源块x发送具有发送比特的数量为f(x)的f(x)发送比特，其中x是在频率方向和时间方向上展开的资源块的序数，而f(x)发送比特被离散地并且一维地重新排列。

由于从无线蜂窝(也就是，基站)发送的信息的总量是b。

[数学表达式1]

假定信息总量b比特是恒定的，可以获得公式(1)的b是定值的约束条件。

此外，其积分被定义为以下公式。

[数学表达式2]

从前述的S、x和b的关系可以获得以下公式。

[数学表达式3]

在前述条件下，功耗量J使用以下比特相关的消耗函数G(f)被定义如下，所述比特相关的消耗函数表示与要发送的比特数相对应的、基于比特的发送功率放大器所消耗的功率于。

[数学表达式4]

其中

其中Ph(x)是等于功率的信道增益。Ph(x)与发送功率成反比。

[数学表达式5]

$\frac{G\left(f\left(x\right)\right)}{P_h\left(x\right)}---\left(5\right)$

资源块x中的发送功率放大器消耗的功率可以通过前述表达式给出。

图4示出了f(x)，y＝F(x)，泛函

[数学表达式6]

的示例及其变化量δy。在前述条件下，使用以下泛函获得最小化功耗总量J的极值函数F(x)：

[数学表达式7]

$\tilde{F}\left(x\right).$

根据以下泛函

[数学表达式8]

$\tilde{F}\left(x\right),$

J具有多个值。然而，从前述约束条件已经确定了公式(6)的两点。

[数学表达式9]

这里，以下泛函

[数学表达式10]

$\tilde{y}=\tilde{F}\left(x\right)---\left(7\right)$

被定义为比较函数

[数学表达式11]

y＝F(x)   (8)

并且还被定义为具有作为极值的前述平稳函数的边端(member)的公式(9)

[数学表达式12]

根据前述，

[数学表达式13]

被获得。因此，此泛函的功耗量J由以下公式给出

[数学表达式14]

通过以下变形

[数学表达式15]

在以下驻点处，

[数学表达式16]

可以被获得。因此，由于微分和积分的顺序可以交换，所以可以获得以下公式

[数学表达式17]

这里，给出了以下公式

[数学表达式18]

y′(x)+ε·η′(x)＝z′(x)     (15)

公式(14)可以修改为公式(16)

[数学表达式19]

根据分部积分的关系

[数学表达式20]

uv′＝(uv)′u′v ∫(uw)-u(∫w) ∫u′(∫w)  (17)，

公式(16)给出的积分

[数学表达式21]

可以被获得。根据公式(16)的约束条件，由于

被获得，所以公式(18)的第一项是“0”。因此，清楚的是

[数学表达式22]

需要被满足。由于y′＝z′，因此

[数学表达式23]

$\frac{{\∂}^2\left(\frac{G\left(y^{\′}\right)}{P_h\left(x\right)}\right)}{\∂x\∂y^{\′}}=\frac{{\∂}^2\left(\frac{G\left(f\left(x\right)\right)}{P_h\left(x\right)}\right)}{\∂x\∂f\left(x\right)}=0---\left(21\right)$

可以被获得。因此，可以获得以下公式

[数学表达式24]

因此，前述泛函变为使功耗的总量J最小化的极值。

换言之，通过下面的公式

[数学表达式26]

给出了使功耗的总量J最小化的条件：

[数学表达式25]

前述表达式表示发送功率放大器在资源块x中消耗的功率。当发送功率放大器在各个资源块中消耗的功率相同时，功耗的总量J变为最小。换言之，每个资源块x中的发送功率(也就是发送功率密度)是恒定的。

如果使用真实的发送功率放大器而不是理想的发送功率放大器，尽管有必要添加Ph(x)到前述的G中作为

[数学表达式27]

并且考虑类似的分析过程，但是前述结果表明以下的优化条件是恒定的

[数学表达式28]

与发送功率对应的功耗在真实的发送功率放大器中是恒定的。清楚的是，当发送功率密度恒定时，功耗的总量J变为最小。

尽管描述的了此实施例的理论，但是为了容易理解实施例的理论，将会描述它的具体示例。

首先，假定信道增益在整个资源块x中是恒定的。当然，根据本实施例，频带、时间、无线终端等等都是在x方向上一维地展开的。如果在资源块x中信道增益和干扰不同，则可以最小化功耗的总量。然而，在此示例中，为了简单描述起见，假定Ph(x)为恒定的并且被忽略。与前述分析一样，在此情况下的功耗量J由以下公式给出

[数学表达式29]

其中

其中G(f)是比特相关的消耗函数G(f)，其表示发送功率放大器消耗的对应于要发送的比特数f的功率。G(f)可以具有对应于真实的发送功率放大器的任何形式。

使用下面的泛函

[数学表达式30]

通过以下公式

[数学表达式31]

可以获得用于此泛函的功耗量J，如下述公式

[数学表达式32]

在作为极值的驻点处，可以获得以下公式。

[数学表达式33]

由于微分和积分的顺序可以交换，所以可以获得以下公式。

[数学表达式34]

使用以下公式

[数学表达式35]

y′(x)+ε·η′(x)＝z′(x)    (29)，

公式(28)可以被修改为公式(30)

[数学表达式36]

从公式(17)给出的分部积分的关系，可以将公式(30)的积分表示如下

[数学表达式37]

这里，也可以满足公式(10)的约束条件

[数学表达式38]

因此，公式(31)的第一项是“0”。结果，清楚的是，应当满足以下关系

[数学表达式39]

$-\frac{{\∂}^{2}G\left(z^{\′}\right)}{\∂x\∂z^{\′}}=0---\left(33\right)$

由于y′＝z′，所以可以获得以下公式

[数学表达式40]

$\frac{{\∂}^{2}G\left(y^{\′}\right)}{\∂x\∂y^{\′}}=\frac{{\∂}^{2}G\left(f\left(x\right)\right)}{\∂x\∂f\left(x\right)}=0---\left(34\right)$

因此，如果满足以下公式

[数学表达式41]

$\frac{\∂G\left(f\left(x\right)\right)}{\∂x}=0---\left(35\right),$

则前述泛函变为使功耗的总量J最小化的极值。换言之，功耗的总量J变为最小的条件是当G(f(x))为恒定的时。

G(f(x))表示发送功率放大器在资源块x中消耗的功率。当发送功率放大器在各个资源块中消耗的功率的量相同时，功耗的总量J最小。换言之，资源块x中的发送功率是相同的，也就是发送功率密度是恒定的。更确切地说，G(f(x))是发送比特的数量f(x)的函数。因此，各个资源块x中发送比特的数量f(x)是相同的，功耗的总量J变为最小。

接下来，参照图6和图7中示出的示例，将会描述基于此理论的无线电资源的映射。

假定调制方案已根据一次自适应调制处理被映射到无线电资源，如图6所示。尽管根据一次自适应调制处理的调制方案不被限制的，但是可以使用任何已知的调制方案。已知的调制方案指的是普通的调制方案。参照图6，QPSK调制被映射到无线电资源的最左侧的资源块。QPSK可以使用1W的功率每个字符发送两个比特。此外，还假定资源块在频率方向上包括一个副载波并且在时间方向上包括一个符号。64QAM调制被映射到第二至第四资源块。64QAM可以每个符号发送6比特。在这些多值调制中，每增加两个比特，发送功率就需要增加四倍以便维持质量。

因此，64QAM要求的功率变为4x4＝16W。在图中，对应于资源块的功率(功率密度)表示在框条的顶部，框条表示被映射到资源块的调制方案。

第五至第七资源块为空白资源。因此，总发送功率变为1+16+16+16＝49W，并且发送比特的总数变为2+6+6+6＝20比特。减少调制阶数以便映射相同调制方案的操作与使得发送功率密度变为恒定的并且很小的操作是相同的。

因此，QPSK被映射到第一资源块和第六资源块。QPSK可以使用1W的功率每个字符发送两个比特。16QAM被映射到第二资源块至第五资源块。16QAM可以使用4W的功率每个字符发送4个比特。

因此，总发送功率变为1+4+4+4+4+1＝18W，并且发送比特的总数变为与图6所示的发送比特总数相同的2+4+4+4+4+2＝20比特。清楚的是，尽管在图6中示出的情况中发送比特的总数与图7的右侧图中示出的情况中发送比特的总数相同，但是后者的总的发送功率从49W显著地降低到18W。换言之，清楚的是，当执行映射使得资源块x中的发送比特的数量f(x)变为相同时，也就是发送功率密度变为恒定的并且很小时，功耗的总量J变为最小。

前述发送功率是基于每增加两个发送比特、发送功率增加4倍的信息理论、通过逼近香农容量公式来计算的。逼近指的是指数级逼近。通过指数级逼近获得的发送功率对应于理想的发送功率放大器的功耗量。

对于这一点，真实的发送功率放大器不同于理想的发送功率放大器。然而，前述理论分析中使用的G(f)是比特相关的消耗函数G(f)，它表示发送功率放大器消耗的对应于发送比特的数量f的功率，从而可以采用对应于真实的发送功率放大器的任何形式。由于以前述理论为依据获得的方案是最佳的方案，其中在任何情况下获得的功耗的总量J都是最小的，所以清楚的是前述理论可以用于真实的发送功率放大器。

在前面的示例中，在每个资源块x中的信道增益都是恒定的。在实践中，发送路径的状态，如信道增益和干扰分量随着资源块的变化而变化。在此情况下，如果根据前述理论，当资源块x中发送比特的数量f(x)相同时功耗的总量J变为最小可以被充分满足。

当功耗的总量J在发送功率密度恒定时变为最小的公式(23)被满足时，就获得了信道增益和干扰分量不相同的状态的最佳方案。现在，对资源块的信道质量相同的情况与资源块的信道质量不相同的情况进行比较。为了简单起见，假定干扰分量被包括在信道增益Ph(x)中。

图8A和图8B为描述应用前述理论的示例的示意图。图8A是资源块的信道质量不相同的情况的示例，而图8B是资源块的信道质量是恒定的情况的示例。

图8A的上部的表格示出了根据普通的自适应调制的映射，其中发送比特的总数是38比特，总发送功率是70W。图8A的中部的表格示出了根据基于前述理论的自适应调制的映射，其中发送比特的总数是38比特，总发送功率是22.5W。在此情况下，空白资源也被使用并且资源块的功率是恒定的。换言之，调制阶数减少并且从而功率密度变成恒定的并且很小的调制方案被映射到无线电资源。

尽管附图没有表示出所使用的调制方案，但是当发送比特的数量f(x)是2时，调制方案为QPSK，当f(x)为4时，调制方案为16QAM，当f(x)为6时，调制方案为64QAM。

信道增益Ph(x)随着资源块x的变化而变化。在此示例中，使用了指数级逼近。在第二个表格的第二栏处资源数目x＝2的情况下，由于f(x)为2，因此调制方案是QPSK，G(f(x))为10，并且Ph(x)为4。因此，发送功率放大器的功率G(f(x))/Ph(x)是2.5W。

在第三栏处x＝3的情况下，由于Ph(x)＝16，因此x＝3的信道质量不同于x＝2的信道质量。然而，清楚的是，选择f(x)使得x＝3的功率与x＝2的功率相同。换言之，由于f(x)＝4，所以16QAM被使用。因此，由于发送比特增加两比特，所以G(f(x))翻了两番，从而变为40。因此，G(f(x))/Ph(x)变为2.5W。

在其他栏，调制阶数减少使得发送比特的总数变为38比特，这与应用普通的自适应调制的情况相同。结果，在应用普通的自适应调制的情况中，总发送功率是70W。反之，在应用本发明的自适应调制的情况中，清楚的是，总发送功率显著地减小到22.5W。

在第一栏处x＝1的情况下，由于调制阶数减小使得发送功率密度变为恒定的并且很小，所以没有使用资源块。

图8A的下部的表格示出了根据等比特分配自适应调制的映射，其中资源块x的发送比特的数量f(x)是相同的并且信道增益Ph(x)随着资源块x的变化而变化，类似于上部的表格和中部的表格中的情形。

在第一栏处x＝1的情况中，发送比特的数量f(x)是2，用于调整比特的总数，并且调制方案是QPSK。然而，在其他栏处，由于比特被均衡地分配，所以f(x)为4并且调制方案为16QAM。发送比特的总数是38比特，这与普通的自适应调制的情况相同，并且总发送功率是41.88W。当应用普通的自适应调制时，如上部的表格所描述的，由于总发送功率是70W，因此清楚的是，该发送功率低于普通的自适应调制情况中的发送功率。然而，由于在根据本发明的自适应调制的情况中的总发送功率是22.5W，所以在等比特分配自适应调制的情况中发送功率的减少小于在根据本发明的自适应调制的情况中发送功率的减少。换言之，即使信道质量在各个资源块中是不同的，在调制方案被映射到资源块使得发送功率密度变为恒定的并且很小的情况中的节能也比在根据等比特分配自适应调制执行映射的情况中的节能更为有效。

接下来，将描述信道质量在资源块中相同的情况，也就是在图8B示出的AWGN(加性高斯白噪声)信道。

由于在所有栏的信道增益Ph(x)为1，所以将其忽略。在根据普通的自适应调制的映射中，比特的总数是38比特并且总发送功率是169W。反之，在根据本发明的自适应调制的映射以及根据等比特分配自适应调制的映射二者中，比特的总数是38比特并且总发送功率是37W。因此，清楚的是，在根据本发明的自适应调制的映射以及根据等比特分配自适应调制的映射中的总发送功率与在根据普通的自适应调制的映射中的总发送功率相比显著地减小。

如果资源块的信道质量是相同的，则当调制方案被映射到无线电资源使得调制阶数减小并且从而资源块的功率变为恒定的时，也就是功率密度变为恒定的并且很小时，分配到资源块的发送比特的数量f(x)变为相等的。因此，本发明的自适应调制的节能效果等于等比特分配自适应调制的节能效果。

图9A和图9B为描述应用前述理论的情况中的第二个示例的示意图。尽管此示例中的信道增益Ph(x)不同于图8A和图8B中示出的示例中的信道增益，但是由于在此示例中应用的方案与图8A和图8B中示出的示例中的方案相同，所以将省略了对此示例的详细描述。

在图9A中，当应用普通的自适应调制时，如上部的表格表示的，发送比特的总数是40比特，总发送功率是70W。反之，如中部的表格表示的，当应用本发明的自适应调制时，发送比特的总数是40比特并且总发送功率是27.5W。

调制方案被映射到无线电资源使得空白资源被使用，调制阶数减小，并且从而资源块的功率变为恒定的，也就是功率密度变为恒定的并且很小。在图9A中，由于在发送比特的总数中存在多余的比特，因此在x＝2和x＝10的栏，发送功率放大器的功率G(f(x))/Ph(x)是5W；在其他栏G(f(x))/Ph(x)是2.5W(恒定的)。在应用本发明的自适应调制的情况中的总发送功率从当发送比特的总数是40比特时应用其中调制方案的调制阶数被减小的普通自适应调制的情况中的70W减小到27.5W。

由于调制阶数减小使得发送功率密度变为恒定的并且很小，所以没有调制方案被映射到x＝1的资源块中。因此，没有使用x＝1的资源块。

图9A的下部的表格示出了应用等比特分配自适应调制使得资源块x的发送比特的数量f(x)变为相同的。在应用等比特分配自适应调制的情况中随着资源块x的变化而变化的信道增益Ph(x)与在应用普通的自适应调制以及本发明的自适应调制的情况中的信道增益相同。当发送比特的总数为40比特时，调制方案被映射到无线电资源使得调制阶数尽可能地减小。结果，在应用普通的自适应调制的情况中的总发送功率从应用普通的自适应调制的情况中的70W稍微地增加到71.88W，因为将相同的比特数发送到具有不良的信道质量的资源块(例如x＝1)。

因此，如果信道质量随着资源块的变化而变化，则尽管导致发送功率密度变为恒定的并且很小的本发明的自适应调制可以有效地有助于节能，但是等比特分配自适应调制可能无法有效地有助于节能。

图9B示出了资源块的信道质量为恒定的的情形，也就是AWGN信道。

由于所有栏的信道增益Ph(x)都为1，所以将其省略。在根据普通的自适应调制的映射中，比特的总数为40比特并且总发送功率为181W。反之，在根据本发明的自适应调制的映射以及根据等比特分配自适应调制的映射两者中，比特的总数为40比特并且总发送功率为40W。因此，清楚的是，在根据本发明的自适应调制的映射以及在根据等比特分配自适应调制的映射中的总发送功率与在根据普通的自适应调制的映射中的总发送功率相比显著地减小。

如果资源块的信道质量是相同的，则当调制方案被映射到无线电资源使得调制阶数减少并且从而资源块的功率变为恒定的时，也就是功率密度变为恒定的并且很小时，分配到资源块的发送比特的数量f(x)变为相等的。因此，本发明的自适应调制的节能效果等于等比特分配自适应调制的节能效果。

接下来，将会描述系统的结构和用于节能方法的装置，所述装置执行自适应调制使得空白资源被使用并且使得在频率方向、时间方向或频率与时间方向两者上发送的发送比特总数的约束条件下发送功率密度变为恒定的并且很小，并且将对应于减少的调制阶数的调制方案映射到无线电资源。

图10是示出了移动通信系统的结构的示意图。参照附图，移动通信系统具有基站810和无线终端811至81n(用户1至用户n)。

基站810容纳无线蜂窝801至803，为各蜂窝调度无线终端811至81n以便决定通信顺序、调制方案、发送功率等等，并且将无线终端811至81n的通信映射到无线电资源。

在图10示出的示例中，无线终端811至81n位于无线蜂窝801中并且将例如信道增益和干扰分量的信道质量作为CQI信息发送到基站810。无线终端810根据基于所获得的CQI信息的自适应调制将无线终端811至81n的通信映射到无线蜂窝801中的无线电资源。

图11是示出了基站810的大概结构的示意图。参照图11，基站810具有发送缓冲器101、调度器102、映射部分103和发送功率放大器104。

发送缓冲器101临时存储要发送到各个无线终端的数据并且使用它们的队列对其进行管理。

调度器102基于从无线终端发送的CQI信息计算作为发送优先级的调度指标(metrics)并且以更大的指标的顺序发送数据。确切地说，调度器102从发送缓冲器101读取具有更大的指标和更高的优先级的数据并且发送数据到映射部分103。

映射部分103具有图12中示出的内部功能结构使得从调度器102发送的数据映射到无线电资源。参照图12，映射部分103具有一次映射部分201和二次映射部分202。

在映射部分103中，一次映射部分201根据普通的技术执行映射。在此映射技术中，一次映射部分201根据普通的自适应调制决定应用于各个数据片的调制方案并且决定根据调制方案的数据到无线电资源的映射。

此后，如果在由一次映射部分201执行的映射中无线电资源中存在空白资源，则二次映射部分202使用空白资源再次执行映射。此时，二次映射部分202执行自适应调制使得空白资源也被使用并且使得发送比特的总数受与在频率方向、时间方向、或频率和时间方向两者上根据普通的自适应调制的发送比特的总数相关的约束条件的限制，并且发送功率密度变为恒定的并且很小。由于减少了相对较高的发送功率密度，所以减少了调制方案的调制阶数。此后，映射部分103决定根据已执行了自适应调制的调制方案的数据到无线电资源的再次映射。

此后，二次映射部分202将作为二次映射的结果获得的发送功率水平通知给发送功率放大器104。

发送功率放大器104将由映射部分103二次地映射到无线电资源的数据放大到映射部分103通知给发送功率放大器104的发送功率水平，并输出放大的数据。

接下来，将会详细描述映射部分103执行的映射操作的示例。在此示例中，映射部分103受到反馈控制。图13是描述映射操作的示例的示意图。

参照图13，一次映射部分201基于从无线终端811至81n获得的CQI信息对从调度器102提供的数据执行普通的自适应调制并且将决定的调制方案映射到无线电资源。一次映射部分201将作为结果产生的发送比特的总数输入到比较器1003。

比较器1003的另一个输入是作为二次映射部分202使用空白资源的自适应调制的结果获得的发送比特的总数。比较器1003比较两个输入并且将表示更大的发送比特总数的比较结果提供到给转换器1004。转换器1004的输出被提供给CQI转换器1005。

转换器1004和CQI转换器1005用于将从无线终端811至81n提供的CQI信息转换成以下数据。如果从一次映射部分201输出的发送比特的总数小于从二次映射部分202输出的发送比特的总数，则CQI信息被转换成使得CQI减小的数据。反之，如果从一次映射部分201输出的发送比特的总数大于从二次映射部分202输出的发送比特的总数，则CQI信息被转换成使得CQI增大的数据。转换的CQI信息输入到二次映射部分202。

如果作为一次映射部分201执行的映射的结果、在无线电资源中存在空白资源，则反馈回路减小包括空白资源的资源块的CQI。然而，由于发送比特的总数没有变化，所以二次映射部分202执行自适应调制使得在发送比特的数量的约束条件下发送功率密度在资源块中变为恒定的并且很小。结果，由于减小了调制阶数，通知给发送功率放大器1006的发送功率水平减小并且因此实现了节能。

接下来，将会描述一次映射部分201和二次映射部分202依次执行的操作。在此操作中，一次映射部分201基于CQI信息执行将自适应调制应用到无线电资源的处理，而二次映射部分202执行将自适应调制应用于无线电资源的处理使得空白资源也被使用并且在发送比特的总数的约束条件下发送功率密度变为恒定的并且很小。

图14示出了一次映射部分201和二次映射部分202依次尝试执行处理时映射部分103执行的操作的示例的流程图。

当操作开始时(在步骤1100)，一次映射部分201执行基于从无线终端811至81n获得的CQI信息将自适应调制应用到无线电资源的一次映射(在步骤1101)。

此后，映射部分103将到无线终端811至81n的所有信号的发送功率(也就是发送功率密度)减少ΔdB(在步骤1102)。自适应调制作为MCS被控制，所述MCS是被称为自适应调制编码集的调制方案与编码方案的集合，自适应调制编码集包括随着MCS升高、调制阶数和编码率也升高的自适应编码。

映射部分103确定作为减少的发送功率密度的结果是否出现无法维持当前的MCS的无线终端811至81n(资源块)(在步骤1103)。如果没有出现这种无线终端，则映射部分103将发送功率密度和对应的CQI水平重复地减小Δ直到出现无法维持MCS的无线终端(资源块)。

如果出现了无法维持MCS的无线终端(资源块)811至81n，则映射部分103减少无线终端(资源块)的MCS并且将空白资源映射到无线终端使得可以维持同样的发送比特的数量(在步骤1104)。

此后，映射部分103确定是否存在空白资源(在步骤1105)。如果还存在空白资源，则映射部分103返回到步骤1102。此后，映射部分103将发送功率密度和相对应的CQI水平减少Δ并且重复同一个处理直到不存在空白资源。

如果不存在空白资源块，则映射部分103将对应于减少的发送功率密度的发送功率水平通知给发送功率放大器104并且完成处理(在步骤1106)。

由于减小了所有的无线电资源的发送功率密度，所以尽管调度指标很大，但是很可能由于不良的信道质量而出现没有映射到无线电资源的数据。因此，对于要排队并且发送到具有很大的调度指标的无线终端的数据，由一次映射分配的资源块的发送功率密度可以被维持，而不是通过二据，由一次映射分配的资源块的发送功率密度可以被维持，而不是通过二次映射进行映射。结果，由于防止了二次映射部分202停止向具有很大的调度指标的无线终端发送数据，所以可以发送数据到无线终端。

此外，无线终端811至81n基于被称为导频信号并从基站810提供的参考信号的功率水平解调接收的数据。由于基站810减小发送到无线终端811至81n信号的发送功率密度，所以无线终端811至81n无法基于导频信号的功率水平接收处于希望的功率水平的信号。结果，很可能无线终端811至81n无法正确地解调数据。为了防止这种情形发生，基站810可以将导频信号的发送功率密度与数据的发送功率密度之间的差异作为控制信号发送到无线终端811至81n。无线终端811至81n可以基于控制信号调整期望的接收水平。结果，无线终端811至81n可以正确地将具有基站810为节能而减少的发送功率水平的信号解调为原始数据。

在前述理论描述中的资源块可以用时间t来取代。当使用这种取代来执行前述分析时，使功耗量J最小化的条件可以通过以下公式给出。

[数学表达式42]

换言之，以下公式给出了使功耗的总量J最小化的条件。

[数学表达式43]

前述公式也可以表示如下。

[数学表达式44]

f(t)＝常数(38)

如果在时间T内发送b比特，当在时间T内均衡地发送b比特时，使用常量

[数学表达式45]

$f\left(t\right)-\frac{b}{T}---\left(39\right),$

通过使用简单的示例描述这个理论。

这里，比较图15中示出的两种发送方法(1)和(2)。在发送方法(1)中，以高调制阶数发送b比特数据，然后关闭发送功率放大器104。假定64QAM用作高阶调制。在发送方法(2)中，在时间T内以低调制阶数均衡地发送b比特数据。假定QPSK用作低阶调制。

在两个发送方法(1)和(2)中，发送比特的总数b是6。图16为示出了发送方法(1)和(2)的条件以及作为获得的结果的发送功率的量的表格。

在发送方法(1)中，由于调制方案为64QAM，所以可以一次发送6比特的数据。因此，发送时间t等于一个发送会话周期。由于发送功率放大器在此后被关闭，所以不会产生功耗。

在发送方法(2)中，在时间T内根据作为低阶调制的QPSK均衡地发送数据。由于调制方案是QPSK，因此一次发送2比特数据，从而发送时间等于三个发送会话的周期。

QPSK的发送功率是0.25，而64QAM的发送功率是0.25x4x4，因为64QAM的发送比特的数量比QPSK的发送比特的数量大4比特。因此，发送方法(1)中的发送功率的量是4，而发送方法(2)中的发送功率是0.75，明显地小于前者。这种减少表示满足了使用公式(38)和(39)描述的理论。换言之，清楚的是，通过使通信均衡并且使用与均衡后的通信相对应的低阶调制方案，可以实现节能。

此发现可以应用于前述基站。例如，一次映射部分201可以估计发送数据的通信量，限制对应于通信量的要映射到无线电资源的数据的量，并且相对于时间均衡数据的量。由于二次映射部分202映射到无线电资源的数据的量受到由一次映射部分201获得的发送比特的总数的限制，因此从映射部分103提供的数据相对于时间被均衡。

可替代地，一次映射部分201可以基于无线电资源的使用率估计通信量。进一步可替代地，一次映射部分201可以基于存储在发送缓冲器101中的发送数据的队列长度估计通信量。一次映射部分201需要将具有与队列的长度相对应的数据量的数据映射到无线电资源。

现在已经使用数值描述了通过此实施例可以完成的节能的效果。接下来，将会使用模拟来阐明节能的效果。图17为示出了表示节能的效果的模拟结果的图。

在此模拟中，使用了参照图13描述的反馈控制。在此模拟中，无线终端的数量是8并且副载波的数量是256。一个资源块在频率方向上包括16个副载波。作为无线终端的环境条件，模拟了出现频率选择性高速衰落的信道。

信道质量随着资源块变化。作为MCS，除了多个编码方案(编码率)的组合之外，在从0至6的七个水平中使用QPSK、16QAM和64QAM。图18是用于模拟中的MCS的表格。

通知基站作为各资源块的副波段CQI的CQI。对各副波段执行调度。要发送到具有高调度指标的无线终端的数据被映射到具有高优先级的无线电资源。

使用三种类型的发送功率放大器：指数逼近模型、道尔蒂(Doherty)放大器和B级放大器。指数逼近模型是基于信息理论的香农容量公式的逼近并且曾被用作理想的模型。道尔蒂放大器和B级放大器用作真实的发送放大器模型。

基于与本发明的自适应调制编码相同的MCS的普通的自适应调制编码被用作本发明的实施例用来比较减少发送功率放大器的功耗的效果的比较对象。在比较目标中，当在无线电资源中存在空白资源时，发送功率的放大器被关闭以便防止功率的浪费性消耗。

图17的图示出了随着通信量的减少、本发明的实施例的功耗量与比较对象的功耗量相比显著地减少。当通信量变为50％时，本发明的实施例的功耗量变为比较对象的功耗量的大约1/4。此趋势不仅适用于理想的指数逼近模型，而且适用于作为道尔蒂放大器和B级放大器的真实的发送功率放大器模型。

前述模拟结果表明本发明的节能是有效的。此外，表明了本发明的节能不仅对于理想的指数逼近模型而且对于真实的发送功率放大器模型都是有效的。

前述实施例的部分或全部可以被描述为以下补充。然而，应当理解的是，本发明并不局限于以下补充。

(补充1)

一种采用自适应调制以连接到无线终端的基站，包括：

第一处理装置，其决定要发送到所述无线终端的通信的比特总数的目标值，所述目标值被映射到无线电资源；以及

第二处理装置，其根据所述自适应调制决定用于所述无线终端的调制方案以使得要发送的比特的总数基于所述目标值被限制，所述无线电资源的空白资源减少，并且发送功率密度变为恒定的并且很小。

(补充2)

如补充1所述的基站，

其中所述第一处理装置决定所述比特的总数作为所述目标值，其中根据一次自适应调制处理决定用于所述无线终端的调制方案，并且

其中当根据所述一次自适应调制处理决定的所述调制方案被映射到所述无线电资源时，如果所述无线电资源中存在空白资源，则所述第二处理装置决定根据二次自适应调制决定的用于所述无线终端的调制方案，所述二次自适应调制包括并且利用所述空白资源使得所述比特的总数受到限制、所述发送功率密度变为恒定的并且很小。

(补充3)

如补充2所述的基站，

其中所述第一处理装置基于信道质量信息执行所述一次自适应调制处理，并且

其中所述第二处理装置执行所述二次自适应调制使得所述空白资源也被使用，所述发送功率密度变为恒定的并且很小，并且所述二次自适应调制基于所述信道质量获得的比特的总数变得接近由所述一次自适应调制处理获得的比特的总数。

(补充4)

如补充3所述的基站，

其中所述第二处理装置依次尝试控制用于具有不同的信道质量的多个无线终端的自适应调制，使得所述二次自适应调制获得的所述比特的总数与所述一次自适应调制处理获得的比特的总数相匹配。

(补充5)

如补充3或4所述的基站，

其中所述第二处理装置控制用于优先级大于预定的阈值的无线终端的自适应调制，使得所述第一处理装置决定的发送功率密度被维持。

(补充6)

如补充1至5中任意一项所述的基站，进一步包括：

控制信号通信装置，其发送表示发送导频信号的功率密度与所述第二处理装置获得的所述发送功率之间的差异的控制信号。

(补充7)

如补充1至6中任意一项所述的基站，

其中所述第一处理装置决定与要发送到所述无线终端的通信量相对应的所述目标值。

(补充8)

如补充7所述的基站，

其中所述第一处理装置决定与所述通信量相对应的、所述空白资源或可用的无线电资源和所有所述无线电资源的比值并且通过使用所述可用的无线电资源的映射来决定所述目标值。

(补充9)

如补充1至6中任意一项所述的基站，

其中所述第一处理装置决定与临时地存储要发送的数据的发送缓冲器的队列的长度相对应的所述目标值。

(补充10)

如补充9所述的基站，

其中所述第一处理装置决定与所述队列的长度相对应的、可用的无线电资源和所有所述无线电资源的比值或所述空白资源并且通过使用所述可用的无线电资源的映射来决定所述目标值。

(补充11)

如补充1至10中任意一项所述的基站，

其中所述第二处理装置控制所述自适应调制使得所述发送功率密度在一个预定的范围内变成恒定的值。

(补充12)

如补充1至11中任意一项所述的基站，

其中所述无线电资源是限定在频率方向、时间方向或频率和时间方向两者上的区域。

(补充13)

一种用于采用自适应调制以连接到无线终端的基站的自适应调制控制方法，包括：

决定要发送到所述无线终端的通信的比特的总数的目标值，所述目标值被映射到无线电资源；以及

根据所述自适应调制决定用于所述无线终端的调制方案使得要发送的比特的总数基于所述目标值被限制，所述无线电资源的空白资源减少，并且发送功率密度变为恒定的并且很小。

已经参照实施例描述了本发明。然而，本领域的技术人员应当理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下可以多种方式改变本发明的结构和细节。

本申请要求基于2010年2月23日提交的日本专利申请JP 2010-037097的优先权，该申请的全部内容通过引用的方式全部结合在本文中。

Claims (10)

1.一种采用自适应调制以连接到无线终端的基站，包括：

第一处理装置，所述第一处理装置决定要发送到所述无线终端的通信的比特的总数的目标值，所述目标值被映射到无线电资源；以及

第二处理装置，所述第二处理装置根据所述自适应调制决定用于所述无线终端的调制方案以使得要发送的比特的总数基于所述目标值被限制、所述无线电资源的空白资源减少、并且发送功率密度变为恒定的并且很小。

2.如权利要求1所述的基站，

其中所述第一处理装置决定所述比特的总数作为所述目标值，其中根据一次自适应调制处理决定用于所述无线终端的调制方案，并且

其中当根据所述一次自适应调制处理决定的所述调制方案被映射到所述无线电资源时，如果所述无线电资源中存在空白资源，则所述第二处理装置决定根据二次自适应调制决定的用于所述无线终端的调制方案，所述二次自适应调制包括并且利用所述空白资源使得所述比特的总数受到限制、所述发送功率密度变为恒定的并且很小。

3.如权利要求2所述的基站，

其中所述第一处理装置基于信道质量信息执行所述一次自适应调制处理，并且

其中所述第二处理装置执行所述二次自适应调制使得所述空白资源也被使用、所述发送功率密度变为恒定的并且很小、并且所述二次自适应调制基于所述信道质量获得的比特的总数变得接近由所述一次自适应调制处理获得的比特的总数。

4.如权利要求3所述的基站，

其中所述第二处理装置依次尝试控制用于具有不同的信道质量的多个无线终端的自适应调制，使得所述二次自适应调制获得的所述比特的总数与所述一次自适应调制处理获得的比特的总数相匹配。

5.如权利要求3或4所述的基站，

其中所述第二处理装置控制用于优先级大于预定的阈值的无线终端的自适应调制，使得所述第一处理装置决定的发送功率密度被维持。

6.如权利要求1至5中任意一项所述的基站，进一步包括：

控制信号通信装置，所述控制信号通信装置发送表示发送导频信号的功率密度与所述第二处理装置获得的所述发送功率密度之间的差异的控制信号。

7.如权利要求1至6中任意一项所述的基站，

其中所述第一处理装置决定与要发送到所述无线终端的通信量相对应的所述目标值。

8.如权利要求7所述的基站，

其中所述第一处理装置决定与所述通信量相对应的、可用的无线电资源和所有所述无线电资源的比值或所述空白资源并且通过使用所述可用的无线电资源的映射来决定所述目标值。

9.如权利要求1至6中任意一项所述的基站，

其中所述第一处理装置决定与临时地存储要发送的数据的发送缓冲器的队列的长度相对应的所述目标值。

10.如权利要求1至9中任意一项所述的基站，

其中所述第二处理装置控制所述自适应调制使得所述发送功率密度在一个预定的范围内变成恒定的值。

Images