CN103905150A - 基于比特分割复用的自适应传输方法及系统 - Google Patents

基于比特分割复用的自适应传输方法及系统 Download PDF

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Abstract

一种基于比特分割复用的自适应传输方法，该方法包括有：发送端执行的如下步骤：(a)根据对当前信道状态的预测值，选择一种传输模式；(b)对每个比特管道中的输入信息比特，独立进行信道编码和比特交织得到编码比特；(c)对多个比特管道输出的编码比特共同进行星座映射得到发送符号，并输出；及接收端执行的步骤：(d)接收所述发送符号；(e)结合当前的信道状态信息和传输模式，对接收到的发送符号进行解调解码，得到各个比特管道的解调解码的结果。本发明还涉及一种基于比特分割复用的自适应传输系统。相对于传统自适应编码调制方法，本发明有效地提高了用户的平均传输速率，并且解决了信道资源分配灵活性较低和星座图变化的问题。

Description

基于比特分割复用的自适应传输方法及系统
技术领域
本发明涉及数字信息传输技术领域，特别涉及一种基于比特分割复用（Bit Division Multiplexing，BDM）的自适应传输方法及系统。
背景技术
无线数字通信系统中，无线信道在数据传输过程中常常具有时变衰落特性，即发射信号功率一定时，信道容量随时间变化。即使反馈信道反馈了前一时刻的信道状态，当前时刻的信道状态也以一定概率分布偏离前一时刻的信道状态。
在自适应编码调制系统中，发送端根据对当前时刻信道状态的预测值，确定相应的编码调制方式。传统自适应编码调制方法中，两种典型的方法分别是：一、用户的所有数据采用相同的编码调制方式，用户所有数据具有相同的接收门限；二、采用分层调制（Hierarchical modulation）技术支持两种接收门限的数据。在第一种方法中，由于信道状态的概率分布，用户成功接收数据的概率小于1，即，有一定概率接收不到数据，这样用户信息的平均传输速率降低。在第二种方法中，用户有一定概率接收不到所有数据，也有一定概率同时接收到两种接收门限的数据，用户信息的平均传输速率可以得到有效的提升，但是仅仅支持两种接收门限的数据，并且信道资源分配灵活性很低，星座映射受限。此外，在上述两种方法中，发送符号的星座映射均是变化的。
所谓星座映射，就是将携带数字信息的有限域“比特”序列映射成适于传输的“符号”序列。每个符号的取值空间可以是一维实数空间、二维实数空间（即复数空间或复数平面）、或更高维的实数空间。星座映射包含两个要素，即星座图和星座点映射方式。星座图代表星座映射输出符号的所有取值组成的集合，其中，星座图的每个点对应输出符号的一种取值。星座点映射方式代表输入比特（组）到星座点的特定映射关系，或者星座点到比特（组）的特定映射关系，通常每个星座点与一个比特或多个比特组成的比特组一一对应。目前最为常见以及实用的复数空间的星座图主要有正交幅度调制(Quadrature Amplitude Modulation, QAM)、相移键控（Phase Shift Keying, PSK）以及幅度相移键控(Amplitude-Phase Shift Keying, APSK)调制技术；实数空间的星座图主要为脉冲幅度调制（Pulse Amplitude Modulation, PAM）。
发明内容
针对上述问题，有必要提供一种基于BDM的自适应传输方法，以弥补传统自适应编码调制技术中平均传输速率较低，信道资源分配灵活性较低和星座图变化的问题。
另外，还有必要提供一种基于BDM的自适应传输系统，以弥补传统自适应编码调制技术中平均传输速率较低，信道资源分配灵活性较低和星座图变化的问题。
一种基于比特分割复用的自适应传输方法，该方法包括有：
发送端执行的如下步骤：
(a)根据对当前信道状态的预测值，选择一种传输模式，所述传输模式包括比特管道的传输模式及编码调制模式；其中，比特管道是通过将物理层信道在比特层次上进行分割得到，所述物理层信道分割为至少两个比特管道；
(b)对每个比特管道中的输入信息比特，独立进行信道编码和比特交织得到编码比特；
(c)对多个比特管道输出的编码比特共同进行星座映射得到发送符号，并输出；
及接收端执行的步骤：
(d)接收所述发送符号；以及
(e)结合当前的信道状态信息和传输模式，对接收到的发送符号进行解调解码，得到各个比特管道的解调解码的结果。
一种基于比特分割复用的自适应传输系统，包括：
发送端，包括：
传输模式确定模块，用于根据对当前信道状态的预测值，选择一种传输模式，所述传输模式包括比特管道的传输模式及编码调制模式；其中，比特管道是通过将物理层信道在比特层次上进行分割得到，所述物理层信道分割为至少两个比特管道；
编码模块，用于对每个比特管道中的输入信息比特，独立进行信道编码和比特交织得到编码比特；
星座映射模块，用于对多个比特管道输出的编码比特共同进行星座映射得到发送符号，并输出；
以及接收端，用于接收所述发送符号，并结合当前的信道状态信息和传输模式，对接收到的发送符号进行解调解码，得到各个比特管道的解调解码的结果。
相较于传统编码技术方法，本发明的基于比特分割复用的自适应传输方法及系统通过根据对当前信道状态的预测值选择适合的传输模式，即，选择适合的比特管道的分割方案及编码调制模式，明显提升了信道资源分配的灵活性，通过物理层信道资源的灵活分配进一步优化信道的平均传输速率。此外，基于比特分割复用的自适应传输方法，对每个比特管道中的输入信息比特独立进行信道编码及比特交织后再共同进行星座映射，星座映射不受限制，不需要是两个子星座映射的乘积；当用户的信道状态发生变化时，也不需要改变星座映射方式，只需要调整对应的比特分割方案，从而避免星座图变化的问题。
附图说明
图1为本发明较佳实施方式的基于比特分割复用的自适应传输系统的功能模块图。
图2为本发明较佳实施方式的基于比特分割复用的自适应传输方法的流程图。
图3为本发明所例举的信道转移概率密度的示意图。
主要元件符号说明
基于BDM的自适应传输系统 100
发送端 10
接收端 30
传输模式确定模块 11
编码模块 13
星座映射模块 15
处理模块 17
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
比特分割复用（Bit Division Multiplexing，BDM）是一种跨一个或多个符号的比特层次的信道分割复用方法。当采用BDM传输多个业务的信息时，信道资源在比特层次上分割成多个比特层次的物理层子信道，每个比特层次的物理层子信道用于传输一种业务信息。采用BDM的多业务传输方法，资源调度十分灵活，可以采用任意星座映射，频谱利用率较传统基于符号层次的物理层子信道更高。
请参阅图1，本发明较佳实施方式的基于BDM的自适应传输系统100，包括发送端10以及接收端30。发送端10包括传输模式确定模块11、编码模块13、星座映射模块15以及处理模块17。下面结合图2对发送端10的各个模块的功能以及接收端30的功能进行详细说明。
请参阅图2，本发明较佳实施方式的基于BDM的自适应传输方法，包括由发送端10执行的步骤S1-S4以及由接收端30执行的步骤S5-S6,具体为：
步骤S1：传输模式确定模块11根据对当前信道状态的预测值，选择一种传输模式。
其中，当前信道状态的预测值包括但不限于通过接收端30反馈的信息获得，接收端30反馈的信息可以为各个比特管道的信息比特的估计结果，前一时刻的平均信噪比和信道变化的转移概率密度分布等。
所述传输模式包括：比特管道的传输模式和每个比特管道的编码调制模式。所述比特管道，即，比特层次的物理层子信道，是通过将物理层信道在比特层次上进行分割得到的，所述物理层信道分割为至少两个比特管道；每个比特管道包含所述物理层信道的部分或者全部比特。
所述比特管道的传输模式，即，物理层信道的具体分割方案，包括比特管道数目确定和比特管道的资源分配。也就是说，通过对当前信道状态的预测值，确定比特管道的数目及资源分配。在本实施方式中，所述比特管道的资源分配是自适应的，当需要重传数据时，按照重传数据的多少，分配相应的一个或者多个较高优先级比特管道传输重传数据，其它较低优先级比特管道传输用户所需的新数据；当不需要重传数据时，所有的比特管道用于传输用户所需的新数据；对于传输用户所需的新数据，较高优先级的比特管道传输用户需求程度较高的数据。
每个比特管道的所述编码调制模式，包括：每个比特管道采用的信道编码、码率及比特交织方案。
步骤S2：编码模块13将每个比特管道中的输入信息比特，独立进行信道编码和比特交织得到编码比特。
步骤S3：星座映射模块15对多个比特管道输出的编码比特共同进行星座映射得到发送符号。
步骤S4：处理模块17用于将所述发送符号经过处理后，经由信道发送到接收端30。在本实施方式中，其中，对所述发送符号的处理，包括但是不限于符号交织、正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)调制、组帧以及频谱成型。
步骤S5：接收端30接收所述发送符号。在本实施方式中，接收端30接收的为经过处理后的发送符号。
步骤S6：接收端30结合当前的信道状态信息和传输模式，对接收到的发送符号进行解调解码，得到各个比特管道的解调解码的结果。其中，各个比特管道的解调解码的结果，包括：各个比特管道的信息比特的估计结果，及各个比特管道是否成功解调解码。
下面以长期演进（Long Term Evolution，LTE）系统为例对本发明的基于BDM的自适应传输方法的应用进行说明。
当所述基于BDM的自适应传输方法应用于LTE系统时，LTE系统的基站即为所述发送端10，而移动台（用户）则为所述接收端30。在LTE下行链路中，每个用户的数据在正交空间中复用。在上述步骤S1中，当前信道状态信息的预测值是由用户通过LTE上行链路反馈的信息获得。在上述步骤S5中，接收端30在得到各个比特管道的信息比特的估计结果后，将上述结果通过LTE上行链路反馈到接收端30，即基站。
为了进一步说明本发明，在本实施例中，将具体说明本发明相对于传统编码调制的优势。对于传统编码调制技术中，两种典型的方法分别是：一、用户的所有数据采用相同的编码调制方式，用户所有数据具有相同的接收门限；二、采用分层调制技术支持两种接收门限的数据。
假设已知的信道信息为接收端30反馈的前一时刻的平均信噪比和信道变化的转移概率密度分布，如图3所示，其中                                               
Figure 2014100822951100002DEST_PATH_IMAGE001
为前一时刻平均信噪比，
Figure 2014100822951100002DEST_PATH_IMAGE002
和
Figure 2014100822951100002DEST_PATH_IMAGE003
分别为两个比特管道的解码门限。
传统编码调制第一种方法，用户的平均传输速率的上界为：
Figure 2014100822951100002DEST_PATH_IMAGE004
其中，为时间标志，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
表示在第
Figure 850964DEST_PATH_IMAGE005
时刻信噪比大于发送数据的接收门限
Figure DEST_PATH_IMAGE008
的概率，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
表示对变量
Figure DEST_PATH_IMAGE010
对
Figure 955055DEST_PATH_IMAGE005
求期望，。
传统编码调制第二种方法，用户的平均传输速率的上界为：
Figure DEST_PATH_IMAGE012
其中，（j=1/2）表示第部分数据的联合最大传输速率,它是
Figure 859426DEST_PATH_IMAGE008
和
Figure DEST_PATH_IMAGE015
的函数。
采用本发明所述基于BDM的自适应传输方法，物理层信道被分割成n个比特管道，第
Figure 254635DEST_PATH_IMAGE014
个比特管道的解码门限为，用户的平均传输速率的上界为：
Figure DEST_PATH_IMAGE017
可以看出，当
Figure DEST_PATH_IMAGE018
时，本发明相较于传统编码技术方法，可以通过物理层信道资源的灵活分配进一步优化信道的平均传输速率。即使当
Figure DEST_PATH_IMAGE019
时，本发明相对于传统编码调制技术第二种方法，也明显提升了信道资源分配的灵活性。
Figure DEST_PATH_IMAGE020
传统编码调制技术中第二种方法，利用分层调制技术，物理层信道的划分只在一个符号中进行，只能传输两个比特管道的数据；对于BDM技术，物理层信道的划分是跨多个符号的，资源分配更加灵活，可以传输多个比特管道的数据。此外，基于BDM的自适应传输方法，对每个比特管道中的输入信息比特独立进行信道编码及比特交织后再共同进行星座映射，星座映射不受限制，不需要是两个子星座映射的乘积；当用户的信道状态发生变化时，也不需要改变星座映射，只需要调整对应的比特分割方案，从而避免星座图变化的问题。

Claims (10)

1.一种基于比特分割复用的自适应传输方法，其特征在于，该方法包括有：
发送端执行的如下步骤：
(a)根据对当前信道状态的预测值，选择一种传输模式，所述传输模式包括比特管道的传输模式及编码调制模式；其中，比特管道是通过将物理层信道在比特层次上进行分割得到，所述物理层信道分割为至少两个比特管道；
(b)对每个比特管道中的输入信息比特，独立进行信道编码和比特交织得到编码比特；
(c)对多个比特管道输出的编码比特共同进行星座映射得到发送符号，并输出；
及接收端执行的步骤：
(d)接收所述发送符号；以及
(e)结合当前的信道状态信息和传输模式，对接收到的发送符号进行解调解码，得到各个比特管道的解调解码的结果。
2.如权利要求1所述的基于比特分割复用的自适应传输方法，其特征在于：在步骤(a)中，当前信道状态的预测值通过接收端反馈的信息获得，接收端反馈的信息为前一时刻的平均信噪比和信道变化的转移概率密度分布。
3.如权利要求1所述的基于比特分割复用的自适应传输方法，其特征在于：每个比特管道包含所述物理层信道的部分或者全部比特。
4.如权利要求1所述的基于比特分割复用的自适应传输方法，其特征在于：所述比特管道的传输模式包括比特管道数目确定和比特管道的资源分配，在步骤(a)中，通过对当前信道状态的预测值，确定比特管道的数目及资源分配。
5.如权利要求4所述的基于比特分割复用的自适应传输方法，其特征在于：在确定所述比特管道的资源分配时，当需要重传数据时，按照重传数据的多少，分配相应的一个或者多个较高优先级比特管道传输重传数据，其他较低优先级比特管道传输用户所需的新数据；当不需要重传数据时，所有的比特管道用于传输用户所需的新数据；对于传输用户所需的新数据，较高优先级的比特管道传输用户需求程度较高的数据。
6.如权利要求1所述的基于比特分割复用的自适应传输方法，其特征在于：所述每个比特管道的编码调制模式包括每个比特管道采用的信道编码、码率及比特交织方案。
7.如权利要求1所述的基于比特分割复用的自适应传输方法，其特征在于：在发送端执行的步骤中，在步骤(c)后还包括对所述发送符号进行处理的步骤，其中，对所述发送符号的处理，包括符号交织、调制、组帧以及频谱成型中的至少一项。
8.如权利要求1所述的基于比特分割复用的自适应传输方法，其特征在于：在步骤(e)中，各个比特管道的解调解码的结果包括各个比特管道的信息比特的估计结果，以及各个比特管道是否成功解调解码。
9.一种基于比特分割复用的自适应传输系统，其特征在于，该系统包括：
发送端，包括：
传输模式确定模块，用于根据对当前信道状态的预测值，选择一种传输模式，所述传输模式包括比特管道的传输模式及编码调制模式；其中，比特管道是通过将物理层信道在比特层次上进行分割得到，所述物理层信道分割为至少两个比特管道；
编码模块，用于对每个比特管道中的输入信息比特，独立进行信道编码和比特交织得到编码比特；
星座映射模块，用于对多个比特管道输出的编码比特共同进行星座映射得到发送符号，并输出；
以及接收端，用于接收所述发送符号，并结合当前的信道状态信息和传输模式，对接收到的发送符号进行解调解码，得到各个比特管道的解调解码的结果。
10.如权利要求9所述的基于比特分割复用的自适应传输系统，其特征在于：所述基于比特分割复用的自适应传输系统还包括处理模块，用于对所述星座映射模块输出的发送符号进行处理，对所述发送符号的处理，包括符号交织、调制、组帧以及频谱成型中的至少一项。
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