CN105472666A - 一种出站链路信息速率自适应的方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

针对入站链路容量受限的卫星通信系统提供一种出站链路信息速率自适应的方法、装置及系统，包括用户设备和地面控制中心，所述用户设备用于测量和预估出站信道质量，并按照出站信道质量报告模式切换单元的指示发送的出站信道质量给地面控制中心，地面控制中心用于根据业务类型，用户反馈的出站信道质量为用户设备配置相应的出站信息速率。本发明在保证一定出站链路信息速率控制准确度的同时，尽量降低入站控制信令的开销。

Description

一种出站链路信息速率自适应的方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及卫星移动通信技术领域，更具体而言，涉及卫星移动通信系统出站链路信息速率的控制系统及其方法。

背景技术

卫星移动通信系统主要由空间段、地面控制中心和用户段组成，空间段由包含若干颗卫星的卫星星座组成，这些卫星(出站转发器、入站转发器)转发由地面中心站发出的出站信号和用户机发出的入站信号，具备一定的抗干扰能力。地面控制中心完成用户信号收发测量和信息收发处理，并对整个系统的运行进行管理控制。用户段是指用户机终端，接收来自地面控制中心的数据业务以及控制消息，并根据自身业务需求以及出站的控制信令发送入站消息，实现定位、定时、短报文通信等功能。

对于所有用户，出站链路的信息速率是一致且固定的，即无论信道条件，业务需求或备余量要求，出站链路的信息速率都不变。这种信息速率控制方法虽实现简单，但系统效率低：由于出站信息速率设置时，为了保证绝大多数用户能接收到出站信号，包括信道条件较差时也能接收到信号，系统一般留有较大备余量，导致设置的出站信息速率偏低。然而，对于出站信道条件好或备余量要求较低的用户，比如处于海面等无遮挡地区或位于卫星波束中央的用户机，可以接收更高出站信息速率的信号。设置固定的出站信息速率不仅浪费卫星转发器的发射功率，也限制了系统出站容量。

目前无线通信领域中广泛采用的链路自适应方法是闭环反馈方法，即，该方法需要网络侧和用户共同完成。由用户设备接收并测量下行(出站)信道质量，再将该测量值反馈给网络侧设备(比如基站，地面控制中心等)，网络侧设备根据用户设备反馈的下行(出站)信道质量，选择合适的信息速率发送下行(出站)消息给用户。用户侧和网络侧设备按照此规律循环往复。

闭环反馈方法需要用户设备频繁地反馈下行(出站)信道质量指示，这一定程度上增加了系统的信令开销，尤其对于入站容量有限的卫星移动通信系统而言，这很可能造成入站拥塞；此外，若系统启动入站流量抑制，指示出站信道质量的入站消息将在一定程度上被抑制，导致地面控制中心不能及时获取和更新出站信道质量。

另外，闭环反馈方法对于传输时延较小的系统能较好地自适应信道变化，但对于RDSS卫星移动通信系统，尤其是GEO(GeostationaryEarthOrbit相对地球静止轨道)卫星通信系统，信号传输时延很大，即，从用户测量出站信道质量，并将测量结果发送给地面控制站，地面控制站再基于测量结果选择合适的信息速率发送出站信号给用户，最后用户设备接收到出站消息这一往返过程，至少需要0.54秒。换言之，用户设备接收到的某一信息速率的出站信号是基于0.54秒前系统出站信道情况做出的判断，因此，出站信道质量测量值的时效性较差，将影响到地面控制中心对出站信息速率选择的准确度。

考虑到卫星移动通信系统入站容量低和传输时延长的限制，需要改进的闭环反馈控制方法，使之同时满足出站信息速率控制的准确度和入站信令开销的要求。

发明内容

对于卫星移动通信系统，为同时满足用户机的可靠接收和平均出站速率的提升，地面控制中心有必要根据各个用户机出站信道条件，备余量要求的不同，配置不同的出站信息速率，这也意味着需要用户机较频繁地反馈出站信道质量，对于入站链路容量有限的系统，这对系统造成了较大负担。本发明要解决的技术问题是针对入站链路容量受限的卫星移动通信系统提供一种出站链路信息速率自适应的方法、装置及系统，在保证一定出站链路信息速率控制准确度的同时，尽量降低入站控制信令的开销。

本发明的技术方案是，

一种出站链路信息速率自适应系统，包括用户设备和地面控制中心，所述用户设备用于测量和预估出站信道质量，并按照出站信道质量报告模式切换单元的指示发送的出站信道质量给地面控制中心，地面控制中心用于根据业务类型，用户反馈的出站信道质量为用户设备配置相应的出站信息速率；

用户设备包括出站信号测量单元、出站信道质量预测单元、出站信道质量报告模式切换单元和出站信道质量报告发送单元，出站信号测量单元用于测量接收到的出站信号功率电平和/或信号质量；出站信道质量预测单元，用于根据出站信号测量单元的输出结果，预测一定时间内的出站信道质量；出站信道质量报告模式切换单元，用于用户设备根据由所述出站信号测量单元测量到的出站信道状态稳定程度以及由用户设备接收到的地面控制中心通过出站链路广播的入站流量抑制指示，决定采用的出站信道质量报告方式；出站信道质量报告发送单元，根据出站信道质量报告方式，发送相应的出站信道质量报告；

地面控制中心包括入站信号接收和解析单元以及出站信道信息速率判决单元，所述入站信号接收和解析单元用于接收用户设备发送的出站信道质量报告，分析所述信号载噪比，并且解析出站信道质量报告；出站信道信息速率判决单元用于为用户设备配置出站消息对应的信息速率。

本发明所述出站信道质量报告模式切换单元所采用的出站信道质量报告方式有三种，分别为主动触发模式、被动触发模式和周期性发送模式；

当出站信道质量状态在设定时间内稳定，即在预设时间内信道质量测量值的方差小于设定阈值σ，则出站信道质量报告模式切换单元指示为主动触发模式；当出站信道质量报告模式切换单元指示为主动触发模式时，只有当出站信道质量预测值与最新的出站信道质量测量值的差值超过设定阈值Δ时，用户设备才向地面控制中心发送出站信道质量报告，所述出站信道质量报告为预设周期内的信道质量预测值；其中所述设定时间可以为预先设置的固定值，或用户设备设置为K倍的出站信道相干时间K·T_coh，其中K和T_coh由用户设备出站信号测量单元计算或配置得到；

若出站信道质量状态不稳定，即在预设时间内信道质量测量值的方差不小于设定阈值σ，或存在入站流量抑制指示时，则出站信道质量报告模式切换单元指示为被动触发模式；当出站信道质量报告模式切换单元指示为被动触发模式时，用户设备根据地面控制中心的出站指示，发送出站信道质量报告；若地面控制中心无指示，则用户设备不发送出站信道质量报告；

若出站信道质量状态不稳定，即在预设时间内信道质量测量值的方差不小于设定阈值σ，且不存在入站流量抑制指示时，则出站信道质量报告模式切换单元指示为周期性发送模式；当出站信道质量报告模式切换单元指示为周期性发送模式时，用户设备按预设周期向地面控制中心发送出站信道质量报告，所述出站信道质量报告为当前出站信道质量发送时刻到下一次发送时刻的周期内出站信道质量的预测值。

本发明所述出站信息速率有2种模式，分别为固定出站信息速率模式和可变出站信息速率模式；

当通信模式为广播或组播时，地面控制中心采用固定信息速率，所述固定信息速率设置为能够确保所有用户设备都能接收到消息得最低出站信息速率，所述固定信息速率为预先配置的信息速率；

当通信模式为点对点通信时，地面控制中心采用可变出站信息速率，即地面控制中心根据用户设备反馈的出站信道质量报告，选择相匹配的出站信息速率，且地面控制中心选择的出站信息速率不高于用户设备反馈的出站信道质量报告所获得的出站信息速率。

基于上述出站链路信息速率自适应系统，本发明提供一种出站链路信息速率自适应方法，包括以下步骤：

(1)用户设备中的出站信号测量单元测量接收到的出站信号功率电平和/或信号质量；

(2)出站信道质量预测单元根据出站信号测量单元的输出结果，预测一定时间内的出站信道质量；

(3)出站信道质量报告模式切换单元根据用户设备出站信号测量单元测量到的出站信道状态稳定程度以及用户设备接收到的地面控制中心通过出站链路广播的入站流量抑制指示，决定采用的出站信道质量报告方式；

当出站信道质量报告模式切换单元指示为主动触发模式时，只有当出站信道质量预测值与最新的出站信道质量测量值的差值超过设定阈值Δ时，用户设备才向地面控制中心发送出站信道质量报告，所述出站信道质量报告为预设周期内的信道质量预测值；

当出站信道质量报告模式切换单元指示为被动触发模式时，用户设备根据地面控制中心的出站指示，发送出站信道质量报告；若地面控制中心无指示，则用户设备不发送出站信道质量报告；

当出站信道质量报告模式切换单元指示为周期性发送模式时，用户设备按一定发送周期向地面控制中心发送出站信道质量报告，所述发送周期可以为预先设置的固定值，或用户设备设置为当前出站信道相干时间T_coh，或者K倍的出站信道相干时间K·T_coh，其中K和T_coh由用户设备出站信号测量单元计算或配置得到。所述出站信道质量报告为当前出站信道质量发送时刻到下一次发送时刻的周期内出站信道质量的预测值；

(4)出站信道质量报告发送单元根据出站信道质量报告方式，发送相应的出站信道质量报告；

(5)地面控制中心的入站信号接收和解析单元接收用户设备发送的出站信道质量报告，分析该信号载噪比，并且解析出站信道质量报告；

(6)出站信道信息速率判决单元为用户设备配置出站消息对应的信息速率；

通信模式如果是广播，组播消息，出站消息采用固定信息速率，所述固定信息速率设置为能够确保所有用户设备都能接收到消息得最低出站信息速率；如果通信模式是点对点通信，地面控制中心采用可变出站信息速率，即地面控制中心根据用户设备发送的出站信道质量报告，选择相匹配的出站信息速率，地面控制中心选择的出站信息速率不高于用户设备反馈的出站信道质量报告所获得的出站信息速率。

其中，卫星移动通信系统的通信模式包括广播，组播，和点对点通信方式。广播指地面控制中心向所有或某类特定用户设备发送广播信息；组播指若干用户设备临时或永久性地组成组，组内任一终端能够接收发给其他用户设备的组播信息；点对点通信指用户设备之间的，用户设备与地面控制中心之间的所有消息的传输。

其中，步骤(2)的具体方法为：

步骤101：用户设备中的出站信号测量单元按f_s的采样速率对出站信道进行采样，获得出站信道的载噪比C/N，或者信噪比S/N，或者信号功率P的测量序列，设测量序列a＝[a₁.,a₂,…a_n,…a_N]，其中a_n是载噪比测量值(C/N)_n，或信噪比测量值(S/N)_n，或信号功率测量值P_n，n表示第n个测量值，N表示测量值总个数，f_s满足奈奎斯特采样定理；

步骤102：用户设备的出站信号测量单元对步骤101获得的测量序列a做平滑处理，得到序列b；

用户设备的出站信号测量单元要根据信道相干时间T_coh选择测量时间窗T_meas来平滑接收到的出站信道的载噪比，或信噪比，或信号功率，测量时间窗T_meas大于信道相干时间T_coh。平滑后得到序列b＝[b₁,b₂,…b_j,…b_J]，其中，b_j是载噪比测量平均值<C/N>_j，或信噪比测量平均值<S/N>_j，或信号功率测量平均值<P>_j，符号<·>表示序列a中每Z个测量值的平均值，符号表示取不小于给定实数的最小整数，j表示第j个测量平均值，J表示测量平均值的总个数，

步骤103：用户设备出站信道质量预测单元根据序列b，计算测量序列k阶自相关系数r_k。

$r_k=\frac{\underset{j=1}{\overset{J-k}{\&Sigma;}}(b_j-\mathrm{\&lambda;})(b_{j+k}-\mathrm{\&lambda;})}{\sqrt{\underset{j=1}{\overset{J-k}{\&Sigma;}}{(b_j-\mathrm{\&lambda;})}^2\underset{j=1}{\overset{J-k}{\&Sigma;}}{(b_{j+k}-\mathrm{\&lambda;})}^2}}$ (式1)

归一化后自相关系数w_k为：

$w_k=\frac{r_k}{\sqrt{\underset{i=1}{\overset{K}{\&Sigma;}}\left|r_k\right|}},(k=1,2,\mathrm{...}K)$ (式2)

其中λ为序列b的平均值；K可以设为固定值，也可以根据自相关系数自适应选择K的数值，比如当自相关系数小于某一数值时，对应的K值即为本次计算的最大自相关阶数。

步骤104：用户设备出站信道质量预测单元采用线性回归模型计算经k步转移到预测时刻t_J+k所处的信道质量预测值b_J+k：

$b_{J+k}=\underset{l=1}{\overset{k}{\&Sigma;}}{w}_l{b}_{J-l}$ (式4)

其中w_l为归一化l阶自相关系数，b_J-l为测量序列b中k个最新的测量值，k≤K，l≤k。

本发明的有益技术效果：

用户设备根据出站信道质量报告模式切换单元的指示决定出站信道质量报告的发送方式，以保证出站信息速率选择准确度的同时，尽量减少入站次数。

通过改进的自适应出站信息速率方法，可以提高地面控制中心出站信息速率选择的准确度，同时降低入站和出站信令的开销，尤其适合容量受限的卫星通信系统。

附图说明

图1是本发明实施例提供的用户设备结构示意图；

图2是本发明实施例提供的地面控制中心结构示意图；

图3是本发明实施例提供的出站链路信息速率自适应系统结构示意图。

图4是本发明实施例提供的用户设备侧出站信号测量单元和出站信道质量预测单元工作流程示意图

图5是本发明实施例提供的用户设备侧出站信道质量报告模式切换单元的工作流程示意图；

图6是本发明实施例提供的地面控制中心选择出站信息速率模式的工作流程示意图；

具体实施方式

如图3所示，本发明提供一种出站链路信息速率自适应系统，包括用户设备和地面控制中心，所述用户设备用于测量和预估出站信道质量，并按照出站信道质量报告模式切换单元的指示发送的出站信道质量给地面控制中心，地面控制中心用于根据业务类型，用户反馈的出站信道质量为用户设备配置相应的出站信息速率。

图1所示为本发明实施例提供的一种用户设备，该用户设备包括：出站信号测量单元，出站信道质量预测单元，出站信道质量报告模式切换单元和出站信道质量报告发送单元。其中，出站信号测量单元，用于测量接收到的出站信号功率电平和/或信号质量。出站信道质量预测单元，用于根据出站信号测量单元的输出结果，采用线性回归方法预测一定时间内的出站信道质量；出站信道质量报告模式切换单元，用于用户设备根据测量到的出站信道状态稳定程度和入站流量抑制指示，决定采用的出站信道质量报告方式；出站信道质量报告发送单元，根据出站信道质量报告模式，发送相应的出站信道质量报告。

图2所示为本发明实施例提供的一种地面控制中心，该地面控制中心包括入站信号接收和解析单元和出站信道信息速率判决单元，其中，入站信号接收和解析单元，用于接收用户设备发送的出站信道质量报告，分析所述信号载噪比，以及解析出站信道质量报告；出站信道信息速率判决单元，用于为用户设备配置出站信号对应的信息速率。

基于上述系统，本发明还提供了一种出站链路信息速率自适应方法，包括以下步骤：

(1)用户设备中的出站信号测量单元测量接收到的出站信号功率电平和/或信号质量；

(2)出站信道质量预测单元根据出站信号测量单元的输出结果，预测一定时间内的出站信道质量；

(3)出站信道质量报告模式切换单元根据测量到的出站信道状态稳定程度和入站流量抑制指示，决定采用的出站信道质量报告方式；

当出站信道质量报告模式切换单元指示为主动触发模式时，只有当出站信道质量预测值与最新的出站信道质量测量值的差值超过一定阈值Δ时，用户设备才向地面控制中心发送出站信道质量报告，所述出站信道质量报告为预设周期内的信道质量预测值；

当出站信道质量报告模式切换单元指示为被动触发模式时，用户设备根据地面控制中心的出站指示，发送出站信道质量报告；若地面控制中心无指示，则用户设备不发送出站信道质量报告；

当出站信道质量报告模式切换单元指示为周期性发送模式时，用户设备按预设周期向地面控制中心发送出站信道质量报告，所述出站信道质量报告为当前出站信道质量发送时刻到下一次发送时刻的周期内出站信道质量的预测值；

(4)出站信道质量报告发送单元根据出站信道质量报告模式，发送相应的出站信道质量报告；

(5)地面控制中心的入站信号接收和解析单元接收用户设备发送的出站信道质量报告，分析所述信号载噪比，并且解析出站信道质量报告；

(6)出站信道信息速率判决单元为用户设备配置出站信号对应的信息速率；

通信模式如果是广播，组播消息，出站消息采用固定信息速率，所述固定信息速率设置为能够确保所有用户设备都能接收到消息得最低出站信息速率；如果通信模式是点对点通信，出站消息则采用可变信息速率，即地面控制中心根据用户设备发送的出站信道质量报告，获得出站信息速率，并选择相应的出站信息速率发送出站消息，且地面控制中心最终选择的出站信息速率不高于用户设备反馈的出站信道质量报告所获得的出站信息速率。

图4是本发明技术提供的用户设备侧出站信号测量单元和出站信道质量预测单元工作流程示意图，包括以下步骤：

步骤101：用户设备出站信号测量单元按f_s的采样速率对出站信道进行采样，获得相应的载噪比C/N，或者信噪比S/N，或者信号功率P的测量序列，测量序列a＝[a_n，n＝1，2，…N]，a_n可以是载噪比测量值(C/N)_n，或信噪比测量值(S/N)_n，或信号功率测量值P_n，其中f_s的取值满足奈奎斯特采样定理。

需要注意的是，用户设备出站信号测量单元仅对公共消息信道进行采样和测量，而不测量用户专用消息信道的接收功率。这样做的好处是，使得用户设备可以更精确地计算。

需说明的是，公共消息信道用于传输系统信息，所有用户设备都可以接收并解析；用户专用消息信道用于传输特定用户的数据信息，仅特定用户设备可以解析。

步骤102：用户设备的出站信号测量单元对步骤101获得的测量序列a做平滑处理，得到序列b。具体实现方法：

用户设备的出站信号测量单元要根据出站信道相干时间T_coh选择合适的测量时间窗口T_meas来平滑序列a中的测量值，即T_meas需要大于T_coh，从而消除快速衰落而不是阴影损耗的影响(比如云层损耗，建筑物或山丘的遮挡都属于阴影损耗)。

举例说明测量时间窗的选择方法：

表1用户设备不同移动速度时的信道相干时间和测量时间窗口

用户设备移动速度(km/h)	3	30	60
				最大多普勒频移fD(Hz)	5.56	55.56	111.12
信道相干时间Tcoh(ms)	75	7.5	3.75
				测量时间窗口Tmeas(ms)	>75	>7.5	>3.75

表1中最大多普勒频移计算公式为：

$f_D=f\&CenterDot;\frac{V}{c}$ (式.1)

f为载波频点，假设为2GHz；v是用户设备移动速率；c是光速。多普勒频移由用户设备的出站信号测量单元测量获得。

信道相干时间T_coh是多普勒扩展在时域的表示，用于在时域表示信道频率色散的时变特性。在现代数字通信中，相干时间的一种普遍的计算为：

$T_{coh}=\frac{0.423}{f_D}$ (式.2)

测量时间窗口T_meas需大于信道相干时间，即：

T_meas＞T_coh

具体方法是：首先将序列a中的测量值进行平滑，即每Z个测量值做平均，得到测量时间窗口T_meas内的平均测量值，

$<C/N{>}_j=\frac{1}{Z}\underset{z=1}{\overset{Z}{\&Sigma;}}{(C/N)}_{(j-1)\&CenterDot;Z+z}$

或

$<S/N{>}_j=\frac{1}{Z}\underset{z=1}{\overset{Z}{\&Sigma;}}{(S/N)}_{(j-1)\&CenterDot;Z+z}$

或(式.3)

$<P{>}_j=\frac{1}{Z}\underset{z=1}{\overset{Z}{\&Sigma;}}{\left(P\right)}_{(j-1)\&CenterDot;Z+z}$

其中，

由此得到平滑处理后的序列b＝[b₁,b₂,…b_j,…b_J，j＝1,2,…J]，其中，b_j可以是载噪比测量平均值<C/N>_j，或信噪比测量平均值<S/N>_j，或信号功率测量平均值<P>_j。

步骤103：用户设备的出站信号测量单元根据载噪比测量序列b，计算k阶自相关系数。

$r_k=\frac{\underset{j=1}{\overset{J-k}{\&Sigma;}}(b_j-\mathrm{\&lambda;})(b_{j+k}-\mathrm{\&lambda;})}{\sqrt{\underset{j=1}{\overset{J-k}{\&Sigma;}}{(b_j-\mathrm{\&lambda;})}^2\underset{j=1}{\overset{J-k}{\&Sigma;}}{(b_{j+k}-\mathrm{\&lambda;})}^2}}$ (式4)

归一化后自相关系数为：

$w_k=\frac{r_k}{\sqrt{\underset{i=1}{\overset{K}{\&Sigma;}}\left|r_k\right|}},(k=1,2,\mathrm{...}K)$ (式5)

其中λ为序列b的平均值；K可以设为固定值，也可以根据自相关系数自适应选择K的数值，比如当自相关系数小于某一数值时，对应的K值即为本次计算的最大自相关阶数。

步骤104：用户设备出站信道质量预测单元采用线性回归模型计算经k(k≤K)步转移到预测时刻t_J+k所处的信道质量预测值b_J+k，即，

$b_{J+k}=\underset{l=1}{\overset{k}{\&Sigma;}}{w}_l{b}_{J-l}$ (式6)

其中w_l为归一化l(l≤k)阶自相关系数，b_J-l为测量序列b中k个最新的测量值。

图5为本发明提供的出站信道质量报告模式切换单元的工作流程示意图。用户设备根据出站信道质量报告模式切换单元的指示，决定出站信道质量报告的发送方式。

当出站信道质量报告模式切换单元指示为周期性发送出站信道质量报告时，用户设备按预设周期发送出站信道质量报告。其中，发送周期可以为预先设置的固定值，或用户设备设置为当前出站信道相干时间T_coh，或者K倍的出站信道相干时间K·T_coh，其中K和T_coh由用户设备出站信号测量单元计算或配置得到。

当出站信道质量报告模式切换单元指示为主动触发模式时，只有当预测的出站信道质量b_J+k与最新信道测量平均值b_J的差异不小于给定阈值Δ时，即|b(t_J+k)-b(t_J)|≥Δ时，用户设备才向地面控制中心发送出站信道质量报告，从而减少入站次数，降低入站拥塞，其中阈值Δ可以自行设置。

当出站信道质量报告模式切换单元指示为被动触发模式时，用户设备根据地面控制中心的出站指示，发送出站信道质量报告；若地面控制中心无指示，则用户设备不发送出站信道质量报告。

进一步，各模式的切换由信道质量状态是否稳定和是否有入站流量抑制共同决定。当出站信道质量状态在规定时间T内方差小于一定阈值σ，即用户设备的出站信号测量单元测量到的信道质量状态满足下式时，认为信道质量状态比较稳定，此时出站信道质量报告模式切换单元指示为主动触发模式，

$\frac{\underset{j=J-m+1}{\overset{J}{\&Sigma;}}{(b_j-<b>)}^2}{m}<\mathrm{\&sigma;},$ 其中(式7)

其中所述规定时间T可以是预先设置的固定值，或由用户设备设置为K倍的出站信道相干时间K·T_coh，其中K和T_coh由用户设备出站信号测量单元计算或配置得到。主动触发模式经常应用于固定的用户设备，或移动速度缓慢且处于开阔地区的用户设备。

若出站信道质量状态不稳定，即或存在入站流量抑制指示时，则出站信道质量报告模式切换单元指示为被动触发模式。被动触发模式经常应用于移动速度较快或处于复杂环境的用户设备，或当前存在入站流量抑制指示。

若出站信道质量状态不稳定，即且不存在入站流量抑制指示时，则出站信道质量报告模式切换单元指示为周期性发送模式。周期性发送模式经常应用于移动速度较快或处于复杂环境的用户设备，且当前不存在入站流量抑制指示。

用户设备按照出站信道质量报告模式切换单元的指示，发送出站信道质量报告。表2给出一种出站信道质量报告的电文格式，选择哪一等级的出站专用信息速率(R_b)由用户设备估算的出站公用信道质量(C/N)_cal，公用信道与专用信道功率分配比(R_power)，用户备余量(margin)决定。

(C/N)_cal+10log₁₀R_power≥10log(R_b)+(E_b/N₀)_target-G_encode+margin(式8)

其中，(E_b/N₀)_target是确定误码率要求下的比特信噪比，此为已知值，比如误码率要求为1e-5时，(E_b/N₀)_target为9.6dB；G_encode是编码增益，也为已知值，比如若采用卷积码，编码增益为6dB。由式8很容易计算出出站专用信道信息速率R_b，并将此反馈给地面控制中心。

表2举例出站信道质量报告电文格式

出站信道质量报告索引号	出站信道质量报告电文	对应指示的出站专用信息速率
			CQI-1	00	4kbps
CQI-2	01	8kbps
			CQI-3	10	16kbps
CQI-4	11	32kbps
			…

需注意表2仅给出4个不同等级的出站信道质量报告，系统可以根据信道变化范围的实际情况设置不同数目的出站信道质量等级；此外，出站信道质量电文指示和对应的出站专用信息速率也可以根据实际情况设置。表2中的具体参数设置不构成对本发明技术的限制。

出站信道质量报告可以通过专门的入站控制消息发送，也可以承载在入站数据业务中一并发送，从而减少入站次数。

图6是本发明提供的地面控制中心选择出站信息速率模式的工作流程示意图，包括以下功能：

当地面控制中心有发送出站业务需求时，地面控制中心先根据业务类型，决定出站信息速率模式。

进一步，出站信息速率模式有2种，固定出站信息速率模式和可变出站信息速率模式。当通信模式为广播，组播时，地面控制中心采用固定信息速率，所述固定信息速率一般可设置为最低出站信息速率，确保所有用户设备都能接收到消息；当通信模式为点对点通信时，地面控制中心采用可变信息速率，即地面控制中心根据用户设备反馈的出站信道质量报告，选择相匹配的出站信息速率。

在本发明实施例中，通过改进的出站信息速率自适应方法，可以提高信息速率自适应的准确度，同时降低出站和入站信令的开销，尤其适合容量受限的无线通信系统。

本领域普通技术人员可以理解，上述各实施例中的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来实现，上述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，上述的存储介质可以是ROM/RAM，磁盘，光盘等。

以上包含了本发明优选实施例的说明，这是为了详细说明本发明的技术特征，并不是想要将发明内容限制在实施例所描述的具体形式中，依据本发明内容主旨进行的其他修改和变型也受本专利保护。本发明内容的主旨是由权利要求书所界定，而非由实施例的具体描述所界定。

Claims (5)

1.一种出站链路信息速率自适应系统，其特征在于：包括用户设备和地面控制中心，所述用户设备用于测量和预估出站信道质量，并按照出站信道质量报告模式切换单元的指示发送的出站信道质量给地面控制中心，地面控制中心用于根据业务类型，用户反馈的出站信道质量为用户设备配置相应的出站信息速率；

用户设备包括出站信号测量单元、出站信道质量预测单元、出站信道质量报告模式切换单元和出站信道质量报告发送单元，出站信号测量单元用于测量接收到的出站信号功率电平和/或信号质量；出站信道质量预测单元，用于根据出站信号测量单元的输出结果，预测一定时间内的出站信道质量；出站信道质量报告模式切换单元，用于用户设备根据由所述出站信号测量单元测量到的出站信道状态稳定程度以及由用户设备接收到的地面控制中心通过出站链路广播的入站流量抑制指示，决定采用的出站信道质量报告方式；出站信道质量报告发送单元，根据出站信道质量报告方式，发送相应的出站信道质量报告；

地面控制中心包括入站信号接收和解析单元以及出站信道信息速率判决单元，所述入站信号接收和解析单元用于接收用户设备发送的出站信道质量报告，分析所述信号载噪比，并且解析出站信道质量报告；出站信道信息速率判决单元用于为用户设备配置出站消息对应的信息速率。

2.根据权利要求1所述的出站链路信息速率自适应系统，其特征在于：所述出站信道质量报告模式切换单元所采用的出站信道质量报告方式有三种，分别为主动触发模式、被动触发模式和周期性发送模式；

当出站信道质量状态稳定时，即在预设时间内信道质量测量值的方差小于设定阈值σ，则出站信道质量报告模式切换单元指示为主动触发模式；当出站信道质量报告模式切换单元指示为主动触发模式时，只有当出站信道质量预测值与最新的出站信道质量测量值的差值超过设定阈值Δ时，用户设备才向地面控制中心发送出站信道质量报告，所述出站信道质量报告为预设周期内的信道质量预测值；

若出站信道质量状态不稳定，即在预设时间内信道质量测量值的方差不小于设定阈值σ，或存在入站流量抑制指示时，则出站信道质量报告模式切换单元指示为被动触发模式；当出站信道质量报告模式切换单元指示为被动触发模式时，用户设备根据地面控制中心的出站指示，发送出站信道质量报告；若地面控制中心无指示，则用户设备不发送出站信道质量报告；

若出站信道质量状态不稳定，即在预设时间内信道质量测量值的方差不小于设定阈值σ，且不存在入站流量抑制指示时，则出站信道质量报告模式切换单元指示为周期性发送模式；当出站信道质量报告模式切换单元指示为周期性发送模式时，用户设备按预设周期向地面控制中心发送出站信道质量报告，所述出站信道质量报告为当前出站信道质量发送时刻到下一次发送时刻的周期内出站信道质量的预测值。

3.根据权利要求1所述的出站链路信息速率自适应系统，其特征在于：所述出站信息速率有2种模式，分别为固定出站信息速率模式和可变出站信息速率模式；

当出站业务为广播，组播时，地面控制中心采用预先设置的固定信息速率，所述固定信息速率设置为能够确保所有用户设备都能接收到消息得最低出站信息速率；当出站业务为点对点通信时，地面控制中心采用可变出站信息速率，即地面控制中心根据用户设备反馈的出站信道质量报告，选择相匹配的出站信息速率，地面控制中心选择的出站信息速率不高于用户设备反馈的出站信道质量报告所获得的出站信息速率。

4.一种出站链路信息速率自适应方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)用户设备中的出站信号测量单元测量接收到的出站信号功率电平和/或信号质量；

(2)出站信道质量预测单元根据出站信号测量单元的输出结果，预测一定时间内的出站信道质量；

(3)出站信道质量报告模式切换单元根据用户设备出站信号测量单元测量到的出站信道状态稳定程度以及用户设备接收到的地面控制中心通过出站链路广播的入站流量抑制指示，决定采用的出站信道质量报告方式；

当出站信道质量报告模式切换单元指示为主动触发模式时，只有当出站信道质量预测值与最新的出站信道质量测量值的差值超过设定阈值Δ时，用户设备才向地面控制中心发送出站信道质量报告，所述出站信道质量报告为预设周期内的信道质量预测值；

当出站信道质量报告模式切换单元指示为被动触发模式时，用户设备根据地面控制中心的出站指示，发送出站信道质量报告；若地面控制中心无指示，则用户设备不发送出站信道质量报告；

当出站信道质量报告模式切换单元指示为周期性发送模式时，用户设备按预设周期向地面控制中心发送出站信道质量报告，所述出站信道质量报告为当前出站信道质量发送时刻到下一次发送时刻的周期内出站信道质量的预测值；

(4)出站信道质量报告发送单元根据出站信道质量报告方式，发送相应的出站信道质量报告；

(5)地面控制中心的入站信号接收和解析单元接收用户设备发送的出站信道质量报告，分析该信号载噪比，并且解析出站信道质量报告；

(6)出站信道信息速率判决单元为用户设备配置出站消息对应的信息速率；

通信模式如果是广播，组播消息，出站消息采用固定信息速率，所述固定信息速率设置为能够确保所有用户设备都能接收到消息得最低出站信息速率；如果通信模式是点对点通信，地面控制中心采用可变出站信息速率，即地面控制中心根据用户设备发送的出站信道质量报告，选择相匹配的出站信息速率，地面控制中心选择的出站信息速率不高于用户设备反馈的出站信道质量报告所获得的出站信息速率。

5.根据权利要求4所述的出站链路信息速率自适应方法，其特征在于，步骤(2)的具体方法为：

步骤101：用户设备中的出站信号测量单元按f_s的采样速率对出站信道进行采样，获得出站信道的载噪比C/N，或者信噪比S/N，或者信号功率P的测量序列，设测量序列a＝[a_na＝a₁,a₂,……a_N]，其中a_n是载噪比测量值(C/N)_n，或信噪比测量值(S/N)_n，或信号功率测量值P_n，n表示第n个测量值，N表示测量值总个数，f_s满足奈奎斯特采样定理；

步骤102：用户设备的出站信号测量单元对步骤101获得的测量序列a做平滑处理，得到序列b；

用户设备要根据信道相干时间T_coh来选择测量时间窗T_meas来平滑接收到的出站信道的载噪比，或信噪比，或信号功率，要求T_meas>T_coh；平滑后得到序列b＝[b₁,b₂,…b_j,…b_J]，其中，b_j是载噪比测量平均值<C/N>_j，或信噪比测量平均值<S/N>_j，信号功率测量平均值<P>_j，符号<·>表示序列a中每Z个测量值的平均值，符号表示取不小于给定实数的最小整数；j表示第j个测量平均值，J表示测量平均值的总个数，

步骤103：用户设备出站信道质量预测单元根据序列b，计算k阶自相关系数；

$r_k=\frac{\underset{i=1}{\overset{J-k}{\&Sigma;}}(b_i-\mathrm{\&lambda;})(b_{i+k}-\mathrm{\&lambda;})}{\sqrt{\underset{i=1}{\overset{J-k}{\&Sigma;}}{(b_i-\mathrm{\&lambda;})}^2\underset{i=1}{\overset{J-k}{\&Sigma;}}{(b_{i+k}-\mathrm{\&lambda;})}^2}}$ (式1)

归一化后自相关系数为：

$w_k=\frac{r_k}{\sqrt{\underset{i=1}{\overset{K}{\&Sigma;}}\left|r_k\right|}},(k=1,2,...K)$ (式2)

其中λ为序列b的平均值；

步骤104：用户设备的出站信道质量预测单元采用线性回归模型计算经k步转移到预测时刻t_J+k所处的信道质量预测值b_J+k：

$b_{J+k}=\underset{l=1}{\overset{k}{\&Sigma;}}{w}_l{b}_{J-l}$

其中w_l为归一化l阶自相关系数，b_J-l为测量序列b中k个最新的测量值，k≤K，l≤k。