CN106100787A - 同时根据信源与信道变化调整参数的无线数据传输方法 - Google Patents

Abstract

一种同时根据信源与信道变化调整参数的无线数据传输方法，充分利用移动多媒体通信系统所存在的传输媒体业务与无线传输信道的双重时变特性，使无线数据传输参数同时根据不同传输媒体的QoS要求变化和无线信道衰落等级的变化而动态调整，通过动态分配专用业务信道实现不同媒体业务的数据速率与最大延迟要求，通过动态改变编码器码率和调制器星座大小并采用信道反转功率控制来满足不同媒体业务的BER性能要求，同时最大限度地提高了无线通信系统的频谱利用率。

Description

同时根据信源与信道变化调整参数的无线数据传输方法

技术领域

本发明涉及一种同时根据信源与信道变化调整参数的无线数据传输方法。

背景技术

可靠与高效一直是数字通信系统设计中的主要目标，而移动多媒体通信对系统的可靠性和高效性提出了更严格的要求：一方面，不同媒体的集成传输，要求通信系统能够在时变的无线信道上满足不同媒体的QoS(服务质量)要求；而另一方面，无线频谱与终端体积的限制，又要求系统必须利用有限的带宽和功率，提供更高的传输速率。针对这种兼有时变信道和时变信源的重要特性，如采用目前传统设计方法，即在信道最恶劣的条件下，按要求最严苛的媒体业务的QoS来设计固定的传输方案，虽可达到满足所有媒体业务QoS要求的目的，但却会不可避免地造成大部分时间里的资源利用效率低下。

发明内容

本发明提供的一种同时根据信源与信道变化调整参数的无线数据传输方法，使传输参数不仅自适应于无线信道衰落的变化，而且自适应于不同传输媒体的QoS要求，从而可最大限度地提高无线通信系统的频谱利用率，进而使系统可在有限的频谱资源下提供更高的用户容量。

为了达到上述目的，本发明提供一种同时根据信源与信道变化调整参数的无线数据传输方法，包含以下步骤：

步骤1、业务QoS参数判定；

根据当前传输的媒体业务类型：话音、视频或数据，确定QoS参数，包括比特误码率BER、数据速率和最大延迟；

判定准则为：

1、话音业务：BER＝10^-3；数据速率＝16Kbps；最大延迟＝30ms；

2、视频业务：BER＝10^-4；数据速率＝(16*N)Kbps，N＝1，2，...，M，M为速率等级；最大延迟＝30ms；

3、数据业务：BER＝10^-6；数据速率＝(16*Nc)Kbps，Nc为当时最大可用专用业务信道数；最大延迟＝不限。

步骤2、根据QoS参数中的数据速率和最大延迟要求，为媒体业务分配所需的专用业务信道；

分配原则为：

话音业务与数据业务通过随机接入信道向基站BS发送资源分配请求；而视频业务则将请求信息与业务数据流一起通过专用业务信道传给BS；

基站BS为每个成功的话音业务请求分配最近可用的一个专用业务信道，进行低速率的定比特率传输；

对于视频业务，基站BS根据请求信息为其分配或更新最近可用的专用业务信道组，实现高速率的变比特率并行传输；

非连接的数据业务，允许基站BS为其分配最远可用的所有专用业务信道，完成可用比特率传输；

规定话音业务和视频业务具有比数据业务更高的优先级，在没有足够空闲资源的条件下，可剥夺分配给数据业务的专用业务信道；

不同媒体业务的BER要求，通过信道自适应编码调制实现；

步骤3、将信道信噪比γ分成N个相互毗连的数据速率域，分别表示为D₁＝[γ₀，γ₁)，D₂＝[γ₁，γ₂)，…，D_N＝[γ_N-1，γ_N)，其中γ₀＝0，γ_N＝∞；

步骤4、为每一速率域D_i分配相应的编码调制方案T_i：b_i＝R_ilog₂M_i，其中，R_i为编码器的码率，M_i为调制器的星座大小，设定b_i＝i-1，i＝1，2，…，N，其中，b₁＝0表示传输暂停；

编码调制器结构与译码算法在所有速率域中保持不变，只改变码率R_i和星座大小M_i；

步骤5、通过理论分析或计算机仿真得到上述各编码调制方案T_i在加性白高斯噪声(AWGN)信道上的BER-SNR(信噪比)性能曲线，并由各BER-SNR曲线和不同媒体业务的BER要求，获得各媒体业务在各速率域中所要维持的SNR值；

步骤6、以QoS参数中的BER要求，求解与其对应的速率域边界γ_i；

采用序列二次规划法(SQP)确定不同媒体业务的速率域边界γ_i(γ_i是目标函数和约束函数中的未知量，通过SQP最优化法和目标函数与约束函数表达式即可求解出γ_i值)；

在实施SQP法最优化设计时，要求系统平均吞吐量与单位带宽信道容量之间的差距尽可能小，于是确定目标函数如下：

其中，C为衰落信道的容量，B为信道带宽，p(γ)为γ的概率分布；

为满足功率约束，在实施SQP法时，确定约束函数为：

其中，S_i为AWGN信道上采用编码调制方案T_i时能达到各媒体业务BER要求所需的功率值，N₀为单边噪声密度；

步骤7、根据从反馈信道上接收的当前信道估计值(是由接收端的信道估计模块产生的，可以采用各种成熟的信道估计算法获得)所落入的速率域D_i，选取对应的编码器码率R_i和调制器星座大小M_i进行无线数据传输；

步骤8、根据当前信道估计值采取信道反转功率控制法确定当前传输功率；传输功率为

$S_i\left(\mathrm{\γ}\right)=S_i\frac{\stackrel{\‾}{\mathrm{\γ}}}{\mathrm{\γ}}---\left(3\right)$

其中，为平均信噪比；

步骤9、当前媒体业务传输完成后，如需切换为其它媒体业务类型，则重复上述过程。

本发明充分利用信道和QoS两者的时变特性，显著提高了系统的频谱效率。影响实用性的平均功率限制、业务中断概率以及平均速率域持续时间等关键性能均达到合理水平，且编码调制器结构与译码算法在所有速率域中保持不变，因而实用性强、易于实现。

附图说明

图1是本发明的具体实施例流程示意图。

具体实施方式

以下根据图1，具体说明本发明的较佳实施例。

如图1所示，在该实施例中采用了直接序列码分多址技术，时隙与扩频码被映射为基本的逻辑信道。编码调制器的编码效率、星座大小及传输功率可变，而编码调制器结构与译码算法在所有速率域中保持不变。

对于每一用户，不同媒体业务被复用为一集成数据流，经信道编码、调制和功率控制后，由一个或多个扩频码并行传输。以当前传输的媒体业务类型为参数，根据步骤2来分配专用业务信道(扩频码)，从而达到数据速率和最大延迟要求。与此同时，以传输媒体的QoS参数中的BER要求，按照步骤6，通过采用SQP法计算由公式(1)和公式(2)构成的最优化问题来确定与其对应的速率域边界γ_i。最后，根据从反馈信道上接收的信道估计值所落入的速率域D_i，选取对应的编码调制方案T_i，即确定编码器的码率R_i和调制器的星座大小M_i，以进行无线数据传输，而传输功率则由公式(3)确定。当用户当前媒体业务传输完成后，如需切换为其它媒体业务类型进行传输时，则重复上述过程。

接收端通过对接收信号进行解扩处理后，一方面通过解调解码器采用固定的译码算法进行解调和解码，并将输出的集成数据流通过解复用器最终分离为不同的媒体业务；另一方面通过信道估计器获取当前的信道估计值并通过反馈信道及时传递给发送端。

本发明充分利用移动多媒体通信系统所存在的传输媒体业务与无线传输信道的双重时变特性，使无线数据传输参数同时根据不同传输媒体的QoS要求变化和无线信道衰落等级的变化而动态调整，通过动态分配专用业务信道实现不同媒体业务的数据速率与最大延迟要求，通过动态改变编码器码率和调制器星座大小并采用信道反转功率控制来满足不同媒体业务的BER性能要求，同时最大限度地提高了无线通信系统的频谱利用率。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (4)

1.一种同时根据信源与信道变化调整参数的无线数据传输方法，其特征在于，该方法包含以下步骤：

步骤1、业务QoS参数判定；

根据当前传输的媒体业务类型：话音、视频或数据，确定QoS参数，包括比特误码率BER、数据速率和最大延迟；

步骤2、根据QoS参数中的数据速率和最大延迟要求，为媒体业务分配所需的专用业务信道；

步骤3、将信道信噪比γ分成N个相互毗连的数据速率域，分别表示为D₁＝[γ₀，γ₁)，D₂＝[γ₁，γ₂)，…，D_N＝[γ_N-1，γ_N)，其中γ₀＝0，γ_N＝∞；

步骤4、为每一速率域D_i分配相应的编码调制方案T_i：b_i＝R_ilog₂M_i，其中，R_i为编码器的码率，M_i为调制器的星座大小，设定b_i＝i-1，i＝1，2，…，N，其中，b₁＝0表示传输暂停；

步骤5、通过理论分析或计算机仿真得到上述各编码调制方案T_i在加性白高斯噪声AWGN信道上的BER-SNR性能曲线，并由各BER-SNR曲线和不同媒体业务的BER要求，获得各媒体业务在各速率域中所要维持的信噪比SNR值；

步骤6、以QoS参数中的BER要求，求解与其对应的速率域边界γ_i；

采用序列二次规划法SQP最优化设计确定不同媒体业务的速率域边界γ_i；

要求系统平均吞吐量与单位带宽信道容量之间的差距尽可能小，于是确定目标函数如下：

其中，C为衰落信道的容量，B为信道带宽，p(γ)为γ的概率分布；

为满足功率约束，在实施SQP法时，确定约束函数为：

其中，S_i为AWGN信道上采用编码调制方案T_i时能达到各媒体业务BER要求所需的功率值，N₀为单边噪声密度；

步骤7、根据从反馈信道上接收的当前信道估计值所落入的速率域D_i，选取对应的编码器码率R_i和调制器星座大小M_i进行无线数据传输；

步骤8、根据当前信道估计值采取信道反转功率控制法确定当前传输功率；传输功率为

$S_i\left(\mathrm{\γ}\right)=S_i\frac{\stackrel{\‾}{\mathrm{\γ}}}{\mathrm{\γ}}---\left(3\right)$

其中，为平均信噪比；

步骤9、当前媒体业务传输完成后，如需切换为其它媒体业务类型，则重复上述过程。

2.如权利要求1所述的同时根据信源与信道变化调整参数的无线数据传输方法，其特征在于，所述的步骤1中，业务QoS参数判定准则为：

1、话音业务：BER＝10^-3；数据速率＝16Kbps；最大延迟＝30ms；

2、视频业务：BER＝10^-4；数据速率＝(16*N)Kbps，N＝1，2，...，M，M为速率等级；最大延迟＝30ms；

3、数据业务：BER＝10^-6；数据速率＝(16*Nc)Kbps，Nc为当时最大可用专用业务信道数；最大延迟＝不限。

3.如权利要求1所述的同时根据信源与信道变化调整参数的无线数据传输方法，其特征在于，所述的步骤2中，专用业务信道分配原则为：

话音业务与数据业务通过随机接入信道向基站BS发送资源分配请求；

而视频业务则将请求信息与业务数据流一起通过专用业务信道传给BS；

基站BS为每个成功的话音业务请求分配最近可用的一个专用业务信道，进行低速率的定比特率传输；

对于视频业务，基站BS根据请求信息为其分配或更新最近可用的专用业务信道组，实现高速率的变比特率并行传输；

非连接的数据业务，允许基站BS为其分配最远可用的所有专用业务信道，完成可用比特率传输；

规定话音业务和视频业务具有比数据业务更高的优先级，在没有足够空闲资源的条件下，可剥夺分配给数据业务的专用业务信道。

4.如权利要求1所述的同时根据信源与信道变化调整参数的无线数据传输方法，其特征在于，所述的步骤4中，编码调制器结构与译码算法在所有速率域中保持不变，只改变码率R_i和星座大小M_i。