CN116325676A - 高效调制控制 - Google Patents

Abstract

为了在多载波无线通信系统中充分享受自适应调制或比特加载的好处，公开了一种比特加载控制方法(700)，以通过利用通信信道的属性来降低系统复杂度和信令开销，该通信信道具有随频率增加而下降的信道响应。所公开的方法(700)基于测试信号获得(S703)估计信道响应，而不是基于每个子载波应用自适应比特加载；并且根据估计信道响应来确定(S704)用于将多个子载波分配到一个或多个非重叠频率段中的比特加载方案。对于每个频率段，分配一个单独调制方案，其由同一频率段中包含的多于一个的相邻子载波共享。信道响应的单调性用于加速算法，以及使控制信息更紧凑。

Description

高效调制控制

技术领域

本发明涉及多载波无线通信系统中的物理(PHY)层调制控制领域。更特别地，本文公开了各种方法、装置、系统和计算机可读介质，这些方法、装置、系统和计算机可读介质涉及帮助一对发射机和接收机以高效的方式执行自适应调制控制方法。

背景技术

为了使得越来越多的电子设备(如笔记本电脑、平板电脑和智能手机)能够无线连接到互联网，无线通信面临着前所未有的对数据速率以及链路质量的要求，并且考虑到与物联网(IoT)相关的新兴数字革命，这些要求保持逐年增长。射频技术(如Wi-Fi)的频谱容量有限，无法迎接这场革命。与此同时，光保真(Li-Fi)凭借其内在的安全性增强和在可见光、紫外(UV)和红外(IR)光谱的可用带宽上支持更高数据速率的能力，吸引了越来越多的关注。此外，与Wi-Fi相比，Li-Fi具有方向性，并由挡光材料屏蔽，这使其有可能通过在空间上重用相同的带宽在用户密集的区域中部署更大数量的接入点。与无线射频通信相比，这些关键优势使Li-Fi成为缓解IoT应用拥挤的无线电频谱压力的有前途的解决方案。Li-Fi的其他益处可以包括保证特定用户的带宽，以及以其他方式在易受电磁干扰的区域安全运行的能力。因此，Li-Fi是一种非常有前途的技术，用于实现下一代沉浸式连接。

在基于照明的通信领域有几个相关的术语。可见光通信(VLC)通过强度调制光源(诸如发光二极管(LED)和激光二极管(LD))传输数据，比人眼的暂留更快。VLC通常用于将信号嵌入由照明源发射的光中，所述照明源诸如是日常灯具，例如室内照明或室外照明，从而允许使用来自灯具的照明作为信息的载体。因此，光可以包括用于照亮诸如房间的目标环境(通常是光的主要目的)的可见照明成分，以及用于向环境提供信息(通常被认为是光的次要功能)的嵌入信号。在这种情况下，调制通常可以在足够高的频率下执行，以超出人类的感知，或者至少使得任何可见的临时光伪影(例如闪烁和/或频闪伪影)足够弱，并且在足够高的频率下不被人类注意到或者至少是人类可容忍的。因此，嵌入的信号不影响主要照明功能，即，因此用户仅感知整个照明，并且不是被调制到该照明中的数据的效果。

IEEE 802.15.7可见光通信个人区域网(VPAN)标准将预期应用映射到四种拓扑结构：对等、星形、广播和协调。光学无线PAN(OWPAN)是一个比VPAN更通用的术语，它也允许不可见光(诸如UV和IR)进行通信。因此，Li-Fi通常被认为是光学无线通信(OWC)技术的衍生物，其利用广义上的光谱来支持双向数据通信。

在Li-Fi系统中，根据各种合适的调制技术中的任何一种，通过调制光的属性(通常是强度)来嵌入信号。对于高速通信，通常使用红外(IR)而不是可见光通信。尽管紫外和红外辐射对于人眼是不可见的，但是利用这些光谱区域的技术是相似的，尽管变化可以作为波长依赖性的结果(诸如在折射率的情况下)而发生。在许多实例中，使用紫外和/或红外是有利的，因为这些频率范围对于人眼是不可见的，并且可以在系统中引入更多的灵活性。当然，与红外和/或可见光的能级相比，紫外量子具有更高的能级，这进而可以致使在某些状况下不期望使用紫外光。

基于调制，可以使用任何合适的光传感器来检测光中的信息。例如，光传感器可以是光电二极管。光传感器可以是专用光电池(点检测器)，可能带有透镜、反射器、漫射器或磷光体转换器(用于较低速)的光电池阵列，或者光电池(像素)阵列和用于在阵列上形成图像的透镜。例如，光传感器可以是包括在插入到诸如智能手机、平板电脑或笔记本电脑的用户设备中的加密狗中的专用光电池，或者传感器可以是集成的和/或两用的，诸如最初设计用于3D面部识别的红外检测器阵列。无论哪种方式，这都可以使运行在用户设备上的应用程序能够经由光接收数据。

在许多无线通信系统中，通信信道的频率响应是频率相关的或频率选择性的。为了提高通信信道的容量，采用了信道上的自适应调制或自适应比特加载，其中取决于子载波的信道特性将比特数分配给每个子载波。如果第一子载波比第二子载波具有更好的信道特性，则相应地将更多的比特分配给第一子载波。对于多载波无线通信系统，例如正交频分复用(OFDM)系统，传统的自适应比特加载方法为每个单独的子载波分配最佳调制方案，使得信道容量最大化。

发明内容

典型地，由于终端设备的移动性，无线信道可能快速改变，并且因此，由于信道的动态频率响应，自适应调制方案可能必须频繁更新。在多个子载波上导出适当的调制方案的计算复杂度以及为了在一对远程发射机和接收机之间就调制方案进行对准而在信令交换上的开销可以是相当大的，这可能损害提高信道上的有效数据吞吐量的意图。此外，实现这种方法的复杂度和开销也可以随着子载波的数量而成比例。

鉴于以上所述，本公开针对用于提供一种机制来支持多载波无线通信系统中的发射机和接收机对之间的自适应比特加载控制方法的方法、装置、系统、计算机程序和计算机可读介质。更特别地，本发明的目的是通过如权利要求1所述的比特加载控制方法、如权利要求9所述的比特加载控制装置、如权利要求14所述的多载波无线通信系统以及如权利要求15所述的计算机程序来实现的。

因此，为了减少在多载波无线通信系统中实现自适应调制的开销，本发明中提出的调制控制方法利用信道响应的单调性来加速算法，以为多个子载波找到合适的比特加载方案，并减少向远程设备通知这些方案的信令开销。根据信道响应，多个子载波首先被分成包括多于一个子载波的频率段，并且每个频率段而不是每个子载波确定单独调制方案。进一步利用信道响应的单调性来简化所确定的调制方案的表示或存储。

根据本发明的第一方面，提供了一种比特加载控制方法。一种多载波无线通信系统中的比特加载控制方法，用于在通信信道上传送数据，该通信信道具有随频率增加而下降的信道响应。该比特加载控制方法包括以下步骤：由装置发送对测试信号的请求；由该装置从远程设备接收测试信号；基于所接收的测试信号，获得多个子载波上的通信信道的估计信道响应；根据估计信道响应来确定用于将多个子载波分配到一个或多个非重叠频率段中的比特加载方案，每个非重叠频率段包括多于一个的相邻子载波，并且向每个频率段分配由多于一个的相邻子载波共享的单独调制方案，并且其中以随着频率增加而单调减少的调制阶数来分配单独的共享调制方案。

移动无线信道的特征在于信道强度随时间和频率的变化。这种变化可能是由大规模衰落或小规模衰落引起的。大规模衰落是由于信号在一定距离上传播以及传播路径中物体周围的衍射而导致信号衰减的结果。小规模衰落指的是信号幅度和相位的变化，这种变化可以作为发射机和接收机之间空间定位的微小变化(小到半个波长)的结果而经历。因此，大规模衰落与链路预算计算更相关，例如以估计通信覆盖范围，而小规模衰落与可靠和高效的通信系统的设计更相关。

信道状态信息(CSI)通常用于描述信号如何从发射机传播到接收机，并表示功率随距离衰减、散射和小规模衰落的综合效应。推导CSI的方法称为信道估计。信道估计可以在数据辅助方法或盲方法中实现。在数据辅助方法中，信道估计基于发射机和接收机都已知的导频数据或训练序列。在盲方法中，估计仅基于接收到的一些未知数据。典型地，假设数据辅助方法以系统级复杂度为代价获得了更好的信道估计精度，以定义和传输导频数据或训练序列。本发明考虑了数据辅助方法。

为了简化系统设计，通信信道通常按照频率信道响应(或简称信道响应)来建模。因此，信道响应包含在CSI的构思中，该构思在频域中指定CSI。

尽管本发明特别适用于移动应用中的链路，但是通过明确地考虑由于环境变化而在设备之间的通信中经历的信道变化，本发明也可以用于配置静态链路。

在强度调制光波通信的情况下，光学信号的半波长数量级的小变化(几百纳米)可能不会导致信道的变化。事实上，光子强度通量的非相干性质不允许在单一窄谱线处抵消。同时，对于高速调制，抵消效应可能发生在调制域(例如，数百MHz或GHz)，其中相应的波长在一米的数量级。通常，房间内的散射光和反射光倾向于干扰信号，导致在所使用的调制频率范围的较高部分感觉到衰减，从而导致经历的频率响应下降。这与观察到的发射器(例如，LED)和检测器(例如，光电二极管)可能具有大的表面积(从而具有高的电容)来捕获入射光一起，都有助于在较高频率范围显著降低频率响应。发明人已经认识到，这些效应单独地或共同地是高速光学通信的特征，并且为提高对于光学通信特有的效率提供了机会。同时，其他无线通信信道也可能具有主要的低通响应。特别是，与载波偏移窄带调制相反，采用宽基带调制的系统表现出这种行为。

注意，随频率增加而下降的信道响应的特征描述了整个信道带宽上的信道响应的一般趋势。由于突然的噪声或干扰，在单个子载波中很可能出现零星的尖峰。

本发明中提出的通信信道的特征可以在于具有随频率增加而下降的信道响应，这意味着穿过信道的信号在较高的频带/部分比在较低的频带/部分经历更多的衰减。信道响应的这种单调性为促进系统优化提供了额外的机会。

如上所述，自适应调制或自适应比特加载是一种通过取决于子载波的信道特性将比特数分配给每个子载波来提高多载波系统中信道容量的方法。然而，在每个子载波的基础上应用这种方法可能由于额外的计算复杂性和信令开销而遭受效率损失。因此，将多个子载波分配到一个或多个非重叠频率段是有利的，其中每个频率段包括一个或多个相邻子载波，并且至少一个频率段包括多于一个的相邻子载波。然后，可以在每个分段的基础上实现导出适当调制方案的计算。导出的调制方案进而可以由包含在同一段中的所有子载波共享。

优选的是，每个频率段包括多于一个的相邻子载波。然而，在一些情况下可能发生的是，在一些频率段中只包含一个子载波。

为了导出适当的调制方案，除了信道响应之外，调制控制方法还可以考虑一些其他因素，例如发射机的输出功率和接收机解调和解码沿信道传播的接收数据所需的最小信噪比(SNR)。然而，发射机的输出功率和特定调制方案的最小SNR要求通常被认为是预定义的或已知的信息。因此，信道响应是评估中的主要动态因素。

当通信信道相对动态或者没有可用的本地或历史信道信息时，优选的是基于来自远程设备的测试信号获得估计信道响应。为了初始化该过程以导出最新的信道响应，首先向远程设备发送请求。并且然后根据接收到的测试信号，获得通信信道在多个子载波上的估计信道响应。该请求可以作为独立的控制或信令消息发送，或者搭载在一个数据分组中。类似地，测试信号可以被实现为包含在专用测试分组中的训练序列，或者被搭载在从远程设备接收的另一个数据分组中。

为了使一对远程设备保持最新的信道响应信息，可以在事件驱动的基础上发送这种测试分组或专用控制或信令消息，例如在传播信道发生变化时，这可以是两个设备之一的移动，或者有另外的设备部分地阻塞了传播信道。鉴于最近接收的分组中的信号质量下降，该对远程设备之一可以通过首先发送请求来触发该过程，以导出更新的信道响应并刷新比特分配方案。该过程也可以定期进行，例如根据特定的时间表。也可能是这对远程设备偶尔利用空闲时段来实现所公开的方法，以保持比特分配方案总是最新的。

在另外的选择中，该请求可以由该装置作为广播或多播消息发送。该装置周围的所有远程设备或相邻远程设备的子集可以接收该请求。接收该请求的一个或多个远程设备可以通过向该装置发送测试信号来响应该请求。在这个意义上，该装置可以触发该过程以同时建立每个响应的远程设备和该装置之间的链路的信道响应。

该过程可以由预期会话的接收机或发射机发起。在一个示例中，接收机首先向发射机发送对测试信号的请求，并且然后根据导出的估计信道响应，接收机确定要在发射机和接收机之间的预期会话中使用的比特加载方案。在该意义上，对于双向链路，发射机和接收机的角色互换。替代地，可以分别为每个单向链路触发这样的过程。在一些情况下，可以假设对称的双向链路状态。并且然后，该过程可能只被触发一次。通过假设对称的双向链路状态，发射机很可能通过首先向预期的接收机发送请求来初始化该过程。并且然后，发射机基于从预期接收机接收的测试信号导出估计信道响应，并进一步确定比特加载方案。然后，发射机在与预期接收机的后续数据会话中直接使用比特加载方案。

就数据吞吐量的最大化而言，与每个子载波的方法相比，这种提出的实施方式初看起来似乎是次优的。然而，如果我们将计算和信令开销考虑在内，则利用所提出的实施方式，整个系统甚至可能更加高效，尤其是当信道响应近似单调并且不随频率剧烈变化时。事实上，在实际频率响应不是严格单调的、而是基本上单调下降的情况下，利用所提出的方法通过单调下降响应的近似仍然是有益的，所提出的方法特别利用了在高频时系统上较低的响应。

从实践的角度来看，通信标准通常在物理层(PHY)规范中定义了一组有限的潜在调制方案。在许多标准中，这种潜在的调制方案也结合编码方案来定义，这被称为调制和编码方案。因此，本发明中提出的调制方案应该理解为与那些系统的调制和编码方案相同。因此，给定调制阶数和编码率两者的组合，接收机解调和解码某些接收数据的最小SNR要求也被规定。此外，PHY层规范通常还指示由接收机侧支持的一组有限的调制(和编码)方案的这种最小SNR要求，这些要求以单调的顺序列出。因此，考虑到这些频率段的信道响应的相同单调性，为一个或多个频率段选择单独的适当调制方案被进一步简化。

在一个或多个相邻子载波上发送的数据用分配的相同调制方案进行调制。这里的调制应该理解为将数据比特映射到符号。当调制方案由星座图表示时，这种比特到符号的映射也被称为星座图映射。不同的调制方案可以通过不同的星座图大小来区分。注意，在调制或比特到符号映射的步骤之前，可以首先对原始数据比特应用信道编码。

在基于OFDM的系统中，需要OFDM调制的另外的步骤，这是通过执行快速傅立叶逆变换(IFFT)来将多个子载波上的并行频域数据转换成串行时域数据以在信道上发送来实现的。

有利的是，该方法还包括在检测到通信信道的信道响应的变化时更新比特加载方案的步骤，其中通过保持每个频率段被分配有包括相同数量的子载波的单独调制方案，并且根据信道响应的变化在频率上向上或向下移动频率段的分配，来进行更新。

分配给一个或多个非重叠频率段中的每一个的单独的共享调制方案构成了一种比特加载分布。在检测到信道条件的变化时，也可以选择调整原始的比特加载方案，而不是触发新的过程来导出全新的比特加载方案，尤其是当观察到的信道条件变化不显著时。

通过水平移动比特分配表来调整比特加载方案。对于特定的调制方案，包含在每个频率段中的子载波的数量保持不变，但是段的分配在频域中偏移。偏移的粒度可以基于每个子载波。例如，当信道条件改善时，一个或多个频率段的分配可以通过第一数量的子载波偏移到更高的频率；当信道条件恶化时，一个或多个频率段的分配可以通过第二数量的子载波偏移到较低的频率。对于每个频率段，包含在该段中的子载波数量不变。因此，这是频域中比特加载方案的一种水平偏移。

对于边界条件，可能发生的是，当比特加载方案向右(朝向更高频率)偏移第一数量的子载波时，在频带的开始处生成新的段，其包括第一数量的子载波。新的段可以使用新的调制方案，该新的调制方案具有信道先前不支持的甚至更高阶的调制方案。有时，当实际系统中不支持甚至更高阶的调制方案时，新的段可以使用与之前相同的最高调制方案，这可以等同于在这种边界条件下第一频率段的扩展。

类似地，当比特加载方案向左(朝向较低频率)偏移第二数量的子载波时，频带下限处的第一频率段可以包括比以前更少的子载波，例如第二数量的子载波被移出。如果第一频率段包括比第二数量的子载波少的子载波，则第一频率段可以完全移出，并且也是第二频率段的一部分，这意味着信道不再支持先前的最高阶调制方案。在这种情况下，如果系统支持，则频带上限处的最后一个频率段可以使用更低的调制阶数。否则，频带上限处的最后第二数量的子载波可能不再用于加载比特。

替代地，也可以通过保持一个或多个非重叠频率段的相同分配，并根据信道响应的变化，将分配给一个或多个非重叠频率段中的每一个的单独的共享调制方案在频率上上移或下移，来进行另一次更新。

因此，在另一个更新中的调整是通过保持一个或多个非重叠频率段的分配或子载波的分组不变、而只是移动比特加载分布来进行的。由于单独的共享调制方案是以随着频率增加而单调减少的调制阶数来分配的，因此通过简单地向上或向下移动分配给每个频率段的单独的共享调制方案，可以容易地适应信道上的变化。例如，当信道恶化时，最初分配的调制方案可能不适用于某个频率段，并且然后最初分配给具有较高频率的另一个频率段的另一个调制方案可能满足链路预算标准，其中该另一个调制方案具有较低的调制阶数。取决于关于通信信道变化的程度，偏移可能与最初分配给紧邻频率段或频率上更远的另一频率段的调制方案相关。类似地，当信道条件改善时，通过将最初分配给具有较低频率的第一频率段的调制方案重新使用到具有较高频率的新频率段来实现该偏移。

一个或多个频率段中的每一个频率段也可以将另一个更新中的比特加载分布的这种偏移理解为当信道响应降级时降低分配给一个或多个频率段中的每一个的单独调制方案的调制阶数；或者当信道响应改善时，增加分配给一个或多个频率段中的每一个的单独调制方案的调制阶数。

在一个示例中，通信信道是光学通信信道，并且信道响应可以由信号传播链中的一个或多个组件主导。一个可能的组件可以是发射机的光学前端，例如发光二极管(LED)。与光学无线通信光谱相比，商用LED的调制带宽通常非常有限。由于LED的动态响应或载流子复合过程，LED呈现功率受限的一阶低通行为，这可能主导光学通信信道的信道响应。通常，光学通信信道上的动态将仅仅反映在信道响应的频率偏移上，同时保持相同的信道分布。因此，与重新初始化整个过程以导出新的比特加载方案的替代选项相比，保持相同的频率段分配并且仅相应地移动比特加载分布将是非常有效的。

在一个实施例中，该方法还包括向远程设备发送比特加载方案的步骤，以供远程设备在通过通信信道与装置通信时使用。

当所公开的方法被接收机触发时，在发射机可以在后续的数据通信中应用该方案之前，接收机将首先向远程发射机传送所确定的比特加载方案。然而，当所公开的方法由发射机触发或者比特加载方案由发射机导出时，可能不需要预先将比特加载方案传送给预期的远程接收机。当然，为了便于远程设备利用适当的设置来检测数据分组，发射机还通知设备关于频率段的分配和各个调制方案的相应分配是有益的。否则，为了合适地解调和解码分组，可能向远程设备侧引入额外的复杂度来导出这样的信息。与比特加载方案相关的信息可以包含在执行所确定的比特加载方案的同一数据分组中。例如，发射机可以将信息插入分组报头中，或者紧接在分组报头之后和数据分组的有效载荷之前。

优选地，该方法还包括本地存储比特加载方案的步骤。

当这对远程设备主要是固定的时，两个设备之间的通信信道可以在某个时间段内是稳定的，并且相同的比特加载方案或者原始比特加载方案中包含的至少部分信息可以被相同的一对远程设备之间的一个或多个会话重用。例如，关于信道响应变化的比特加载分布的移动是基于原始的比特加载方案。并且因此，对于设备来说，在本地存储这样的信息可以是非常有益的。

在优选的设置中，测试信号包含在专用探测分组或数据或管理分组中的专用字段中。

为了在一对远程设备之间建立新的会话，为了确定最新的比特加载方案，可以使用专用的控制分组或帧。例如，测试信号可以包含在专用探测分组或探测帧中。当在这对远程设备之间已经存在早期会话时，测试信号可以被搭载在数据或管理分组或帧中，例如被放置在数据或管理分组中的专用字段中。与专用探测分组相比，搭载方法可能更有效。

有利的是，对测试信号的请求还包括与专用探测分组或者数据或管理分组中的专用字段相关的参数。

比特加载控制方法的发起者——或者是发射机或者是接收机——可以通过在请求中包括配置参数来指令应答者准备测试信号。配置参数可以包括关于在专用探测分组或另一个分组中的专用字段之间的选择、测试信号的模式、测试信号的持续时间、或者数据或管理分组的哪一部分可以用于插入测试信号的专用字段的信息。

在另一个实施例中，比特加载方案以使用包括以下表示中的至少一个的信息的格式构成：

-每个频率段内最低子载波的索引，任何频率段中最高子载波的索引；

-每个频率段内最高子载波的索引，任何频率段中最低子载波的索引；

-任何频率段中最低子载波的索引，以及根据频率从低到高顺序列出的每个频率段中包括的子载波的数量；

-任何频率段中最高子载波的索引，以及根据频率从高到低顺序列出的每个频率段中包括的子载波的数量；

-根据频率从低到高顺序列出的每个频率段中包括的子载波的数量。

传送给远程设备的比特加载方案至少包括关于一个或多个频率段分配的信息。给定频率段就沿频率的信道响应而言的单调性，可以基于预定义的查找表来导出各个调制(和/或编码)方案，例如在通信标准的PHY层规范中定义的调制和编码方案(MSC)表。注意，标准中定义的MCS表通常根据递增的调制阶数来制定，并被列为MCS0、MCS1、MCS2、以及等等。在一个示例中，具有最高子载波频率的频率段可以被分配最低调制阶数，例如MCS0。并且然后，具有降低的子载波频率的每个后续频率段可以被分配MCS表中的下一个更高的调制阶数。如果MCS表中提供的选项和分配给频率段的调制阶数之间的映射存在任何异常——例如由于信道响应的急剧下降而跳过MCS表中的一个或两个选项——则调制控制单元可以提供附加信息。一种可能性是可以向远程设备发送附加信息，例如MCS表中每个频率段的分配调制阶数的索引，或者MCS表中跳过的调制阶数的索引。

进一步利用信道响应的单调性来简化自适应调制或比特加载方法的表示，特别是关于更有效的信令消息以通知远程设备关于该方法，以及减小发射机和/或接收机的存储器的大小以存储用于信号处理的相关信息，例如调制和/或解调，以及编码和/或解码。给定信道响应随着频率的增加而单调下降的事实，则分配的调制阶数也将随着频率的增加而单调下降。

由于非重叠频率段是以这样的方式来分配的，使得每个频率段包括一个或多个相邻子载波，因此这种比特加载方案可以以非常紧凑的方式来表示。这种表示有几种选项，例如按照频率增加或频率减少的顺序。一种选项是通过为每个频率段顺序指示该频率段开始的最低子载波的索引和包括所有频率段的整个频带的最高子载波的索引来呈现信息。注意，这里最低子载波或最高子载波意味着具有最低子载波频率的子载波或具有最高子载波频率的子载波。另一种选项是通过指示包括所有频率段的整个频带的最低子载波的索引，以及根据频率从低到高顺序列出的每个频率段中包括的子载波的数量来呈现信息。类似地，通过从包括所有频率段的整个频带的最高子载波开始，上述两个选项也可以以递减的频率顺序呈现。另外的选项是，通过顺序列出每个频率段中包括的多个子载波来记录一个或多个频率段的分配，例如根据从低到高的频率。在该选项中，子载波的范围可能已经在一对远程设备之间达成一致，例如通过定义第一个子载波索引和最后一个子载波索引。

为了向远程设备通知频率段的一个或多个分配，用于传送信息的紧凑格式可以被包含在专用信令分组或消息中，并且在数据分组传输开始之前被发送到远程设备。这种专用信令消息可以用最低可能的调制阶数或最鲁棒的调制和编码方案来传输，以确保在给定特定信道条件下信息将被最可靠地传递。

将这种紧凑格式嵌入每个数据帧或数据分组的报头部分可能甚至更有益。注意，在通信系统中，数据分组通常包括至少两个部分：报头部分和有效载荷部分，它们分别与控制信息和用户数据相关。包含在报头部分中的控制信息可以是前导码、地址信息、排序信息、有效载荷部分中使用的调制和/或编码方案、有效载荷长度、以及等等。通过将紧凑格式嵌入每个数据分组或数据帧的报头部分中，可以以更动态的方式更新频率段的分配。

当发射机是比特加载控制方法的发起者时，发射机可以基于来自远程设备的ACK导出更新的信道响应，并且然后可以确定新的频率段分配，或者可以采用各个调制方案的偏移。通过将传达新分配的紧凑格式嵌入到下一个数据分组的分组报头中，远程设备可以及时地获得更新。因此，该系统在处理通信信道上的变化时更加健壮和灵活。

类似地，当接收机是比特加载控制方法的发起者时，接收机可以基于最近接收的数据分组来导出更新的信道响应，并相应地更新比特加载方案。传送更新的紧凑格式可以通过在最近接收的数据分组的ACK中捎带这样的信息来立即反馈给发射机。

在一个示例中，通信信道是光学通信信道，并且紧凑格式可以嵌入在照明通信数据帧的报头部分中。照明通信数据帧可以符合关于高速光学无线数据通信的IEEE 802.11标准或ITU G.9991标准。

优选地，在每个频率段上以均匀的功率负载实施各个调制方案。

对于无线通信来说，发射机的发射受到某些关于电磁兼容性(EMC)的地区或国家法规——例如美国的联邦通信委员会(FCC)或欧洲的欧洲电信标准协会(ETSI)制定的法规——的约束。因此，对于发射机来说，在多载波系统的整个频带中，在每个频率段上应用均匀的功率负载或者均匀的功率谱密度(PSD)是有益的。这是因为它为发射机提供了对整个频带使用最大可允许输出功率的机会。

替代地，发射机也可以应用预加重技术来补偿频率选择性信道响应，以便在接收机侧的频带上获得均匀的接收频谱密度。并且然后，发射机的输出功率将首先在较高频率受到限制，这牺牲了较低频率的信道容量。如果衰落的信道响应被预加重滤波器完全或显著补偿，则相同的调制阶数或调制和编码方案可以应用于整个频带，即多个子载波。

根据本发明的第二方面，提供了一种比特加载控制装置。一种比特加载控制装置，用于在多载波无线通信系统中帮助在通信信道上传送数据，该通信信道具有随频率增加而下降的信道响应，该比特加载控制装置包括：发射机，被配置为发送对测试信号的请求；接收机，被配置为从远程设备接收测试信号；控制器，被配置为基于所接收的测试信号获得多个子载波上的通信信道的估计信道响应；以及根据估计信道响应来确定比特加载方案，用于将多个子载波分配到一个或多个非重叠频率段中，每个非重叠频率段包括多于一个的相邻子载波，并且向每个频率段分配由多于一个的相邻子载波共享的单独调制方案，并且其中以随着频率增加而单调减少的调制阶数来分配单独的共享调制方案。

如上所述，比特加载控制装置可以包含在发射机或接收机中，以帮助这对远程设备以高效的方式实现所提出的自适应比特加载或自适应调制方案，这在吞吐量增强和实施方式开销之间提供了良好的平衡。

有利的是，比特加载控制装置还包括存储器，用于存储导出的比特加载方案，例如一个或多个非重叠频率段的一个或多个分配，其中每个频率段包括一个或多个相邻子载波以及分配给一个或多个非重叠频率段中的每个频率段的相应的单独调制方案。

由于服务于自适应比特加载方法的频率段的导出的一个或多个分配可以被去往同一远程设备的几个连续数据分组重用，因此将这种信息本地存储在存储器中是有益的。考虑到可以使用非常紧凑的格式，就存储空间和关于读写信息的资源而言，它不会给存储器带来大的负担。

在一个实施例中，比特加载控制装置还被配置为在多载波无线通信系统中执行与远程设备的无线通信，其中发射机还被配置为根据比特加载方案，利用相同的单独调制方案来调制在属于相同频率段的一个或多个相邻子载波上发送的数据；并通过通信信道将调制的数据传输到远程设备。

在该实施例中，比特加载控制装置以发射机发起的方式操作。因此，预期会话的发射机侧初始化比特加载控制方法，并且随后，同一设备在调制要传输到远程接收设备的数据时应用所确定的比特加载方案。

在另一个实施例中，比特加载控制装置还被配置为在多载波无线通信系统中执行与远程设备的无线通信，其中接收机还被配置为通过通信信道从远程设备接收数据；并且根据比特加载方案，利用相同的单独调制方案解调在属于相同频率段的多于一个的相邻子载波上接收的数据。

利用该选项，比特加载控制装置的发射机还被配置为向远程设备发送比特加载方案，以供与比特加载控制装置通信的远程设备使用。

在这种选项中，比特加载控制装置以接收机发起的方式工作。因此，预期会话的接收机侧初始化比特加载控制方法，并向远程发射机提供比特加载方案。随后，比特加载控制装置在解调从远程发射机设备接收的数据时应用所确定的比特加载方案。

在优选的系统设置中，通信信道是光学通信信道，并且比特加载控制装置还包括被配置为连接到发射机和接收机的光学前端，以在光学通信信道上传输和接收数据。

光学前端用于在发射机链中将电发射信号转换成输出光学信号，并在接收机链中将接收到的光学信号转换成电信号。光学前端包括发射机链中的至少一个光源，例如LED、激光二极管(LD)或垂直腔面发射激光器(VCSEL)，以及接收机链中的至少一个接收光传感器或光电二极管。商用LED通常呈现功率受限的一阶低通行为。当光学通信信道的信道响应由LED支配时，它将表现出随着频率增加而单调下降的信道响应。

根据本发明的第三方面，提供了一种多载波无线通信系统。一种多载波无线通信系统，其通信信道具有随频率增加而下降的信道响应，该多载波无线通信系统包括

-根据本发明的第一收发机和远程设备，其中远程设备被配置为从第一收发机接收比特加载方案，并根据接收的比特加载方案解调从第一收发机接收的数据；或者

-根据本发明的第二收发机和第二远程设备，其中第二收发机还被配置为向第二远程设备发送第二比特加载方案，并且第二远程设备还被配置为从第二收发机接收第二比特加载方案，并且根据接收的比特加载方案，利用相同的单独调制方案来调制在属于相同频率段的一个或多个相邻子载波上发送的数据；和

在多载波无线通信系统中，通过通信信道向第二收发机传输调制的数据。

由于所公开的比特加载控制方法可以采用发射机发起的方法或者接收机发起的方法，因此该系统可以具有两种配置。在第一种配置中，系统的第一收发机以发射机发起的方式工作；在第二种配置中，系统的第二收发机以接收机发起的方式工作。

收发机能够在这样的多载波系统——例如基于正交频分复用(OFDM)的无线系统——中执行无线通信。无线信道可以位于不同的电磁频谱(例如射频、微波频率)，或者光学部分(例如红外、可见或紫外)。因此，包含在收发机中的前端可以是模拟前端或光学前端。在光学前端的一个示例中，LED用于将电信号从基带转换成光学信号，以通过信道发送。

本发明还可以体现在包括代码装置的计算机程序中，当程序由包括处理装置的比特加载控制装置执行时，该代码装置使处理装置执行本发明的比特加载控制方法。

附图说明

在附图中，类似的附图标记遍及不同的图一般指代相同的部分。此外，附图不一定是按比例的，取而代之一般将重点放在说明本发明的原理上。

图1展示了OWC网络和连接到它的骨干网络的概况；

图2示意性地描绘了Li-Fi接入点的基本组件；

图3示意性地描绘了具有多个光学前端的Li-Fi接入点的基本组件；

图4示意性地描绘了Li-Fi端点的基本组件；

图5示意性地描绘了包含在Li-Fi接入点或Li-Fi端点中的光学前端的基本组件；

图6示出了随着频率增加而下降的信道响应；

图7示出了一个或多个频率段的分配；

图8是在IEEE 802.11(2016)中为OFDM PHY定义的调制相关参数；

图9示出了数据帧格式；

图10示意性地示出了本发明的比特加载控制装置的基本组件；

图11示意性地描绘了根据一个实施例的比特加载控制装置的基本组件；

图12示出了比特加载控制方法的流程图；

图13示出了初始比特分配表的示例；

图14展示了相对于图13的初始比特分配将比特分配表中的值上移二的结果；

图15展示了相对于图13的初始比特分配将比特分配表中的值下移二的结果。

具体实施方式

现在将基于光学无线通信(OWC)网络系统100，或者更具体地基于如图1所示的Li-Fi网络系统来描述本发明的各种实施例。为了说明的目的，Li-Fi网络100经由IP路由器15和以太网交换机14连接到骨干网络20，而在实际系统中，可以部署更多的路由器和交换机来将骨干网络连接到Li-Fi网络。在这个示例中，Li-Fi网络和骨干网络之间的连接被称为骨干连接21。骨干连接是稳定且高速的链路，其可以是有线连接(诸如以太网)，也可以是基于射频(RF)或毫米波的无线连接。骨干连接也可以是另一种光学无线链路，其不同于端点在光学多小区无线网络中执行的链路。另一种光学无线链路的一个示例可以是自由空间点对点光学链路。

Li-Fi系统概述和网络架构

作为一种用于局域联网的无线通信技术，Li-Fi扮演着与Wi-Fi类似的角色，以提供最后几十米的连接。Li-Fi网络100可以包括多个光学接入点(AP)120和网络设备或端点(EP)110。每个端点110选择性地与接入点120中相应的一个接入点120相关联并同步。Li-FiAP 120可以连接到一个或多个光学前端或Li-Fi收发机(TRX)121，用于提供对Li-Fi设备或Li-Fi端点(EP)110的接入。虚线所示的梯形示出了各个Li-Fi收发机121的视野(FOV)或覆盖范围。只有当EP 110位于Li-Fi AP 120的覆盖范围内时，它才将能够从该AP 120接收下行链路通信。通过假设光学通信的对称的上行和下行链路，可以在相同的条件下建立双向光学链路。由于光学通信链路的视线特性，相邻接入点120彼此之间没有直接的光学链路，而位于相邻接入点120的覆盖范围的重叠区域中的端点110能够检测到来自两个接入点的光学信号。

在一个示例中，Li-Fi AP 120还可以作为具有根据G.hn、ITU G.9960和G.9961的附加功能的域主机来操作，以管理几个Li-Fi EP 110。在一个实施方式中，当EP从一个域漫游到另一个域时，发生交接。在另一个实施方式中，每个Li-Fi AP 120作为管理托管多个Li-Fi EP的单独域的域主机来操作，Li-Fi EP可以多达255个。这种Li-Fi AP 120通常位于天花板上。它们可以但不一定与灯具并置，尤其是当通信不是基于可见光时。Li-Fi AP 120的主要功能可以包括向周围的Li-Fi EP 110通告AP 120的存在、注册和注销Li-Fi EP110、在相关联的Li-Fi EP 110之间提供媒体接入控制(MAC)调度、从EP 110收集干扰报告、响应于干扰报告调整本地调度、和/或向Li-Fi控制器13报告相邻关系。Li-Fi AP 120的一些功能(诸如用于干扰避免的MAC调度)可以由Li-Fi控制器13以集中的方式实现。

Li-Fi EP或Li-Fi设备110是便于端点设备连接到Li-Fi网络100的终端用户调制解调器。如今，Li-Fi EP 110通常是连接到笔记本电脑或其他终端设备的专用实体。将来，Li-Fi EP 110可以部分或全部集成到智能电话、平板电脑、计算机、遥控器、智能TV、显示设备、存储设备、家用电器、或另一种智能电子设备。

可能存在连接到Li-Fi网络100中的多个接入点120的Li-Fi控制器或中央控制器13。Li-Fi控制器或中央控制器13负责在必要时以集中方式控制Li-Fi系统，诸如导出关于拓扑和相邻关系的信息，决定不同Li-Fi接入点(AP)之间的调度以抑制干扰。此外，Li-Fi控制器13还可以被用于提供用户接口，该用户接口允许用户或管理员(诸如IT经理)在多个Li-Fi AP之间配置调度表，监控来自这些Li-Fi AP的报告，和/或导出关于系统性能的进一步统计信息。通常确保只有一个Li-Fi控制器13对单独的AP可见，这是借助于网络配置来实现的，使得去往和来自Li-Fi控制器13的流量经由虚拟LAN(VLAN)或类似物而被隔离在其自己的网络段内。此外，诸如无线接入点的控制和供应(CAPWAP)协议之类的协议可以用于发现多个控制器，并选择一个具有空闲资源的控制器来托管/管理加入基础设施的接入点。

在Li-Fi系统的一个示例性实施方式中，Li-Fi同步服务器16连接到该系统，该系统负责同步(或对准)不同G.vlc域的G.vlc媒体接入控制(MAC)周期。这需要对准一些公共时隙，用于检测相邻AP 120并避免对位于相邻AP 120的重叠区域中的EP 110的干扰。由于光学链路的视线特性，相邻的AP 120通常不能直接检测到彼此的信号。然而，如果相邻AP120正同时传输，则位于两个相邻AP 120的重叠区域中的EP 110可能经历干扰。为了避免这种情形，可能有必要保持相邻AP 120与公共时基同步，并防止它们在同一时刻传输。网络同步的一个优选选项是采用精确时间协议(PTP)，IEEE1588v2。PTP提供了亚微秒的精度，这对于相互G.vlc域的MAC对准来说是足够公平的。为了保持PTP的准确性，来自以太网交换机的支持是必要的，这也应该是PTP的能力。为了保持PTP的准确性，以太网网络中的任何元件都必须处理PTP，因此为任何部署选择的交换机都必须支持并相应地配置为在PTP模式下操作。

还可能发生的是，Li-Fi系统要被部署在PTP不受现有基础设施支持的传统系统中。并因此，应该采取附加的措施来以不同的并且可能是次优的方式同步相邻AP 120，并且因此应该为EP 110找到解决方案来处理相邻AP 120之间的非理想同步。

详细的系统描述

Li-Fi AP

Li-Fi AP 120是建立Li-Fi网络100的关键单元。在一些场景中，Li-Fi AP 120还形成现有IT基础设施和Li-Fi网络100之间的接口。图2中示出了Li-Fi AP 120的高级框图。

一方面，Li-Fi AP 120具有到骨干网络的接口124，该接口可以是有线连接(以太网)或无线连接(RF、毫米波、或不同于Li-Fi AP正在执行的光学无线的另一种光学无线)。并且另一方面，Li-Fi AP120具有光学前端121，以实现与一个或多个Li-Fi AP110的光学链路。此外，就不同调制方案之间的转换和模拟信号的调节而言，Li-FiAP120还执行实现骨干网络20上的数据和光学链路上的数据之间的双向转变或转换的功能。因此，Li-Fi AP 120至少还包括数字调制器和解调器组件123以及模拟前端122。在传输路径中，模拟前端(AFE)122可以包括可编程放大器、滤波器和驱动器，以调节和放大基带信号来驱动光学前端。对于接收路径，AFE 122可以包括衰减器、低噪声放大器、滤波器和可编程增益放大器，以容纳接收的信号用于进一步的数字处理。

至少包括光源和光传感器的光学前端121实现电信号和光学信号之间的转换。在传输器链中，光学前端121用于经由光源将电传输信号转换成输出光学信号。在接收机链中，光学前端121用于经由光传感器将接收到的光学信号转换成输出电信号，用于进一步的信号处理。光学前端121也被称为Li-Fi收发机(TRX)，使得：

·Li-Fi传输器(Tx)：将从AFE获得的电信号变换成(例如要由LED发射的)光学信号，以及

·Li-Fi接收机(Rx)：将接收到的(例如来自光电二极管的)光学信号变换成用于AFE的电信号。

Li-Fi AP 120可以连接到单个Li-Fi TRX 121或多个Li-Fi TRX 121，这允许在不同的光路上传输光学信号。在Li-Fi AP 120连接到多个Li-Fi TRX 121的情况下，Li-Fi AP可以将它们作为一个相干信号来处理，或者作为用于建立通信链路的(部分)独立的非相干信号来处理。图3示出了具有多个Li-Fi TRX 121的Li-Fi AP 120的示例。采用Li-Fi接口组件125来分离或组合发送到多个Li-Fi TRX 121或从多个Li-Fi TRX 121接收的数据。

Li-Fi EP

图4示出了Li-Fi EP或Li-Fi设备110的高级概况。类似于Li-Fi AP 120，Li-Fi EP110至少包括光学前端111、模拟前端112、数字调制器/解调器113、和到终端设备或处理器的接口114。

Li-Fi EP 110可以经由线缆作为单独的实体连接到终端设备，或者部分或全部集成在终端设备中。对于许多终端设备(诸如笔记本电脑、智能手机、遥控器)，以太网是终端设备的操作系统中公认的接口。除此之外或取而代之，Li-Fi还可以用于向终端设备提供通信接口。为了简化Li-Fi EP或Li-Fi设备到终端设备的操作系统的系统集成，采用USB以太网是有利的。因此，在一个选项中，Li-Fi EP或Li-Fi设备110可以经由标准USB线缆或插头连接到终端设备。以使用USB以太网为例，Li-Fi EP 110可以包括USB以太网接口114，并经由USB线缆115连接到终端设备。与Li-Fi AP 120中一样，Li-Fi EP 110也可以连接到一个或多个客户端光学TRX 111。替代地，也可以设想具有分段的传输器/接收机的单个光学前端，其中每个收发机/接收机指向各自不同的方向。

在另一个示例中，不同的接口114可以用于将Li-Fi EP连接到终端设备的操作系统，并且对应的接口114(USB以太网)和/或线缆115应该被相应地替换。

图5提供了包括在Li-Fi AP 120和Li-Fi EP 110中或连接到Li-Fi AP 120和Li-Fi EP 110的光学前端或光学TRX 111、121的示例性组件。光学TRX 111、121至少包括光源1211、光传感器1212、驱动器1213和放大器1214。光源1211用于将电传输信号转换为输出光学信号，其可以是发光二极管(LED)、激光二极管(LD)或垂直腔面发射激光器(VCSEL)。光传感器1212用于将接收到的光学信号转换成输出电信号，其可以是光电二极管、雪崩二极管、或另一种类型的光传感器。驱动器1213主要用于调节光源1211所需的电力。放大器1214主要用于调节由光传感器1212接收的信号，以使信号适于在电路中进一步处理。在一个示例中，放大器1214可以是跨阻放大器(TIA)，它是用一个或多个运算放大器实现的电流至电压转换器。TIA可以位于接收光传感器或光电二极管1212附近，以用最少量的噪声放大信号。

Li-Fi系统中的互连

典型地，Li-Fi AP 120被部署在天花板上。并且这种AP 120需要首先被供电以便执行通信活动。因此，到AP 120的连接意味着电力和数据两者。AP 120在一侧经由骨干连接21设立与云或骨干网络20的双向链路，并且在另一侧，AP 120经由光学链路与一个或多个相关联的EP 110通信。EP 110通常从终端设备获得电力，该EP耦合到该终端设备或集成在该终端设备中，并经由光学链路与相关联的AP 120通信。

将Li-Fi AP连接到骨干网络

Li-Fi AP 120可以采用不同的选项来连接到骨干网络20。

在一个方面中，数据和电力可以被共同递送到Li-Fi AP，这可以经由具有电力线通信(PLC)的单个电力线缆或者具有以太网供电(PoE)的单个以太网线缆来实现。

PLC利用现有的电力线缆，即用于为设备提供干线电力，也用于数据通信。流行的PLC通信标准(诸如

或G.hn)利用正交频分复用(OFDM)技术，该技术也在Li-Fi系统中采用。因此，PLC系统和Li-Fi系统的物理层(PHY)可能非常相似，诸如两个系统中使用的调制方法和同步方法。然而，光域中的传输是单极性的，而通常OFDM使用双极性信号。结果是，对于光学网络中的传输，可能需要一些适应。一种简单的解决方案是使用DC偏移，其不需要在光学传输之前对基于OFDM的PLC信号进行解调和随后的再调制，或者替代地使用单极OFDM调制技术(诸如ACO-OFDM、DCO-OFDM、ADO-OFDM和/或翻转OFDM)进行解调和随后的再调制。因此，对于通常与天花板上的灯具并置的Li-Fi AP 120来说，利用现有的电力线缆也来获得到骨干网络20的数据连接可能是非常方便的。/>

然而，也认识到PLC系统的信道是相当嘈杂的，考虑到干线电力线路可能充当天线来拾取可能干扰也存在于干线电力线路上的通信信号的所有种类的不期望的信号。因此，对于启用PLC上Li-Fi的设备来说，处理这种外部干扰是重要的。此外，干线电力线路上的通信信号经历的衰减量在制造期间是无法预测的，并且可能在一天中发生变化。影响因素包括从建筑到建筑而变化的线缆长度、对高频或多或少形成短路的电力负载、以及被打开或关闭、等等。

解决由PLC系统引入的信号完整性问题的一种已知解决方案是为启用PLC上Li-Fi的设备配备PLC解码器，用于解码通过干线电力线路接收的PLC通信信号。通信信号的损伤以数字方式处理。例如，窄带干扰仅在OFDM调制信号的单个子载波上引起误差。可以使用纠错算法来校正重构的数据。随后，重构的数据然后被转换回到模拟域，用于调制流向至少一个LED的LED电流。以这种方式，可以提供更稳健的操作设备，其中减少了数据的丢失，尽管这种解决方案的缺点之一是设备变得尺寸大、复杂、昂贵。

另一方面，如果电力可以经由以太网线缆输送，则Li-Fi AP利用现有的IT基础设施来获得电力和到骨干网络20的连接两者也可能是方便的。以太网供电(PoE)在IEEE802.3af/at标准中有所描述，并且目前正在IEEE任务组P802.3bt中扩展为4线对供电。PoE旨在从供电设备(PSE)向用电设备(PD)供应40V至48V的电源电压，在旁边是用于控制和通信目的的数据线。PSE设备也称为PoE交换机。在PoE照明系统中，PD可以是光源、用户接口设备和传感器。PSE通常由干线电源供电，诸如根据IEC/TR 60083标准。传统的PoE系统将通过网络及其端点运输数据和电力，因此在PSE和PD之间。

因此，数据可以由控制设备接收，例如经由使用以太网协议的以太网连接。数据经由以太网协议在以太网供电系统中的设备之间进行通信。因此，以太网控制器形式的微芯片可以用于在设备之间建立通信链路，其支持开放系统互连模型(OSI模型)的媒体接入控制(MAC)和物理层(PHY)。

以太网连接例如可以是光纤、电导线或双绞线线缆，诸如3类线缆、4类线缆、5类线缆、5e类线缆、6类线缆、6A类线缆、7类线缆、7A类线缆、8类线缆、8.1类线缆或8.2类线缆。以太网连接可以具有几对线缆，例如2、3、4或更多对线缆。线缆可以是未屏蔽的或屏蔽的，特别是单独或整体屏蔽的。电力和数据可以经由以太网连接的相同光纤、导线或线缆传输，或者经由以太网连接的不同光纤、导线或线缆传输。在经由光纤传输电力的情况下，电力可以以光子的形式传输，该光子可以被数据接收设备的太阳能电池单元接收。

PoE系统中的数据接收设备可以包括一个或多个端口。每个端口可以包括一个或多个引脚。引脚可以配置为接收电力、数据、或电力和数据。附加地或替代地，该端口还可以包括一个或多个太阳能电池单元，用于接收光子形式的电力。由于端口可以经由以太网连接接收电力和数据，因此可以经由以太网连接为一些引脚供电，而为其他引脚提供数据。替代地或附加地，也可以经由以太网连接向一个引脚供电和提供数据。

在另一个方面中，数据和电力可以被分别输送到Li-Fi AP，并且选项可以是经由电力线缆和以太网线缆(到骨干网络的有线连接)两者，或者电力线缆和到骨干网络20的无线链路(光学无线链路或自由空间光学链路)的组合。

优选地，Li-Fi系统可以集成到现有的无线通信系统中，诸如Wi-Fi系统或蜂窝系统。并因此，Li-Fi AP 120可以集成到或直接连接到Wi-Fi接入点或蜂窝基站。通过在Li-FiAP 120和Wi-Fi接入点或蜂窝基站之间进行信号的转换或转变，Wi-Fi系统或蜂窝系统的现有基础设施可以被用于为Li-Fi AP 120提供到骨干网络20的连接。

将Li-Fi EP连接到Li-Fi AP

Li-Fi EP 110经由Li-Fi AP 120接入Li-Fi系统，并且相关联的Li-FiAP120通常被称为本地AP。对于Li-FiEP120和Li-FiAP110之间的连接，有几个方面需要考虑：

-覆盖范围：Li-FiEP可能不总是能够看到Li-FiAP，这取决于其位置、其取向、Li-FiAP的定位、以及Li-FiEP的换能器/传感器覆盖区域的大小。

-下行链路干扰：如果这些Li-Fi AP同时传输，则多个光学下行链路的重叠覆盖区域中的Li-Fi EP经受干扰。

-上行链路干扰：一个Li-Fi EP向相关联的Li-FiAP传输信号，而另一个Li-FiEP正在传输至这个相同的Li-FiAP，这导致Li-FiAP处的上行链路干扰。

-交接：由于Li-Fi EP的移动性，当Li-Fi EP从一个Li-Fi AP的覆盖区域移动到相邻Li-Fi AP时，需要进行交接。也就是说，当Li-Fi EP(诸如连接到或包含在用户设备、客户端设备、移动电话等中)从当前小区移动到相邻小区时，那么任何活跃通信必须交接到该相邻小区的节点或接入点。为了减少对任何正在进行的通信或数据传递的干扰，交接旨在尽可能快地进行，并且可以包括一个准备时段以便促进这一点。当在与现有Li-Fi AP的链路断开之前没有足够的时间可用于准备和建立到新Li-Fi AP的链路时，Li-Fi EP可能经历其中没有连接的时段。考虑到Li-Fi小区由于光学链路的视线特性而相对小的尺寸，无缝交接对于保证链路质量和用户体验是重要的。

基本上，Li-Fi EP 110可以经由双向光学链路或者混合下行链路和上行链路连接到Li-Fi AP 120。注意，这里下行链路代表从Li-Fi AP 120到Li-Fi EP 110的通信链路，并且上行链路代表从Li-Fi EP 110到Li-Fi AP 120的通信链路。双向光学链路实现了在Li-Fi EP 110和Li-Fi AP 120之间相对对称的连接。因此，下行链路和上行链路都享有如上所述的Li-Fi通信的相同优点。然而，在一些应用场景中(诸如对于网上冲浪或视频流)，Li-FiAP和Li-Fi EP之间的链路也可以是混合链路，其是从Li-Fi AP 120到Li-Fi EP 110的光学下行链路和从Li-Fi EP 120到Li-Fi AP 110的射频(RF)上行链路的组合。RF链路可以根据流行的短程无线通信协议，诸如Wi-Fi、BLE或Zigbee；或者根据蜂窝通信协议，诸如4G或5G蜂窝。

回头参考Li-Fi AP 120可以经由支持Li-Fi AP功能和Wi-Fi接入点或蜂窝基站功能的组合设备来构建的选项，这种混合链路可以由Li-Fi AP侧的控制器无缝地处理。由于Li-Fi EP 110通常连接或集成到终端设备(该终端设备可以是智能电话、平板电脑、计算机或其他智能设备)，因此该终端设备可能已经具有对混合链路中使用的短程无线通信协议或蜂窝协议的硬件支持。因此，这种混合链路还优化利用(1everage)终端设备的现有资源，并且为Li-Fi EP提供简化的解决方案，其仅需要接收路径，而不需要传输路径。EP 110的成本、功耗和形状因子可以以这种方式进一步降低。相应地，Li-Fi AP 120也通过主要包括光学传输器以经由光学下行链路向Li-Fi EP 110发送数据而被简化，而从Li-Fi EP 110到AP120的基于RF的上行链路可以通过优化利用组合设备或协同定位的Wi-Fi接入点/蜂窝基站中的RF接收机来接收，或者经由Li-Fi AP120自身中包括的专用RF接收机来接收。

光学多小区无线网络内的调度和干扰抑制

当存在多个彼此相邻部署的Li-Fi AP120时，或者当存在多个与同一本地AP120或相邻AP120相关联的EP110时，媒体接入控制(MAC)对于无干扰光学通信变得必要。在光学多小区无线网络中有可能采用不同的MAC机制，诸如时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)、载波侦听多址(CSMA)、码分多址(CDMA)、空分多址、或一种或多种上述机制的组合。TDMA基于时分复用方案，其中在时域中调度无线电资源，并且在典型的循环重复帧结构或MAC周期中将不同的时隙分配给不同的传输器。FDMA基于频分复用，其中将不同的频带分配给不同的设备以同时传输。并且在光学通信中，FDMA也可以演进为基于波分复用的波分多址(WDMA)。FDMA的另一个高级变体是正交频分多址(OFDMA)，其中每个设备可以使用整个频带之外的一个或多个子载波。OFDMA在向不同的用户提供不同的数据速率或服务质量方面具有更大的灵活性，并且同时，尽管有这种多样性，也可以保持高的资源效率。CSMA通常采用“先听后说”的方法，其中设备在共享介质上传输之前，先验证是否存在任何其它流量。CSMA广泛用于稀疏网络中，并且当节点密度改变(scale)时，进一步的冲突避免技术就会出现。CDMA通常建立在扩频之上，并且常见的形式是基于直接序列扩频的直接序列CDMA，其中不同的设备利用彼此正交的不同扩展码同时发送消息。考虑到与无线电链路相比，光学链路的FoV通常较小，空分多址在这里也可能是非常有吸引力的解决方案。

在具有多个AP 120的基于TDMA的多小区网络中，由于缺乏直接通信，相邻的AP120有时可能没有同步的MAC周期。尽管一个MAC周期或超帧的持续时间对于网络中的所有AP 120通常是相同的，但是对于各个AP 120，MAC周期的开始时间可以是不同的。注意，MAC周期的开始时间被AP用作本地时间基准，以将无线媒体划分成连续的时隙。即使当时隙被专门分配给一个AP 120用于与重叠区域中的EP 110通信时，两个相邻AP 120之间的这种MAC周期偏移也可能对位于这两个相邻AP 120的重叠覆盖区域中的EP 110造成干扰。因此，AP 120有必要同步到公共时基。公共时基可以经由同步握手、经由分布在网络上的基准时钟(诸如同步以太网时钟)、或者经由网络中的专用同步服务器来获得，或者从公共信号中导出(诸如干线电力的过零)。然而，由于网络中的不确定延迟或干扰，仍然可能存在AP相对于定时基准的定时同步不确定性。位于至少两个相邻AP 120的重叠区域中的EP 110可能仍然有必要基于来自这些AP的下行链路通信来导出与至少两个AP 120的MAC周期相关的定时信息，所述下行链路通信可以是正常的数据通信链路或者带外的信令消息。然后，基于导出的与至少两个AP 120的MAC周期相关的定时信息，EP 110可以进一步帮助两个相邻AP 120之中的至少一个调整其MAC周期以与另一个对准。

高效调制控制

OFDM在许多通信系统中被广泛用作数字多载波调制方法，因为它在对抗诸如窄带干扰或频率选择性衰落的恶劣信道条件方面具有很大的鲁棒性优势。通过将整个频带分成多个子载波，系统还具有对各个子载波应用不同的调制和编码方案的灵活性，这可以用来最大化信道的容量。如前面章节中所述，自适应调制或比特加载方法也可能面临系统复杂性和信令开销的损失，尤其是当子载波数量增加时，这导致整个系统性能的增强有限。为了实现更有效的自适应调制方法，本发明公开了一种利用某些信道特性来大大简化实现复杂度和信令开销的方法。

所公开的发明可以应用于具有与本发明所解决的类似信道条件的任何多载波无线系统。不失一般性，该系统可以是光学无线通信系统，例如Li-Fi系统。LED用于在Li-Fi系统中实现电光转换。虽然OWC频谱大约是整个无线电频谱的2600倍，但Li-Fi系统可能无法充分利用这样的频谱来自由发送数据。标准照明LED不是为通信目的而设计或优化的，并且与OWC光谱相比，市售LED的调制带宽通常非常有限。由于LED的动态响应或载流子复合过程，LED呈现功率受限的一阶低通行为。LED的这种低通特性——尤其是其结电容——恶化了光谱的主要部分，但这些仍会有助于吞吐量。OFDM允许使用具有特定功率和信号星座图的频谱的不同部分。在包含相对更大量噪声的更严重衰减的频谱部分中，可以使用更鲁棒的信号。更鲁棒的信号指示更小的星座图，取决于实际信噪比(SNR)水平，每个符号携带更少的比特。

此外，最大可用LED带宽也是动态的，这取决于从LED到接收光电二极管的距离、温度、噪声水平和调光水平。取决于实际最大可用LED带宽，可能需要自适应算法来更有效地在频率上分配输出功率。

鉴于频率选择性信道响应，已经提出了各种策略来向各种频率分量分配功率和比特负载。众所周知，注水(waterfilling)是在每个频率区间中加载功率的最佳策略。比特/s/Hz的数量根据各种频率区间的SNR来选择。注水是基于理论上的Lagrange优化，这被认为是计算密集型解决方案。更实用的策略是具有预加重的统一功率加载和统一比特加载。均匀功率加载在所有频率上发射相同的功率，但是相应地调整星座图大小，而预加重的功率加载试图在每个子载波上发射相同数量的比特(使用相同的星座图大小)，但是调整功率以反转信道衰减。

给定LED信道的高频部分的大衰减，应用预加重可能意味着应该避免高度衰减的高频，或者只可以使用小的星座图尺寸。相反，如果大部分信道严重衰减，则自适应比特加载更有效。

图6提供了这种通信信道的示例性图示，其特征在于信道响应随着频率的增加而下降。注意，图中所示的频率信道响应的平滑包络是为了便于演示，它不排除信道分布上有一个或多个小波纹的信道条件。这也意味着对于整个频带观察到单调的信道特性，并且对于某些子载波可能仍然存在小的偏差。这也是实际通信系统中的典型情况。

代替为每个子载波计算合适的调制方案，有利的是通过首先将多个子载波分成一个或多个非重叠频率段来加速算法，其中每个段包括多于一个的子载波。并且然后将合适的调制方案分配给每个频率段，并由包含在相同频率段中的所有子载波共享。一个或多个频率段的这种分配的一个示例在图7中示出。频率段的范围由虚线框表示。如图所示，包含在单个频率段中的子载波数量可以彼此不同。这种频率段的分配可能依赖于几个因素。一方面，它取决于信道响应特性，例如信道响应的斜率或相邻子载波之间的信道响应偏差。信道响应越平坦，或者相邻子载波之间的信道响应偏差越小，一个频率段中可以包括越多的子载波。另一方面，还取决于由系统支持的调制方案的特性，例如不同调制阶数所需的最小信噪比，或者系统通信标准中的MCS表中定义的相邻调制(和编码)方案所需的最小信噪比的步长。此外，它还可能取决于吞吐量最大化和开销最小化之间的性能权衡策略。频率段的分配越精细(一个分段中的子载波越少)，允许单个频率段中包括的不同子载波之间的信道响应偏差越小，提高数据吞吐量的可能性就越高，然而这也导致系统开销增加。

作为一个示例，一个或多个非重叠频率段以这样的方式分配，使得每个频率段被分配给由系统支持的不同调制阶数或MCS。因此，包括在每个段中的多于一个子载波之间的信道响应的偏差不大于两个相邻调制阶数或M℃S的最小SNR要求之间的步长。对于特定的系统设计，特定调制阶数和最小所需SNR之间的相关性是确定的。

例如，对于1/2的相同编码率，解调二进制相移键控(BPSK)调制信号可能需要3dBSNR，而正交相移键控(QPSK)调制信号可能需要5.5dB，并且16正交幅度调制(QAM)调制信号可能需要12dB。因此，相邻调制阶数之间的最小所需SNR的步长也不同。并且在这个示例中，BPSK和QPSK之间的步长仅为2.5dB，而QPSK和16QAM之间的步长为6.5dB。当信道响应以dB为单位相对线性变化时，每个频率段中包含的子载波数量将主要由相邻调制和编码方案的最小SNR要求之间的差异来确定。注意，此处提到的数字仅用于解释目的，其可能取决于其他系统参数和硬件实施方式而有所不同。

图8提供了在IEEE 802.11(2016)中为OFDM PHY定义的MCS表的另一个示例。可以看出，该表是用递增的调制阶数来组织的，并且对于相同的调制阶数，用递增的编码率来组织。因此，随着表中索引的增加，接收机侧用于正确解调和解码的最小SNR要求也单调增加。与上例相同，取决于调制阶数和编码率的组合，表中定义的两个相邻MCS所需的最小SNR的步长也可能相差几个dB。因此，即使信道响应的斜率非常线性，由于调制特性，每个频率段中包含的子载波数量也可能仍然不同。

由于在分配一个或多个频率段时考虑了调制特性和估计信道响应两者，因此频率段和各个调制方案之间的映射变得简单明了。因此，作为一种选项，有利的是仅通知远程设备一个或多个非重叠频率段的分配，并让远程设备本地导出每个频率段的相应调制方案，因为关于系统支持的潜在调制阶数或MCS表的信息也应该在远程设备处可用。

在一些特殊情况下，可以通过跳过一个或多个潜在的调制阶数或MCS来分配更大的频率段。当信道响应的一部分经历剧烈变化/衰减时，这可能发生。另一种可能的情况是，当相邻的较高频率段仅包括少量子载波时，通过使用相同的较低调制阶数来与较低频率段合并是更有效的。在这种特殊情况下，发射机的调制控制单元可以向远程设备提供附加信息，例如频率段的调制阶数或MCS的索引。

为了进一步减少关于存储和信令的开销，频率段的分配可以以紧凑的格式组成。如果发射机必须在每个分组或数据帧的基础上向远程设备提供这样的信息，则这可能特别有益。图9提供了简化的数据帧格式的图示，该数据帧格式包括两个部分，报头部分和有效载荷部分。分组报头与用于分组接收的控制信息相关，而有效载荷部分包含实际的用户数据。分组报头还可以包括几个子字段，例如前导码、地址信息、排序信息、有效载荷部分中使用的调制和/或编码方案、和有效载荷长度等。并且因此，优选地，在每个数据分组或数据帧的报头部分中嵌入关于频率段分配的紧凑格式。因此，所提出的自适应调制方案可以以更动态的方式更新，例如在从远程设备接收到更早的分组时。比特加载控制装置可以导出更新的信道响应，并且然后可以应用新的频率段分配。因此，远程设备可以利用紧凑格式及时获得更新，该紧凑格式传达嵌入在每个数据分组、确认(ACK)分组、或专用控制分组中的新分配。结果是，该系统在处理通信信道上的任何变化时更加健壮和灵活。

图10示意性地描绘了本发明的比特加载控制装置1010的基本组件。比特加载控制装置1010至少包括控制器1011、发射机1012和接收机1013。发射机1012被配置成发送对测试信号的请求，并且接收机1013被配置成接收测试信号。控制器1011被配置成获得估计信道响应，并基于估计信道响应导出比特加载方案，如比特加载控制方法700中所公开的。比特加载控制装置1010还可以包括存储器1014，用于至少存储一个或多个非重叠频率段的分配，以用于信号处理或与远程设备的通信。取决于频率段和由系统支持的潜在调制阶数或MCS之间的映射，可以存储附加信息来阐明每个频率段的调制阶数或MCS的分配。

比特加载控制装置1010还可以被配置为在实施自适应比特加载方法之后，在多载波无线通信系统中执行无线通信。当比特加载控制装置1010被配置为以发射机发起的方式操作时，比特加载控制装置1010的发射机1012还被配置为根据比特加载方案，利用相同的单独调制方案来调制在属于相同频率段的一个或多个相邻子载波上发送的数据；并通过通信信道向远程接收设备传输调制的数据。

当比特加载控制装置1010被配置为以接收机发起的方式操作时，比特加载控制装置1010的发射机1012还被配置为向远程设备发送所确定的比特加载方案，并且其中远程设备是数据会话的预期发射机，并且比特加载控制装置1010是数据会话的预期接收机侧。比特加载控制装置1010的接收机1013还被配置为通过通信信道从远程传输设备接收数据；并且根据比特加载方案，利用相同的单独调制方案解调在属于相同频率段的多于一个的相邻子载波上接收的数据。

因此，多载波无线通信系统可以包括第一收发机1100和远程接收设备，第一收发机1100利用发射机发起的方法作为比特加载控制装置1010进行操作。第一收发机1100还被配置为根据比特加载方案，利用相同的单独调制方案来调制在属于相同频率段的一个或多个相邻子载波上发送的数据；并通过通信信道向远程接收设备传输调制的数据。远程接收设备被配置成从第一收发机1100接收比特加载方案，并根据接收的比特加载方案解调从第一收发机1100接收的数据。

这里的调制表示比特到符号的映射。当调制方案由星座图表示时，这种比特到符号的映射也被称为星座图映射。不同的调制方案可以通过不同的星座图大小来区分。在分配了组合调制和编码方案的情况下，原始数据比特首先经过信道编码，并且然后编码比特被调制成数据符号。在基于OFDM的系统中，需要OFDM调制的另外的步骤来对数据符号进行进一步处理，并且通过执行快速傅立叶逆变换(IFFT)来将多个子载波上的并行频域数据符号转换成串行时域数据以在信道上发送，来执行该另外的步骤。

因此，对于基于OFDM的系统，在数据符号到比特的解调或解映射之前，需要处理从信道接收的数据以进行OFDM解调的早期步骤。快速傅立叶变换(FFT)用于将串行时域接收数据转换成多个子载波上的并行频域数据符号。并且然后，解调控制单元可以利用所确定的相同的单独调制方案来解调属于相同频率段的一个或多个相邻子载波上的数据符号。

作为第二设置，多载波无线通信系统可以包括第二收发机1200和第二远程发射设备，第二收发机1200利用接收机发起的方法作为比特加载控制装置1010进行操作。第二收发机1200还被配置为向远程发射设备发送第二比特加载方案，并且第二远程发射设备还被配置为从第二收发机1200接收第二比特加载方案；根据所接收的比特加载方案，用相同的单独调制方案调制在属于相同频率段的一个或多个相邻子载波上发送的数据；并通过多载波无线通信系统中的通信信道将调制的数据传输到第二收发机1200。

比特加载控制装置1010可以可选地包括用户接口，该用户接口可以为用户提供设备的状态查询或操作的额外便利。

图11示意性地描绘了根据一个实施例的比特加载控制装置1010的基本组件。比特加载控制装置1010还包括连接到发射机1012和接收机1013的前端1050。前端1050被配置为在无线通信信道上传输和接收数据，该无线通信信道可以利用几种电磁频谱(例如射频频谱、微波频谱或光谱)中的一种。此外，它可以使用光谱(例如红外、可见或紫外光谱)的子集。在优选设置中，前端1050是光学前端111、121，前端1050可以使用前面部分和图5中公开的子块来构造。因此，光学前端1050、111、121将由比特加载控制装置生成的电信号转换成用于在光学信道上传输的光学信号，例如使用LED。同样，光学前端1050、111、121接收光学信号，并将其转换成电信号，例如使用光电二极管或其他光电探测器。

在优选的系统设置中，比特加载控制装置1010可以被合并为Li-Fi接入点120或Li-Fi端点110的一部分。所公开的方法便于将更有效的自适应比特加载应用于Li-Fi接入点120和Li-Fi端点110之间的光学链路。

图12中示出了调制控制方法700的流程图。在步骤S701中，比特加载控制装置发送测试信号请求；并且在步骤S702中接收测试信号。在步骤S703中，基于接收的测试信号，获得多个子载波上的通信信道的估计信道响应。并且然后在步骤S704中，根据估计信道响应确定比特加载方案，用于将多个子载波分配到一个或多个非重叠频率段中，每个非重叠频率段包括多于一个的相邻子载波，并且向每个频率段分配由多于一个的相邻子载波共享的单独调制方案，并且其中以随着频率增加而单调减少的调制顺序来分配单独的共享调制方案。

方法700可以进一步包括检测通信信道的信道响应的变化的步骤S705，以及在检测时更新比特加载方案的步骤S706，其中通过保持一个或多个非重叠频率段的相同分配并且根据信道响应的变化在频率上向上或向下移动分配给一个或多个非重叠频率段中的每一个的单独的共享调制方案来进行更新。

给定在本发明中提出的无线通信信道的特性，信道响应的分布可以大致保持不变，而响应可以在频率上移动。由于信道具有随频率增加而下降的信道响应，因此信道的进一步恶化可能指示原始信道响应曲线向较低频率偏移，并且信道的进一步改善可能指示原始信道响应向较高频率偏移。因此，在检测到信道上的变化时，可能没有必要触发全新的过程来确定另一个比特加载方案。代替地，保持相同的频率段并根据频率响应的偏移将比特加载分布的偏移应用于每个频率段可能是非常有效的解决方案，尤其是当信道响应的变化不显著时。

可选地，方法700可以进一步包括发送用于通过通信信道与远程设备通信的比特加载方案的步骤S707。取决于所公开的方法是在发射机发起的方法中操作还是在接收机发起的方法中操作，远程设备可以是预期数据链路的接收设备或发射设备。

在另一个示例中，方法700可以进一步包括本地存储比特加载方案以供以后使用的步骤S708。

所公开的发明可以并入Li-Fi相关标准中。这里以ITU-T G.9960和ITU-T G.9961为背景作为示例，描述了ITU关于系统架构和物理层的家庭网络的建议。为了确定每个子信道可以加载多少比特，应用了所谓的比特分配表(BAT)。根据ITU-T G.9960的帧包括前导码、报头、附加信道估计符号、和有效载荷。帧的报头表示帧的类型。对于数据帧、管理帧和确认(ACK)帧，所应用的BAT在报头的可变部分用5比特标识符BAT_ID表示。为了确定BAT，接收机根据由发射机发送的测试信号来测量信号质量。测试信号可以是两种类型中的一种：在有效载荷部分携带探测符号的探测帧，以及添加在位于报头和有效载荷部分之间的数据或管理帧中的ACE符号。然后，接收机确定发射机可以应用哪些BAT。

BAT可以应用于MAC周期的一部分/区域。为了估计MAC周期的区域中的信道，接收机可以指令发射机在MAC周期的该区域中发送探测帧。不同的BAT可以应用于MAC周期的不同区域。每组子载波可以分为2、4、8或16个子载波。这种分组是非常基本的，意味着该分组在频带计划的所有子载波上是统一的。

接收机通过发送CE_Initiation.req消息来发起信道估计协议，发射机用CE_Initiation.cnf消息来回复该CE_Initiation.req消息。发射机还可以通过发送CE_Initiation.ind消息来触发接收机发起信道估计。

当发送CE_Initiation.req消息时，接收机为发射机提供以下参数：

·新的BAT-ID

·分组的最小值

·信道估计窗口(估计MAC周期的哪一部分)

·探测帧的参数

接收机可以请求探测帧(并且可以改变其参数)。根据请求，发射机发送探测帧。为了发送探测帧，发射机需要MAC周期中的资源，这需要从域主机获得。接收机通过发送带有更新消息的信道估计结果来终止该过程，该更新消息提供了关于BAT的信息。接收机发送CE_ParamUpdate.req，发射机用CE_ParamUpdate.cnf消息来回复该CE_ParamUpdate.req。发射机可以用CE_ParamUpdate.ind消息请求重传信道估计结果。

该协议通过省略发起过程(省略CE_ParamUpdate.req、CE_ParamUpdate.cnf)并直接跳转到该过程的子部分而允许更快的信道适配。

主动请求——通过发送包含以下参数的更新消息CE_ParamUpdate.req来确定新的BAT：

·新的BAT ID

·频带计划

·分组

·BAT有效掩码-哪些BAT当前对节点有效

·MAC周期中的BAT有效时间-这允许使BAT专用于MAC周期部分

·具有非零比特(TIDX_MIN…TIDX_MAX)的子载波范围(子载波组的范围)

·每个子载波或每组4比特的比特分配表(针对所有子载波)；

部分更新请求——通过更新现有BAT CE_PartialBatUpdate.req确定新的BAT，其带有以下参数，如

·旧的+新的BAT ID(新的BAT ID是在改变BAT之后)

·要更新的BAT条目的数量

·比特分配表-具有子载波索引的条目+每个子载波或每组4比特(对于一部分子载波)；

探测请求——直接请求探测帧CE_ProbeRequest.ind，ACK_CE_CTRL；

ACE请求——请求插入ACE符号CE_ACESymbols.ind

·发射机必须添加到所有帧的ACE符号数(在报头和有效载荷之间)。

CE_ParamUpdate.req消息中包含比特分配表的字段可以被压缩。为此目的，表被分成组(压缩的和非压缩的)。对于压缩的组，为组中的子载波指示实例的数量和比特分配。

初始比特分配可以由接收机确定，并经由CE_ParamUpdate.req消息传送给发射机。如果没有应用分组(G＝1)，则BAT索引代表一个子信道。如果应用分组(G＞1)，则BAT索引代表一组子信道。注意，对于一些更高的子信道，BAT值可以是零，这意味着相应的子信道(子组)被卸载。

一旦BAT已经被固定，就可以通过改变BAT中的BAT值来调整它。如果信号质量提高，则BAT值在BAT中上移(朝向更高频率)。

图13提供了初始BAT的示例。图14展示了相对于图13的初始比特分配将BAT中的值上移二的结果。注意，前两个BAT条目具有新值，并且与图13中的初始分配相比，具有非零值的BAT范围已经增加了两个条目，处于较高的频率边界。如果信道条件更恶化，则BAT值在BAT中下移。图15示出了相对于图13的初始比特分配将BAT中的值下移二的结果。注意，最后两个BAT条目现在为零，并且与图13中的初始分配相比，具有非零值的范围已经减少了两个条目，处于较高的频率边界。

ITU建议的协议可以通过定义两个新消息来扩展：

·CE_ParamShift.req(参见表1和表2，其中发射机或接收机确定新的TIDX_MIN和TIDX_MAX)

·CE_ParamShift.cnf(参见表3)

表1：CE_ParamShift.req消息的格式(变体1：发射机确定新的TIDX_MIN和TIDX_MAX)

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表2：CE_ParamShift.req消息的格式(变体2：接收机确定新的TIDX_MIN和TIDX_MAX)

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表3：CE ParamShift.cnf消息的格式

ITU建议的另一个扩展是允许发射机取决于比特加载方案动态地打开/关闭其子载波的功率。默认情况下，频带计划内所有未屏蔽的子载波都是开启的。这种扩展允许发射机关闭对应BAT条目被设置为零的子载波。

可以选择以下选项来开启/关闭BAT条目被设置为零的子载波。

·与非零BAT条目相邻的子信道可以保持开启

·与非零BAT条目不相邻的子信道可以被关闭

·与非零BAT条目相邻的子信道可能被关闭，但在以下情况下暂时开启

-传输探测符号

-传输ACE符号。

根据本发明的方法可以作为计算机实施的方法在计算机上实施，或者在专用硬件中实施，或者在两者的组合中实施。

根据本发明的方法的可执行代码可以存储在计算机/机器可读存储装置上。计算机/机器可读存储装置的示例包括非易失性存储器设备、光学存储介质/设备、固态介质、集成电路、服务器等。优选地，计算机程序产品包括存储在计算机可读介质上的非暂时性程序代码装置，用于当所述程序产品在计算机上执行时执行根据本发明的方法。

还可以提供方法、系统和计算机可读介质(暂时性和非暂时性)来实施上述实施例的选定方面。

术语“控制器”在这里一般用于描述与(除其他功能之外)一个或多个网络设备或协调器的操作相关的各种装置。控制器可以以多种方式(例如，诸如用专用硬件)实施，以执行本文讨论的各种功能。“处理器”是采用一个或多个微处理器的控制器的一个示例，该一个或多个微处理器可以使用软件(例如，微代码)来编程，以执行本文讨论的各种功能。控制器可以在采用或不采用处理器的情况下实施，并且也可以实施为执行一些功能的专用硬件和执行其他功能的处理器(例如，一个或多个编程的微处理器和相关联电路)的组合。可以在本公开的各种实施例中采用的控制器组件的示例包括但不限于传统的微处理器、专用集成电路(ASIC)、和现场可编程门阵列(FPGA)。

在各种实施方式中，处理器或控制器可以与一个或多个存储介质(本文一般称为“存储器”，例如易失性和非易失性计算机存储器，诸如RAM、PROM、EPROM和EEPROM、致密盘、光盘等)相关联。在一些实施方式中，存储介质可以用一个或多个程序编码，该一个或多个程序当在一个或多个处理器和/或控制器上执行时执行本文讨论的功能中的至少一些。各种存储介质可以固定在处理器或控制器内，或者可以是可运输的，使得存储在其上的一个或多个程序可以被加载到处理器或控制器中，以便实施本文讨论的本发明的各个方面。术语“程序”或“计算机程序”在本文中以一般意义使用，以指代可以用来对一个或多个处理器或控制器进行编程的任何类型的计算机代码(例如，软件或微代码)。

如本文使用的术语“网络”指代两个或更多个设备(包括控制器或处理器)的任何互连，所述互连促进任何两个或更多个设备之间和/或耦合到网络的多个设备间的信息运输(例如，用于设备控制、数据存储、数据交换等)。

Claims (15)

1.一种用于在通信信道上传送数据的多载波无线通信系统中的比特加载控制方法(700)，所述通信信道具有随频率增加而下降的信道响应，所述比特加载控制方法(700)包括：

-由装置发送(S701)对测试信号的请求；

-由所述装置从远程设备接收(S702)所述测试信号；

-基于接收的测试信号，获得(S703)多个子载波上的所述通信信道的估计信道响应；

-根据估计信道响应确定(S704)比特加载方案，用于将所述多个子载波分配到一个或多个非重叠频率段中，每个非重叠频率段包括多于一个的相邻子载波，并且向每个频率段分配由所述多于一个的相邻子载波共享的单独调制方案，并且其中单独的共享调制方案以随着频率增加而单调减少的调制阶数来分配。

2.根据权利要求1所述的方法(700)，所述方法还包括：

-在检测到(S705)所述通信信道的信道响应的变化时，更新(S706)所述比特加载方案，其中通过保持每个频率段被分配有包括相同数量的子载波的单独调制方案，并且根据所述信道响应的变化在频率上向上或向下移动频率段的分配，来进行更新。

3.根据权利要求1或2所述的方法(700)，所述方法还包括：

-向所述远程设备发送(S707)所述比特加载方案，以供所述远程设备在通过所述通信信道与所述装置通信时使用。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法(700)，所述方法还包括：

-本地存储(S708)所述比特加载方案。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法(700)，其中，所述测试信号包含在专用探测分组中，或者包含在数据或管理分组中的专用字段中。

6.根据权利要求5所述的方法(700)，其中对所述测试信号的请求还包括与所述专用探测分组或所述数据或管理分组中的专用字段相关的参数。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法(700)，所述比特加载方案以使用包括以下表示中的至少一个的信息的格式构成：

-每个频率段内最低子载波的索引，任何频率段中最高子载波的索引；

-每个频率段内最高子载波的索引，任何频率段中最低子载波的索引；

-任何频率段中最低子载波的索引，以及根据频率从低到高顺序列出的每个频率段中包括的子载波的数量；

-任何频率段中最高子载波的索引，以及根据频率从高到低顺序列出的每个频率段中包括的子载波的数量；

-根据频率从低到高顺序列出的每个频率段中包括的子载波的数量。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在每个频率段上以均匀的功率负载实施单独调制方案。

9.一种比特加载控制装置(1010)，用于在多载波无线通信系统中帮助在通信信道上传送数据，所述通信信道具有随频率增加而下降的信道响应，所述比特加载控制装置(1010)包括：

发射机(1012)，其被配置成发送对测试信号的请求；

接收机(1013)，其被配置为从远程设备接收所述测试信号；

控制器(1011)，其被配置为：

·基于所接收的测试信号，获得多个子载波上的所述通信信道的估计信道响应，以及

·根据所述估计信道响应确定比特加载方案，用于将所述多个子载波分配到一个或多个非重叠频率段中，每个非重叠频率段包括多于一个的相邻子载波，并且向每个频率段分配由所述多于一个的相邻子载波共享的单独调制方案，并且其中单独的共享调制方案以随着频率增加而单调减少的调制阶数来分配。

10.根据权利要求9所述的比特加载控制装置(1010)，所述比特加载控制装置(1010)还被配置为执行与所述多载波无线通信系统中的远程设备的无线通信，其中所述发射机(1012)还被配置为：

-根据所述比特加载方案，用相同的单独调制方案调制在属于相同频率段的一个或多个相邻子载波上发送的数据；和

-通过所述通信信道将调制的数据传输到所述远程设备。

11.根据权利要求9所述的比特加载控制装置(1010)，所述比特加载控制装置(1010)还被配置为执行与所述多载波无线通信系统中的远程设备的无线通信，其中所述接收机(1013)还被配置为：

-通过所述通信信道从所述远程设备接收数据；和

-根据所述比特加载方案，用相同的单独调制方案解调在属于相同频率段的多于一个的相邻子载波上接收的数据。

12.根据前述权利要求9至11中任一项所述的比特加载控制装置(1010)，其中，所述发射机(1012)还被配置为：

-向所述远程设备发送所述比特加载方案，以供与所述比特加载控制装置通信的所述远程设备使用。

13.根据前述权利要求9至12中任一项所述的比特加载控制装置(1010)，其中，所述通信信道是光学通信信道，并且所述比特加载控制装置(1010)还包括光学前端(1050)，所述光学前端(1050)被配置为连接到所述发射机(1012)和所述接收机(1013)，以在所述光学通信信道上传输和接收数据。

14.一种多载波无线通信系统，其通信信道具有随频率增加而下降的信道响应，所述多载波无线通信系统包括：

根据权利要求10的第一收发机(1100)和远程设备，其中所述远程设备被配置为从所述第一收发机(1100)接收比特加载方案，并根据接收的比特加载方案解调从所述第一收发机(1100)接收的数据；或者

根据权利要求11的第二收发机(1200)和第二远程设备，其中所述第二收发机(1200)还被配置成向所述第二远程设备发送第二比特加载方案，并且所述第二远程设备还被配置成：

·从所述第二收发机(1200)接收所述第二比特加载方案，

·根据接收的比特加载方案，利用相同的单独调制方案，调制在属于相同频率段的一个或多个相邻子载波上发送的数据，以及

·通过所述多载波无线通信系统中的通信信道向所述第二收发机(1200)传输调制的数据。

15.一种包括代码装置的计算程序，当该程序由包括处理装置的比特加载控制装置(1010)执行时，所述代码装置使得所述处理装置执行根据权利要求1-8中任一项所述的方法。

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