CN1466297A - 一种自适应调制与编码方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无线或者有线通信中的调制编码技术,解决了多载波系统以及快变的单载波系统中信道波动造成的误发送和效率低下的问题。一种自适应调制与编码方法,其特征在于包括以下步骤:a.发送端在发送前预测前向信道要发送的传输单元内的信噪比和信道波动参数;b.使用该预测到的信噪比及信道波动两个参数来共同确定调制方式与编码率;c.发送端根据确定的调制方式与编码率进行调制与编码。通过本技术方案,使得在多载波系统或者快变单载波系统中的编码与调制更趋于合理化,从而有效的提高了系统的频谱效率。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域,尤其涉及无线或有线通讯中的调制编码技术。
技术背景
目前,第三代移动通信中的高速数据业务,如WCDMA中高速下行包数据接入(HSDPA,high speed downlink packet access)及cdma2000中增强数据与音频业务(1xEV_DV),都采用了自适应调制编码技术(AMC,adaptivemodulation/coding),它利用信道信息自适应地决定当前发送数据包的调制与编码方式。自适应调制编码通过改变调制和编码方案来动态地调整发送信号,以适应发送端与接收端之间的信道变化。系统不断检查当前信道状况,为每个用户设定最佳的调制编码方案。在衰落信道中,采用AMC可以显著增加系统的吞吐量。
以下是现有AMC技术的具体描述:
假设A、B两点进行通信,考虑A到B使用AMC的情形,称A→B为前向信道,B→A为后向信道,典型的实例如A是基站端,B是用户端(UE),但AMC的应用情景不限于此。
(1)A端在某次发送之前,首先预测前向信道当前的信噪比(一个发送单元
内的平均信噪比),其预测依据可以是:
a、在频分双工FDD系统中,B端估计信噪比并将结果通过某种方式反馈给
A端作为预测依据;
b、在时分双工TDD系统中,A端认为前后向有相同的信道特性,因而A端
估计后向信道的信噪比,以此作为预测前向信道的依据。
其预测方法包括但不限于:
a、对FDD,最简单的方法是认为将要发送的信道的信息近似等于前次
发送时的信道信息,此信息已经被B端估计出且已返回到A端;
b、对TDD,最简单的方法是认为将要发送的前向信道的信息近似等于
刚刚接收的后向信道的信息,此信息已经被A端估计出。
(2)A端用预测的信噪比去查事先制定的AMC表,得知合适的编码及调制方式。
(3)AMC表列出了给定信道信噪比时,在保证错误率不高于某个特定值的前提下,选择频谱效率最好的调制、编码方式。AMC表一般是通过事先的仿真建立的。
表1是AMC表的示例,本表是按5%的目标误帧率设计的。表中假设信噪比SNR只取整数值。由于预测得到的SNR不可能相当精确,故此将SNR表示成整数就足够了。例如预测的信噪比是10dB,那么查表1可知适合的调制方式为16QAM,编码率为1/3。
SNR范围(dB) | ≤2 | 3~5 | 6~7 | 8~11 | 12~15 | 16~20 | 21~22 | ≥23 |
调制方式 | QPSK | QPSK | 16QAM | 16QAM | 16QAM | 64QAM | 64QAM | 64QAM |
编码率 | 1/4 | 1/3 | 1/4 | 1/3 | 1/2 | 1/2 | 2/3 | 3/4 |
频谱效率(bps/Hz) | 1/2 | 2/3 | 1 | 4/3 | 2 | 3 | 4 | 4.5 |
表1AMC表示例
上述的AMC只考虑了当前的信噪比,没有考虑信道波动情况。对于多载波系统如正交频分多路系统(OFDM,Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing)以及快变的单载波系统,信道波动是一个不可忽视的问题。某一次发送的错误率不仅取决于此次发送时的信噪比,还同此次发送时的信道波动情况有关,此处所说的信道波动是指发生在一个发送单元内的信道波动,对于OFDM系统,它就是频率选择性衰落;对于时间快变的单载波系统,它是时间选择性衰落。
图1是信道波动的示例,横坐标代表一个调制编码块(数据发送单元)中的各符号。图1中一个调制编码块共有192个符号,序号从1至192;纵坐代表各符号的信噪比。根据该曲线图,可以计算出该调制编码块的各符号的信噪比均值SNR和标准差σ,对于OFDM系统,横坐标代表频率(子载波);对于单载波系统,横坐标代表时间,对于OFDM系统,信道被划分为多个子信道(载波),符号序号(横坐标)就代表了某个时刻各的子信道(载波),符号信噪比方差σ代表某时刻各子信道之间的波动大小;而对于单载波系统,符号序号则代表了信道(载波)的不同时刻,因此σ代表了该信道的不同时刻的波动大小,可以从图中查得,不管在哪种系统中,σ都体现了信道的波动,只是信道的具体形式不同。
图2是几种调制编码(turbo码)组合在有信道波动的情形下,达到接收误帧率FER=5%所需的信噪比。图中波动是以各符号功率的标准差衡量的。从图中可见波动的影响是不可忽视的。以64QAM为例,无波动和波动为6dB所对应的所需SNR相差达6dB之巨。
在这种情况下,如果AMC表按无波动来设计,那么当信道有波动时等于系统在使用一个错误设计的AMC表,系统运行时将由于首次发送的错误率过高而导致效率下降。如果按波动最大来设计,则在波动较小时,系统设计过于保守。造成的后果是,本来可以使用高频谱效率的调制编码方式,但因AMC表设计过于保守,使得系统被迫运行在较低频谱效率的调制编码方式上。
发明内容
本发明就是针对这种情况提出的,目的在于通过引入信道波动参数,而改进、完善调制编码方法与相关参数的对应关系表的设计,从而在确定调制编码方式时,可以得到更精确合理的结果。
本发明的技术方案是这样的:一种自适应调制与编码方法,其特征在于包括以下步骤:
a、发送端在发送前预测前向信道要发送的传输单元内的信噪比和信道波
动参数;
b、使用该预测到的信噪比及信道波动两个参数来共同确定调制方式与编
码率;
c、发送端根据确定的调制方式与编码率进行调制与编码。所述的方法进一步还包括以下步骤:a1、制定一个二维调制编码方法与信噪比及信道波动参数相对应的关系式,该
关系式中至少包括预先制定好的信噪比及信道波动参数与相对应调制编码
方法数据;b1、发送端用预测到的信噪比和信道波动参数去查找该对应关系式,获得调制
方式与编码率。
所述二维调制编码方法与信噪比及信道波动参数的对应关系式的描述形式可以是一个二维自适应调制与编码AMC(adaptive modulation/coding)表。
所述二维调制编码方法与信噪比及信道波动参数的对应关系式的描述形式可以是一个函数图或曲线图。
所述预先制定好的信噪比及信道波动参数与相对应的编码方法数据,可以通过仿真获得。
所述的信噪比和信道波动参数是发生在一个发送单元内的信噪比和信道波动参数。
所述的信噪比和信道波动为平均信噪比和平均信道波动参数。
所述的信道波动参数可以是符号信噪比的标准差、峰谷比或者等效线性斜率。
所述的步骤b中所述的发送端预测前向信道要发送的传输单元内的平均信噪比和信道波动参数,是通过接收端估计前次前向信道的信噪比和信道波动参数并反馈给发送端的方式完成的。
所述的步骤b中所述的发送端预测前向信道要发送的传输单元内的平均信噪比和信道波动参数,是通过发送端估计前次后向信道的信噪比和信道波动参数的方式完成的。
传统的调制编码方法与信噪比及信道波动参数的对应关系表仅根据信噪比一个参数来选择编码、调制方式。本发明是在一维AMC的基础上,把信道波动这一因素也加进去,这样,得到的编码率及调制方式更为合理,误差也大为减小。
通过使用本发明的一种自适应调制与编码方法,使得在多载波系统或者快变单载波系统中的编码与调制更趋于合理化,大大提高了系统的频谱效率同时减少了错误率。
附图说明
图1是信道波动的示例图;
图2是信道波动对自适应调制、编码所需信噪比的影响曲线图;
图3是本发明使用二维AMC的系统构成图;
图4是一个使用一维AMC和二维AMC的频谱比较图;
图5是本发明使用后,频谱改善对比量图;
图6是本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图来说明本发明的具体实施方式。
本发明是在传统的配置调制方式及编码率只使用一个信噪比参数的基础上,增加一个信道波动参数,通过发送端在发送前预测前项信道要发送的传输单元内的信噪比及信道波动参数,进而再使用该预测到的信噪比及信道波动两个参数来共同确定调制方式与编码率,发送端则根据确定的调制方式与编码率进行调制与编码。
首先,制定一个调制编码方法与信噪比及信道波动的对应关系式,该关系式除了传统的信噪比参数以外,还加入信道波动参数。该关系式的形式可以有多种,可以是一个AMC表,也可以是一个函数或曲线图,这可随设计者的不同喜好而选择,在本实施例中,选取一个二维的AMC表,这与传统的习惯相符,其中纵向方向数据为信噪比,横向方向数据为信道波动。该预先制定好的相对应的信噪比和信道波动参数及调制编码方法数据,可以通过仿真来获得。
在本发明中,该信道波动是发生在一个发送单元内的信道波动,具体可以是符号信噪比的标准差、峰谷比或者是等效线性斜率等,在本实施例中选用符号信噪比的标准差(以σ表示)。
为了方便,我们把不同的调制编码组合用一个数字MCS表示,MCS的定义见表2。
MCS | 调制M | 编码率cr | 频谱效率(bps/Hz) |
1 | QPSK | 1/4 | 0.5 |
2 | QPSK | 1/3 | 0.67 |
3 | QPSK | 1/2 | 1 |
4 | 16QAM | 1/4 | 1 |
5 | QPSK | 2/3 | 1.33 |
6 | 16QAM | 1/3 | 1.33 |
7 | 16QAM | 1/2 | 2 |
8 | 16QAM | 3/4 | 3 |
9 | 64QAM | 1/2 | 3 |
10 | 64QAM | 2/3 | 4 |
11 | 64QAM | 3/4 | 4.5 |
表2 AMC档次定义表3是本发明实际设计的一个二维AMC表。
MCS | σ(dB) | ||||||
0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
SNR(dB) | -2 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
-1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | |
0 | 2 | 2 | 2 | 1 | 1 | 1 | 1 | |
1 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 1 | 1 | |
2 | 3 | 3 | 2 | 2 | 2 | 2 | 1 | |
3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 2 | 2 | 2 | |
4 | 5 | 5 | 3 | 3 | 3 | 2 | 2 | |
5 | 5 | 5 | 6 | 6 | 4 | 4 | 2 | |
6 | 5 | 5 | 6 | 6 | 6 | 4 | 4 | |
7 | 7 | 7 | 6 | 6 | 6 | 6 | 4 | |
8 | 7 | 7 | 7 | 7 | 6 | 6 | 6 | |
9 | 7 | 7 | 7 | 7 | 7 | 6 | 6 | |
10 | 7 | 7 | 7 | 7 | 7 | 7 | 6 | |
11 | 8 | 8 | 7 | 7 | 7 | 7 | 6 | |
12 | 8 | 8 | 8 | 7 | 7 | 7 | 7 | |
13 | 8 | 8 | 8 | 9 | 9 | 7 | 7 | |
14 | 8 | 8 | 8 | 9 | 9 | 7 | 7 | |
15 | 10 | 10 | 9 | 9 | 9 | 9 | 7 | |
16 | 11 | 11 | 10 | 10 | 9 | 9 | 9 | |
17 | 11 | 11 | 11 | 10 | 10 | 9 | 9 | |
18 | 11 | 11 | 11 | 11 | 10 | 9 | 9 | |
19 | 11 | 11 | 11 | 11 | 11 | 10 | 9 | |
20 | 11 | 11 | 11 | 11 | 11 | 10 | 9 | |
21 | 11 | 11 | 11 | 11 | 11 | 11 | 10 | |
22 | 11 | 11 | 11 | 11 | 11 | 11 | 10 | |
23 | 11 | 11 | 11 | 11 | 11 | 11 | 11 | |
24 | 11 | 11 | 11 | 11 | 11 | 11 | 11 |
表3二维AMC表示例
如图3所示,本发明的二维AMC表和传统一维AMC表的差别在于把原来的一维AMC表换成二维AMC表,增加了一个信道波动参数。在二维AMC表中,如果不使用信道波动参数,则自动变成一个一维AMC表,因此,该信道波动参数也可以不使用,这样,本发明的二维对应关系表,实际上就是传统意义上的一维AMC表。
如图3所示,系统预测前向信道要发送的一个传输单元内的平均信噪比和信道波动,如果是在频分双工FDD系统中,可以由接收端估计信噪比和信道波动参数,并以一定的方式反馈给发送端作为测试依据;如果是在时分双工的TDD系统中,可以是通过发送端估计前次后向信道的信噪比和信道波动参数的方式完成的,在本实施例中,可以选择一个FDD系统。
其次,使用该预测到的信噪比及信道波动两个参数来共同确定调制方式与编码率,发送端用预测到的信噪比和信道波动参数去查找该对应关系式,获得调制方式与编码率。
在本实施例中,可以做一个具体的查询,如平均信噪比为10dB,信道波动为5dB,,那么在AMC表中查找可得,应使用的调制方法为MCS7,即使用16QAM,编码率为1/2,频谱效率为2bps/Hz的调制编码方法。
最后,发送端根据确定的调制方式与编码率进行调制与编码,即可完成本发明一种自适应调制与编码方法。
通过本发明一种自适应调制与编码方法的使用,使得在多载波系统或者快变单载波系统中的编码与调制更趋于合理化,大大提高了系统的频谱效率同时减少了错误率。
如图4所示,是根据前述的AMC设计,在3GPP CASE1信道,OFDM系统中通过仿真得到的一维AMC和二维AMC的频谱效率比较(也即吞吐量)。系统带宽为5MHz,分为192个子载波,一个调制编码块占两个OFDM符号。系统采用I类混合ARQ,最大重发次数为16。
图5是二维AMC相对于一维AMC的频谱效率改善量,最大可改善50%。信噪比特别高及特别低时,因为AMC选择处在最高和最低的档次,故二者性能相当。
图6即是本发明一具体实施方式的流程图。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (10)
1、一种自适应调制与编码方法,其特征在于包括以下步骤:
a、发送端在发送前预测前向信道要发送的传输单元内的信噪比和信道波动
参数;
b、使用该预测到的信噪比及信道波动两个参数来共同确定调制方式与编码
率;
c、发送端根据确定的调制方式与编码率进行调制与编码。
2、如权利要求1所述的自适应调制与编码方法,其特征在于进一步还包括以下步骤:a1、制定一个二维调制编码方法与信噪比及信道波动参数相对应的关系式,该
关系式中至少包括预先制定好的信噪比及信道波动参数与相对应调制编码
方法数据;b1、发送端用预测到的信噪比和信道波动参数去查找该对应关系式,获得调制
方式与编码率。
3、如权利要求2所述的自适应调制与编码方法,其特征在于,所述二维调制编码方法与信噪比及信道波动参数的对应关系式的描述形式可以是一个二维自适应调制与编码AMC(adaptive modulation/coding)表。
4、如权利要求2所述的自适应调制与编码方法,其特征在于,所述二维调制编码方法与信噪比及信道波动参数的对应关系式的描述形式可以是一个函数图或曲线图。
5、如权利要求2、3或4所述的自适应调制与编码方法,其特征在于所述预先制定好的信噪比及信道波动参数与相对应的编码方法数据,可以通过仿真获得。
6、如权利要求2所述的自适应调制与编码方法,其特征在于所述的信噪比和信道波动参数是发生在一个发送单元内的信噪比和信道波动参数。
7、如权利要求2或6所述的自适应调制与编码方法,其特征在于所述的信噪比和信道波动为平均信噪比和平均信道波动参数。
8、如权利要求7所述的自适应调制与编码方法,其特征在于所述的信道波动参数可以是符号信噪比的标准差、峰谷比或者等效线性斜率。
9、如权利要求2所述的自适应调制与编码方法,其特征在于步骤b中所述的发送端预测前向信道要发送的传输单元内的平均信噪比和信道波动参数,是通过接收端估计前次前向信道的信噪比和信道波动参数并反馈给发送端的方式完成的。
10、如权利要求2所述的自适应调制与编码方法,其特征在于步骤b中所述的发送端预测前向信道要发送的传输单元内的平均信噪比和信道波动参数,是通过发送端估计前次后向信道的信噪比和信道波动参数的方式完成的。
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