CN1507713A - 用于无线网络的自适应调制 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及终端之间的通信。如果在理想信道上进行通信,则可使用高吞吐量的调制方案。如果终端受干扰和噪声的影响,则可将用于发送的调制方案调整为更健壮的调制方案。通常基于由终端接收的信号所获得的测量结果,选择用于从终端发送信号的调制方案。然而,两个终端之间的上行链路和下行链路可能不会经受相同的干扰和噪声。例如,干扰源可能对一个终端的影响更甚于对另一个终端的影响。在这些情况下,终端不会获得对所要发送信道或链路状态较好的描述。因此,本发明提供了一种系统,在该系统中,由接收信号的终端向发送信号的终端发送质量信息,以帮助决定最合适的调制方案。
Description
技术领域
本发明涉及在两个终端之间通信信道中所用调制方案的选择和控制。
背景技术
当两个终端相互通信时,不论是无线通信还是其他通信,用于通信信道的调制方案的选择可显著影响在链路上该信道的吞吐量以及信道抑制噪声的能力。特别是,较为有利的是,当信道质量较好时使用具有高吞吐量速率而很少纠错的调制方案,以及相对而言,当信道受噪声或干扰的影响时使用尽管具有更低吞吐量但具有较好噪声抑制力的调制方案。选择合适调制方案的难点在于环境的不稳定,以致于在一种场合中噪声可能很低,而在另一种场合中噪声可能会很高。在这些情况下,必须使用最可靠,噪声抑制力最强的调制技术。然而,这就意味着在噪声较低的那些场合,不必要地降低了吞吐量。
因此,希望提供根据信道当前特征来改变调制技术的能力。这样,如果确定信道相对来说不受噪声和干扰的影响,则可使用高吞吐量的调制方案。其次,如果噪声或干扰对信道的影响增大以致于当前调制方案不能支持可靠的数据传输时,则可将调制方案适配为更具噪声抑制力的调制方案。
然而,该方法依赖于两个终端之间受相似干扰或其他因素如噪声影响的各个发送和接收链路,这里指上行链路和下行链路。如果上行链路和下行链路所受干扰有明显不同,则会大大降低吞吐量。例如,在图1中两个终端A和B之间形成通信链路。干扰源I将影响由A和B所接收的信号。如图1所示,如果干扰源I将影响由A和B所接收的信号。如图1所示,如果干扰源I位于两个终端的中间,则干扰将对两个终端接收的信号具有相似的影响。然而,如果干扰源发生移动(如图2所示),致使其中一个终端(在此情况为B)所接收的干扰比另一终端所接收的干扰强,则干扰信号对上行链路的影响会更甚于对下行链路的影响。从而,如果调制方案不够健壮(robust),则由终端B所接收的信号将包含更多错误。这可导致终端B确定信号路径质量显著降低,并从而转换到更健壮的调制方案。然而,下行链路,即到终端A的链路,仍能很好地支持当前调制方案。实际上,由于干扰源已离开终端A,干扰信号对A所接收的信号具有很小的影响,因而它甚至可能转换为具有更高吞吐量的不同的调制方案。
当前使用的方法主要缺点是,当在所形成上行或下行链路上应用自适应的调制时,如果不考虑链路之间会出现的不同结果,则系统的响应可被严重恶化。
发明内容
因此,根据本发明,提供了一种通信终端,该终端包括:用于接收来自发送终端的信号的接收器;用于确定接收信号的一个或更多质量参数的信号分析器;用于基于信号质量参数产生适配信息的适配信息发生器;和用于发送数据的发送器,其中,数据包括适配信息。
本发明最好包括,调制方案适配器,响应包含在接收信号中的接收适配信息,用于确定自终端发送数据的调制方案;和调制装置,用于在发送之前根据所确定的调制方案调制数据。
本发明还提供了一种通信终端,该终端包括:用于接收来自发送终端的信号的接收器;调制方案适配器,响应包含在接收信号中的接收适配信息,用于确定自终端发送数据的调制方案;调制装置,用于根据所确定的调制方案调制数据;和用于发送调制数据的发送器。
本发明还提供了一种通信方法,它包括:接收信号;确定接收信号的一个或多个质量参数;基于信号质量参数生成适配信息;和发送信号数据。
通过使用自动重复请求(ARQ)所提供的信息,可实现使用各个信道信息对发送器的适配,但在适配前收集足够信息所需的时间可能较长。
为确定从一个终端到另一个终端最合适的调制方案,本发明最好是用简单的通信方法来发送适配信息。这样,数据开销最小,且可将其插入到现有未使用的报头比特位。由于将信息迅速传递到另一个终端,因此,使响应时间达到最佳。
利用本发明,当信道彼此不具有互易的(reciprocal)特征时,对各终端可同时使用不同的调制方案。适配过程较快,且不会导致延迟或涉及复杂计算。在上层可根据具体服务质量来改变用于适配的阈值。这使得控制应用有可能为获得所需的吞吐量控制反馈信息。
在本发明的系统中,结合其处理器有可以仅分析自最后接收分组的比特(在适配后可丢弃以前的比特或在分组接收后逐个丢弃),从而利用信道的快速衰落特性。
由于适配过程将在与所选连续分组数量相对应的时间被确定,因此所建议的系统可克服传统系统的问题。接收信息将包括对另一个终端吞吐量性能的估计,给出在快速反馈方法中在两个方向对链路最合理的描述。
本发明可在可编程处理器或计算机中以硬件或软件方式实现。此外,本发明还可以硬件和软件的组合方式实现。本发明还可通过单个处理装置或处理装置的分布式网络来实现。
由于本发明可通过软件实现,本发明包括在任何适合载体介质上对可编程处理器或计算机所提供的计算机编码。载体介质可包括如软盘,CD ROM,磁设备或可编程或只读存储器设备的任何存储介质;或诸如任何信号(如电,光或微波信号)的任何瞬时介质。
现在将描述本发明的具体实施例。
附图说明
图1显示受干扰的两个收发机的典型配置;
图2显示干扰源正移近一个终端;
图3显示在不同信道条件下信道的吞吐量;
图4A和4B显示当在一个信道中干扰增大而另一个信道干扰减弱时各个信道的吞吐量;
图5显示如何确定适配点;
图6显示对于多个示例性调制方案的吞吐量关于噪声的如何变化;
图7A和7B表示与图4A和4B相似的吞吐量图表,不过使用了本发明的自适应调制方案;和
图8A和8B表示与图4A和4B相似的吞吐量图表,不过使用了本发明的自适应调制方案,并且还使用RSSI作为度量(metric)。
具体实施方式
所述本发明的实施例涉及在两个通信链路上彼此通信的两个终端,终端A和终端B,这里所述通信链路指上行链路和下行链路。相应地,从终端A向终端B发送数据将发生在上行链路上,而从终端B向终端A发送数据将发生在下行链路上。
图3显示出在不同噪声和干扰条件下两个终端之间链路上的数据吞吐量的表示。在图1所示的配置中,终端A和B彼此通信,且干扰源影响它们之间的链路。噪声也将影响信道。图3显示出依据干扰的程度,即信干比(CIR,channel to interference ratio),和比特能量与噪声密度的比率(Eb/No),后面指能噪比(energy to noiseratio),对这些链路其中一个链路吞吐量的影响。
在此示例中,自接收终端没有信息反馈,因此,基于另一个终端的接收信号强度指示(RSSI,received signal strength indication)以及所接收最后发送数据的误段率(SER,segment error rate),决定用于下次发送的调制方案。这样,当干扰较弱时,差错率主要依赖于能噪比,能噪比可通过RSSI测得。通过这种方式,随着噪声的增强,系统将逐渐转换到更健壮的调制方案。
如果CIR较高以致于相对来说信道干扰很小,且比特能量与噪声的比率较高时,则链路质量也会较高,吞吐量较佳。如图3所示,图表右下角表示出这种情形。在此条件下,由于信道质量较好,可选择具有高吞吐量的调制方案,而不是很健壮的调制方案。随着能噪比减小,不能保持高速率调制方案,系统必须逐渐向下转换到更加健壮的调制方案。沿图表下端由右向左的移动表示出这种情况。
以上讨论假定信干比CIR相对较大,即相对来说干扰很小。因此,通过监视输入信号,为各终端提供了较好的发送信道质量指示。所检测的接收信道较好地提供了哪一个调制方案最适合于发送信道的指示。当干扰较小且对两个信道的影响相同时,由于用于确定接收信道(上行链路)质量的度量指示出发送信道(下行链路)具有较好质量,从而具有非常合适的调制方案,因此该系统将运转良好。
然而,随着信道干扰增大,它对吞吐量具有更显著影响,以及更重要的是,可能由于干扰源接近一个终端而远离另一个终端,干扰开始对一个信道的影响更甚于对另一个信道的影响时,干扰对两个信道的影响是不同的。在这些情况下,使用由上行链路得出的度量不会很好地指示下行链路的质量,因此不能很好地指示出合适的调制方案。
最困难的情形是,当链路暴露于频率相对于期望信号具有0Hz偏移的干扰。这里所给出的示例就是基于这类干扰。
在图3中,图表的左上角表示信道具有较低的能噪比和信干比。由于既使使用最健壮的调制方案,数据也不能正确接收,从而在该处的吞吐量可以忽略。随着能噪比增大(用沿图表上端从左向右的移动来表示),开始成功地接收数据,且吞吐量开始增加。随着能噪比增大,吞吐量逐渐增大。然而,当能噪比变得更好时,RSSI增大而SER开始减小。此时,由于不需要当前调制方案的健壮性,终端决定将调制方案变为具有更高吞吐量的方案。
随着能量与噪声密度的比率逐渐增大,终端A将转换到下一个更好的调制方案。然而,信道仍然还具有相对较高的干扰(CIR较低),因此还不足以支持那种调制方案。在信号接收终端(B),由SER所测量的差错率将更高。因此,终端B将决定应使用更健壮的调制方案。从而,由于差错数量的增加,终端A以具有更高吞吐量的调制方案发送的信号不能实现可能的更高吞吐量。另外,终端B则可能使用更健壮的调制方案发送数据,该调制方案可能实际上比进一步减小吞吐量所需的调制方案更健壮。
然后,终端B使用更健壮的发送方案发送数据,由于在现有条件下数据发送很少出现差错,从而在终端A处的SER较高。因此,终端A确定信道质量几乎不会受到恶化,从而继续使用更高吞吐量的调制方案。当条件保持不变时,继续此循环。从而,由于在不十分满足条件的调制方案和足以满足条件的调制方案之间转换,实际上总吞吐量比当能量与密度的比率较差时所获得的吞吐量更差。
随着CIR增大(在图3中沿图标上端继续向右移动),条件变得适合于支持具有更高吞吐量的调制方案,从而提高吞吐量。当CIR继续增大时,将会再次出现上述条件。系统度量开始指示出可使用可能更好的调制方案,从而其中一个终端转换到那种更高吞吐量的调制方案。然而,条件还不足以支持该调制方案,在发送中数据将被破坏。因此,接收该信号的终端使用更健壮的调制方案并减少吞吐量来发送数据,从而既使CIR增大时也会再次出现吞吐量减少的区域。
上述示例考虑了对于两个信道具有相同干扰的情形。然而,如果干扰程度改变,例如如果干扰源移近一个终端而远离另一个终端,则在那个终端处的干扰将更强而在另一个终端处的干扰强更弱。出于不同的原因也可出现所发生干扰程度不同的现象,例如由于建筑物挡住一个终端。
图4A和4B显示在如图2所示的条件,即不同干扰的条件下,两个终端A和B之间信道的吞吐量。图中显示出,当由终端B接收的信号中干扰增大以及在终端A接收的信号中干扰减小时,吞吐量如何变化。假设对于两个链路CIR的初始值为19,但在一个链路中逐渐减小而同时在另一个链路中以相应数量增大。这样,图4A和4B分别显示出对于两个信道的吞吐量,不过假定了CIR如以上描述(例如在一个终端CIR=22,而在另一个终端CIR=16)链接。
图4A表示到终端A的吞吐量,即干扰减小的信道的吞吐量。在右上角,在两个信道中的干扰基本相同,由于能噪比高,所使用的调制方案为高吞吐量的方案,允许到终端A有总体较高的吞吐量。在图4B中显示出在对应信道中的情形,它用图中的右下角来表示。正如所期望的,对于在相同条件下的信道,吞吐量相似。当对于两个信道的CIR开始变得不同时,在两个信道中吞吐量也开始下降。
如图4A所示,当CIR增大时吞吐量实际减少。尽管由终端A所接收的干扰量减少,以致于在接收信号中很少出现错误,由于终端B所受干扰增加时终端B接收更多错误的数据分组,因而将调制方案(由终端B所确定)转换为更健壮的方案。因此,终端B确定在两个终端之间的信道所受的干扰增大。
如图4B所示,当由终端B接收的信号中干扰增大时,分组错误数量增大。然而,由于终端A接收很少的干扰,它确定信道质量较好并因此继续使用高吞吐量调制方案发送数据。由于该调制方案不够健壮,不足以克服在终端B所接收的干扰量,从而不能恢复分组。这导致信道吞吐量急剧下降,以致于吞吐量很快降为0(参见图4B的右上角)。干扰任何进一步增大只会使情况变得更坏。由图4A显然得出,当噪声量增大时,能噪比减小。在图4A中,这致使吞吐量逐渐减小(从右向左移动)。调制方案的确定是基于误分组率(SER)和RSSI。因此,如果干扰非常小,则确定在终端A处调制方案的重要控制因素为基于能噪比的RSSI值。
在图4B中,能噪比的减少所带来的影响更为复杂。在离开图标右下角尖峰(如上所述)处的位置,吞吐量实际为0而此处能噪比高。当能噪比开始下降时,吞吐量突然升高(在Eb/No为14的区域附近)。其原因是由于,而噪声程度降到了终端A此时确定接收信号中的噪声足够高的程度,以致于将调制方案调整为更健壮的方案,即使干扰很小。再次,由于在终端A处的干扰较小,该终端仍可接收相对来说很少发生错误的分组,这就是它先前使用高吞吐量调制方案的原因。此时,调制方案更为健壮,信道更能够克服干扰的影响,因而此时终端B能够恢复数据并提高吞吐量。当能噪比继续降低时,当再次因调制方案不能克服增大的噪声使得错误分组数量开始增多时,吞吐量逐渐减小。在图4B的图表下端附近,干扰相对较小,吞吐量下降相对较缓。然而,在图表的上端附近,干扰更强,另外还有吞吐量几乎再次降为0的凹槽区域。该凹槽区域产生的原因与图表右上部分中较大凹槽区域产生的原因相似。
如上所述,在终端A处噪声增加,并由此将调制方案转换为更健壮的方案。然而,由于终端A不会接收太多干扰,它很少接收包含错误的数据分组。这样,当在终端B处噪声增大时,终端A不会将调制方案降为更加健壮的方案,从而调制方案不能克服逐渐增大的噪声,由于调制方案不能恢复受影响的分组,致使越来越多的分组失效。最后,随着噪声程度加剧,由于终端A此时确定噪声程度到达有必要将调制方案转换到更加健壮的方案,因而使吞吐量再次增大。从而如前所述,此时调制方案能够克服终端B所受更大的干扰量和噪声,因此,对于传送数据的情况又开始好转。这正可将吞吐量增大解释为在图4B中图标上端(在10dB级别附近)的凹槽区域。当噪声继续增大时,吞吐量最后再次降为噪声足够显著以致于数据不能通过任一信道的程度。
现在,将描述用于克服在各终端处干扰、噪声等对接收信号具有不同影响的问题。
上述示例依据接收信号的接收信号强度指示(RSSI)和段失效或误段率(SER),来确定用于下次发送的调制方案。这些属于隐式措施,即由接收信道的质量暗示发送信道的质量。本发明提供显式系统。在显示系统中将关于接收信道的度量反馈到发送器以使发送器纠正所要确定的调制方案。
这样,当终端B从终端A接收信号时,终端B确定出信号质量度量并在下次发送中将其发回到终端A。从而,终端A获得上行链路质量的正确描述,而不以暗示形式形成下行链路。
还有数个可用于提供发送信道质量指示的其他指示或度量。它们包括自动重复请求(ARQ,Automatic Repeat reQuest);载干(C/I,carrier to inference)指示,仅载波指示;仅干扰指示;应用服务质量的专属性指示以及上述一个或多个的组合。
ARQ为发送数据的分组报头中的指示初始错误位置的数字字段,其后为后面的段的二进制映射(其中,1表明错误的信息,0表明正确接收的数据)。这种机制用于在蓝牙高速率的数据重发请求。当使用这种度量时,由于对每个分组仅分析很少的比特,对于数据求平均需要较长时间。这种度量的另一麻烦之处在于,一旦正确接收了所有的段,该数据字段与跟随的特定代码编号被用于请求更多的数据。如果将这种信息用于适配,由于必须检查段的位置以避免将其解释为突发错误而迫使将其适配为更低等级的调制,系统将需要对数据进行特别分析。
数据分组中包含的信息划分为段,由终端接收的错误段的平均数量SER可作为在发送前用于调制适配的度量。测量输入信号的段错误率(SER)仅反映出输入链路的特征,而不会给出关于输出链路的任何信息。换而言之,必须假定两个链路是互易的(reciprocal)。不过,这给出了较好的质量指示,因此如果将信息反馈给输入信号的发送器,可作为较好的适配(adaptation)指示。
为获得更好的输入信号解释,通过在接收器发送数据前(即在分组之间的保护期间)以及发送期间测量RSSI可实现干扰/载波功率的测量。该信息可称作ISSI(干扰信号强度指示)并可通过从发送期间相应值中减去用于先前发送的数据来获得。例如,当存在干扰时,接收信息的终端在预期发送前执行对信道中能量或信号强度的测量。一旦获得该信息且相应的发送器开始发送数据,就执行新的对接收信号强度的测量。这使得与用于适配调制的给定度量相比,接收器能确定更精确的RSSI值。由于可从发送时所测的总功率中扣除干扰分量,当条件不适合时,则可防止适配(即在图6中的阴影部分中避免适配)。
本发明提供了当在接收器处接收信号时将通知发送器关于发送信号情况的系统。上述度量有利于确定调制方案,但必须将它们发送到基于其有益的信号源。在下面的配置中,使用度量来确定简单适配信息并将适配信息发送回发送器。换而言之,不是将一些或所有的度量发送回发送器来确定其调制方案,而接收器执行度量分析,并发送简化的适配信息集合,或其可为简单比特流与简化后度量子集的组合。
在此实施例中,在每个报头中包括提供关于接收信号质量信息的单个比特位。该信息通过使用在信息分组报头中分配的未使用的比特位来发送。
例如,分组报头包含关于寻址信息,用于ARQ方案的信息和关于有效负荷的信息。其总长为88比特。报头的发送使用DBPSK调制方案。表1列出了报头中的字段,以比特为单位的字段长度,和字段含义。分组报头的发送按表1中所示的顺序,以HR_ID开始,以H_CRC结束。每个字段的发送首先以LSB开始。
字段 | 长度 | 含义 |
HR_ID | 8 | 高速率信道ID |
DP_ADDR | 8 | 目的地地址字段 |
SP_ADDR | 8 | 源地址字段 |
MOD_TYPE | 2 | 调制类型 |
FEC_ON | 1 | 使用FEC |
Reserved(预留) | 1 | 用于将来使用 |
PKT_SAR | 2 | 分组类型 |
MN | 2 | 消息编号 |
RN | 8 | 请求编号 |
SN_BM | 8 | 段错误比特位图 |
P_L | 12 | 有效负荷的字节长度 |
XTD_HDR | 2 | 扩展报头 |
ACK_REQ | 1 | 确认请求 |
Adaptation(适配) | 1 | 调制的适配 |
H CRC | 24 | 报头CRC |
有效负荷可分为段。每个段以1个字节(8比特)的序列号SN编号,并包含用于错误检测的3个字节的(24比特)CRC。每个段的用户信息字段包含128个字节(1024比特)。有效负荷最后的段可部分填充以用户信息,其长度可从1到128个字节变化。在上述示例中,在第14个位置(slot)中包含适配信息,不过在用于将来使用的第6个位置中也可包含该信息。
在发送器处接收分组并抽取适配信息比特。然后将两个或多个分组的该比特值求平均,以提供是否改变终端当前发送期间所用的调制方案或保持该调制方案的指示。
在基本系统中,将两个连续发送的各适配信息比特相加。如果两个连续适配信息比特之和为2,则终端确定它将调制方案转换为更高调制方案(即方案具有更高的吞吐量)。如果这两个比特之和为1,则终端将继续使用以前所用的调制方案发送。最后,如果这两个比特之和为0,则终端它应将调制方案转换为更低调制方案(即具有更低的吞吐量,不过更健壮的方案)。
利用这种简单配置,每个分组仅发送一个比特,且仅使用最后接收的比特及其前一个比特确定是否改变为不同的调制方案。这提供了非常简单的系统,该系统还非常易于对环境变化作出响应,这对于具有快速衰落特性的信道非常有用。
图5显示在终端如何处理接收适配信息比特。自初始点,接收到适配信息比特为‘0’的分组1。因此,发送器继续使用以前所用的调制方案。当适配比特为‘1’时,在图5中通常用向上的箭头表示。当适配比特为‘0’时,在图5中通常用向下的箭头表示。在分组2中的比特为‘1’,该比特与前一个比特之和为1,因此调制方案保持不变。分组3也具有为 1’的适配比特。由于两个连续比特之和为2,则发送器确定转换到下一个更高的调制方案。转换之后,将和值重置。下一个分组(分组4)适配比特为‘0’,但随后分组的适配比特为‘1’,将和返回为平均值0。随后的两个分组的适配比特均为‘0’,从而这随后的两个比特之和为0,因此发送器将调制方案转换到下一个更低的调制方案。如图5所示,又一次重置和值,并继续后面的处理。
该方案的优点在于,如果接收器认为应保持其自身发送所用的调制方案,可控制比特值来防止发送器将调制方案转换到更高或甚至更低的调制方案。例如,这可通过交替改变反馈适配比特来实现,如图5中所使用与分组4到6的比特。由于仅用一个比特将信息发送回接收器,并考虑到该信息在接收时被求平均,对于当条件正好适合保持实际调制参数时的情形,须指定在调制过程中的附加选项。在此情形,接收器将向发送器发送回值交替的信息比特(即连续的‘1’和‘0’)以保持调制程度,即在发送器处对适配信息进行分析后,指示无需改变为不同方案。
本发明的一个优点在于,除使每个分组反馈信息所需容量最小外,还提供了存在干扰时对理想调制方案做准确的估计。本发明特别定制成对具体形式的干扰和环境具有弹性。例如,干扰源可为突发性的。通过使用高阈值避免不必要的转换调制方案。反过来,对于迅速变化的环境将需要低阈值,以确保尽可能快地将调制方案向上和向下转换,来提供最优的方案。
关于在各分组报头中的单比特适配信息,以上描述了该系统。不过,也可在报头中包含多于一个的比特或作为信号数据中的开销。相似地,在各段的头部中可包含比特。
如上所述,本发明不限于如上所述发送一个或数个比特的适配数据。可使用不利用显式反馈比特而解释隐式接收的ARQ信息的方法。所述阈值的方法允许对理想调制方案作出准确估计。不过,如上说述,由于收集ARQ数据花费时间,这将对适配处理过程引入延迟。这主要由于为对整个发送分组作出估计,发送器需一直等到获悉该分组中最后的段被发送的状态(即它是否已被正确或错误地接收),并且,根据段差错的分布,为此在最坏的情形中所考虑的分组的ARQ映射将使用大量随后的分组。相反,不管错误段的编号或位置,本发明提供了对前一个分组的完全估计以准备下次发送。
现在将描述在接收器处生成适配信息比特的方法。在接收器处,对于每个段计算误段率。如果在检查CRC之后发现在段中存在错误,在临时变量中将存储‘1’。否则,存储‘0’。然后将各分组的该信息相加并对于段总数k作归一化,给出ERRi,
假定吞吐量所需阈值用x表示,RSSI用R表示,经直接比较后,要反馈的比特(ERRr)将为两个可能值中之一。
当‘ERRi≥x且RSSI<R’或‘ERRi<x且RSSI≥R’时,接收器确定不进行适配,从而将判决比特以交替值(‘1’和‘0’)发送以保持如上所述实际发送参数。
在发送器处,为获得用于适配的判决D,将接收值(ERRr)相加并除以所选分组的数量l(例如,在上述示例中为2,如图5所示)。
使用上、下阈值来确定何时转换为更高或更低的调制方案,例如在上述示例中(其中,l=2),分别当D=0和D=1时,将调制方案转换为下一个更高或更低的方案。
现在将描述本发明具体配置的操作。在该配置中,通信系统能够根据三种调制方案:DBPSK;DQPSK和8DPSK其中之一进行操作(如图3,4A和4B所示示例的情形),尽管同样可使用其他方案或代替这些方案。这三种方案的参数如下:
系统参数 | 模式1 | 模式2 | 模式3 |
分组调制方案 | π/2 DBPSK | π/4 DQPSK | D8PSK |
报头调制 | π/2 DBPSK | π/2 DBPSK | π/2 DBPSK |
最大比特率 | 4Mbits/sec | 8Mbits/sec | 12Mbits/sec |
错误检测 | CRC(循环冗余校验) | ||
纠错 | ARQ | ARQ | ARQ |
传播模式 | 瑞利 | 瑞利 | 瑞利 |
带宽 | 4MHz | 4MHz | 4MHz |
下表列出如何确定从一种调制方案向另一种调制方案转换。
转换 | 阈值 | |
归一化的吞吐量 | RSSI | |
DBPSK→DQPSK | >0.90(DBPSK) | N/A |
DQPSK→8DPSK | >0.90(DQPSK) | >14dB |
8DPSK→DQPSK | >0.72(8DPSK) | N/A |
DQPSK→DBPSK | >0.50(DQPSK) | N/A |
以上表格显示出,当将反馈比特发送回发送器时,如何使用误段率和RSSI对它进行确定。当使用具体调制方案时,通过测量系统的最大吞吐量来确定归一化吞吐量,然后将该值归一化为1。之后,对于所有不同的方案,对它们曲线的交叉点(参见图6)可指定它们之间的直接关系。例如,如果当使用DQPSK发送时刚好达到最大吞吐量的50%,适配到DBPSK将会给出相同的吞吐量,但无段差错。这样,可减少重发数量,并增大吞吐量。这由图表可显然得出,在所有转换中可确保不使用所测RSSI值作为判定因素。事实上,在上表中,它仅被用作一个检查以通过RSSI大于14dB来保证从DQPSK到8DPSK的转换是真正适合的。下面将参照图6解释引入该附加保护余量(safety margin)的原因。
图6显示对于三种调制方案根据能噪比所确定的吞吐量。如果能噪比非常低,即低于约6dB,对于所有这三种方案吞吐量均为零。随着Eb/No增大,最健壮的方案,DBPSK开始提供一定的吞吐量,如曲线图所示。随着Eb/No值进一步增大,DBPSK最大吞吐量开始达到其最大值(4000),但对于DQPSK潜在的吞吐量开始迅速超过对于DBPSK的吞吐量。
在该点处(即在9dB与10dB之间),系统将转换到改进的调制方案(即DQPSK)。随着Eb/No进一步增大,DQPSK的吞吐量接近其最大值(8000),并很快超过转换为8DPSK所需的90%阈值。然而,由于RSSI的限制,直到Eb/No超过14dB,系统才会转换为8DPSK。参照图6中阴影区域可解释其原因。如果不包括RSSI大于14dB的限制,则系统将会决定在更低能噪比处,即约大于10dB处转换为8DPSK。在这些情况下,系统转换为8DPSK,在Eb/No=10dB处将具有0的吞吐量。这导致吞吐量显著减少,而低于此处这可使用DQPSK实现。在低于13dB处,8DPSK与DQPSK相比提供更差的吞吐量。因此,在阴影区域,将极大减弱输入信号,致使系统可能在下一步选择较低适配并转换回DQPSK。调制方案之间的这种重复转换显然是不利的。这还导致如图3所示凹槽区域的出现。
图7A和7B显示出转换为8DPSK之前不使用RSSI阈值检测的上述方案的吞吐量图表。其情况与如图4A和4B所示的配置(其中,干扰源向终端B移动并远离终端A,如图2所示)相对应。在终端B处接收的干扰逐渐增大,而在终端A处接收的干扰相应减弱。将图7A和7B所示的吞吐量与图4A和4B所示的吞吐量相比较清楚地看出可实现吞吐量的大幅度增长,特别是当比特能量与噪声能量之比处于在范围内更高部分中时。通过允许每个终端根据适当链路决定其自己的调制方案,增加了对各终端的吞吐量。参见图7B的右下角,通过使用8DPSK大幅度增加终端A的吞吐量,远大于如图4B中所示隐式方案所获得的吞吐量。同样可以看到,在图7A的右上角,由于终端A不再尝试使用过高的调制方案,吞吐量相当高。因此,由于终端A是用更低的更健壮的调制方案,因而能够克服较高程度干扰,并获得数据吞吐量相当大的提高。
图8A和8B显示了使用本发明的方法而且还使用RSSI作为适配度量的系统吞吐量的响应。通过使用RSSI,如上所述,可确定对于转换到8DPSK最合适的点。这样,避免了在8DPSK和DQPSK之间重复的转换,提供更加有效的转换点,从而获得更高的吞吐量。这可在图8A和8B的吞吐量图表看出,在中等范围的噪声区域吞吐量大幅度增大。这是通过当8DPSK不够健壮时,利用现有比特能量与噪声密度比避免从DQPSK到8DPSK的无效转换实现的以提供合理的吞吐量使系统再适配为DQPSK。在图8A和8B显示的方案中,仅通过当以RSSI所测得比特能量与噪声密度的比率超过14dB时允许转换为8DPSK,避免了吞吐量降低。
上述的设置提供了允许对各终端同时使用不同的调制方案,以便当信道不具有互易特性时,可以分别利用适合于上行链路和下行链路条件的调制方案保持最大的吞吐量的系统。
本发明还提供了能根据环境条件变化迅速进行适配的系统,这是由于在该系统适配为更合适的调制方案之前不必要等待自接收器发送的,大量如使用ARQ的参考信息。此外,本发明还避免了因单个比特指示系统所必须执行的复杂计算。另外,通过使用用于发送适配信息的单个比特系统,没有必要通过发送有关适配信息的专用分组或段占用可变的数据发送容量。可将单个比特包含在报头信息中当前未使用的比特位之中的一个比特位中。
可通过上层直接访问本发明的调制方案适配方法,以便控制由应用运行所需的或服务质量所要求的信息流。例如,当需要高可靠地发送信息时,如在文件传输的情形中,可能采用健壮的调制方案,而对于需要高吞吐量且不在乎一定数量错误的链路,如实时视频的情形,可通过软件改变适配参数(即增加或减少指定分配给x和/或RSSI的值)来选择在每段时间内可对更大数量比特进行编码所确定的调制方案。
在无线的无线电通信领域描述了本发明,但本发明并不限于此。可将本发明应用于通过硬连线系统(hardwired system)或除无线电频率外其他频谱进行的通信。
主要在关于改变调制方案方面描述了本发明。然而,除改变调制方案外,系统还可用于改变如发送功率和编码速率的其他参数。
Claims (27)
1.一种通信终端,包括:
用于接收来自发送终端的信号的接收器;
用于确定接收信号的一个或更多质量参数的信号分析器;
用于基于所述信号质量参数产生适配信息的适配信息发生器;和
用于发送数据的发送器,
其中,所述数据包括适配信息。
2.根据权利要求1所述的通信终端,还包括:
调制方案适配器,响应包含在所述接收信号中的接收适配信息,用于确定从终端发送数据的调制方案;和
调制装置,用于在发送之前根据所确定的调制方案调制所述数据。
3.根据权利要求1或2所述的通信终端,其中,所述产生的适配信息作为数据被发送,所述数据使用包含在所要发送的数据的每一分组的报头中的一个或一个以上的比特数据。
4.根据权利要求3所述的通信终端,其中,每一个报头包含一个比特的所述适配信息。
5.根据权利要求1至4中任何一个权利要求所述的通信终端,其中,所述质量参数包括以下一个或一个以上的参数:在接收信号中的自动重复请求(ARQ)数据;接收信号的误段率(SER);接收信号强度(RSSI);接收信号的载干比(C/I);接收信号的载波信号强度和在接收信号中的干扰信号强度(ISSI)。
6.根据权利要求5所述的通信终端,其中,所述质量参数至少包括接收信号的误段率(SER)和接收信号强度(RSSI)。
7.一种通信终端,包括:
用于接收来自发送终端的信号的接收器;
调制方案适配器,响应包含在所述接收信号中的接收适配信息,用于确定自终端发送数据的调制方案;
调制装置,用于根据所确定的调制方案调制所述数据;和
用于发送所述调制数据的发送器。
8.根据权利要求2至7中任何一个权利要求所述的通信终端,其中,所述接收适配信息包括从接收数据分组报头中抽取的一个或一个以上的比特数据。
9.根据权利要求8所述的通信终端,其中,每一报头包含一个比特的所述接收适配信息。
10.根据权利要求4或9所述的通信终端,其中,所述一个比特被置于报头中未使用的位置中。
11.根据以上所述权利要求中任何一个权利要求所述的通信终端,其中,所述调制方案包括DBPSK、DQPSK和8DPSK中至少两种调制方案。
12.一种通信系统,包括两个根据以上权利要求中任何一个权利要求所述的终端。
13.一种通信方法,包括:
接收信号;
确定接收信号的一个或多个质量参数;
基于所述信号质量参数生成适配信息;和
发送信号数据。
14.根据权利要求13所述的方法,还包括:
响应包含在所述接收信号中的接收适配信息,确定用于发送所述信号数据的调制方案;和
在发送之前根据所确定的调制方案调制所述信号数据。
15.根据权利要求13或14所述的方法,其中,所述产生的适配信息作为数据被发送,所述数据使用包含在所要发送的数据的每一分组的报头中的一个或一个以上的比特数据。
16.根据权利要求15所述的方法,其中,每一报头包含一个比特的所述适配信息。
17.根据权利要求13至16中任何一个权利要求所述的方法,其中,所述质量参数包括以下一个或一个以上的参数:在接收信号中的自动重复请求(ARQ)数据;接收信号的误段率(SER);接收信号强度(RSSI);接收信号的载干比(C/I);接收信号的载波信号强度和在接收信号中的干扰信号强度(ISSI)。
18.根据权利要求17所述的方法,其中,所述质量参数至少包括接收信号的误段率(SER)和接收信号强度(RSSI)。
19.一种通信方法,包括:
接收信号;
响应包含在所述接收信号中的接收适配信息,确定用于发送所述信号数据的调制方案;
在发送之前根据所确定的调制方案调制所述信号数据;和
发送所述信号数据。
20.根据权利要求14至19中任何一个权利要求所述的方法,其中,所述接收适配信息包括从接收数据分组报头中抽取的一个或一个以上的比特数据。
21.根据权利要求20所述的方法,其中,每一报头包含一个比特的所述接收适配信息。
22.根据权利要求16或19所述的方法,其中,将所述一个比特置于报头中未使用的位置中。
23.根据权利要求13至22中任何一个权利要求所述的方法,其中,所述调制方案包括DBPSK、DQPSK和8DPSK中至少两种调制方案。
24.一种载体介质,载有用于控制计算机来执行根据权利要求13至23中任何一个权利要求所述方法的计算机可读指令。
25.一种在这里基本上参照附图所描述的通信终端。
26.一种在这里基本上参照附图所描述的通信系统。
27.一种在这里基本上参照附图所描述的通信方法。
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