RU2344546C1 - Adaptation of data transfer speed in ofdm system in presence of noises - Google Patents
Adaptation of data transfer speed in ofdm system in presence of noises Download PDFInfo
- Publication number
- RU2344546C1 RU2344546C1 RU2007114456/09A RU2007114456A RU2344546C1 RU 2344546 C1 RU2344546 C1 RU 2344546C1 RU 2007114456/09 A RU2007114456/09 A RU 2007114456/09A RU 2007114456 A RU2007114456 A RU 2007114456A RU 2344546 C1 RU2344546 C1 RU 2344546C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- probability
- speed
- frame
- subcarriers
- bit error
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Detection And Prevention Of Errors In Transmission (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области телекоммуникаций, а более конкретно к способам повышения качества мобильной связи, и может найти применение в организации беспроводных каналов связи.The invention relates to the field of telecommunications, and more particularly to methods for improving the quality of mobile communications, and may find application in organizing wireless communication channels.
На современном этапе развития систем мобильной связи наиболее перспективными являются технологии, основанные на Ортогональном Частотном Мультиплексировании (Orthogonal Frequency Division Multiplexing - OFDM), которые и используются в большинстве систем мобильной связи нового поколения.At the present stage of development of mobile communication systems, the most promising technologies are those based on Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM), which are used in most new generation mobile communication systems.
Известно, что такие технологии позволяют обеспечить надежную передачу цифровых данных даже при наличии в канале распространения многолучевости и замираний. Однако для обеспечения максимальной пропускной способности канала возникает необходимость в адаптации скорости передачи цифровых данных в зависимости от условий канала распространения, что является важным аспектом организации систем связи OFDM. Поскольку параметры канала распространения динамически изменяются, соответствующее изменение схем модуляции и кодирования позволяет максимизировать пропускную способность канала. Алгоритм адаптации при передаче цифровых данных необходим на приемной стороне для определения вида модуляции и кодирования, с которыми передающая сторона будет передавать следующий кадр, а также определения данных, которые должны передаваться в следующем кадре: новые данные, если предыдущий кадр принят удовлетворительно, и данные предыдущего кадра, если предыдущий кадр принят с ошибками.It is known that such technologies make it possible to ensure reliable transmission of digital data even if there is multipath and fading in the propagation channel. However, to ensure maximum channel bandwidth, there is a need to adapt the digital data transfer rate depending on the conditions of the distribution channel, which is an important aspect of the organization of OFDM communication systems. Since the parameters of the propagation channel dynamically change, a corresponding change in the modulation and coding schemes allows you to maximize the channel throughput. An adaptation algorithm for transmitting digital data is necessary at the receiving side to determine the type of modulation and coding with which the transmitting side will transmit the next frame, as well as determining the data to be transmitted in the next frame: new data if the previous frame is received satisfactorily and the data of the previous frame if the previous frame is received with errors.
В системе связи OFDM каждая поднесущая подвержена влиянию частотно-селективных замираний. Вследствие этого функция частотного отклика канала изменяется по частоте и может также изменяться во времени, т.е. значение комплексной огибающей может существенно изменяться от поднесущей к поднесущей, а также от одного временного OFDM символа к другому. Факт наличия неравномерного канального отклика по поднесущим может использоваться для индивидуального выбора типа модуляции и схемы кодирования для каждой поднесущей (или группы поднесущих). Данный выбор может осуществляться в зависимости от значения отношения сигнал-шум, которое обеспечивается при передаче на данной поднесущей в данном интервале времени.In an OFDM communication system, each subcarrier is affected by frequency selective fading. As a result of this, the channel frequency response function varies in frequency and can also change in time, i.e. the complex envelope value can vary significantly from subcarrier to subcarrier, as well as from one temporary OFDM symbol to another. The fact that there is an uneven channel response on the subcarriers can be used to individually select the modulation type and coding scheme for each subcarrier (or group of subcarriers). This choice can be made depending on the signal-to-noise ratio, which is provided during transmission on a given subcarrier in a given time interval.
В работе [1] предложен простой алгоритм адаптации скорости (Simple Rate Adaptive - SRA algorithm). SRA алгоритм использует критерий обеспечения требуемой вероятности ошибки, не задаваясь целью достижения максимально возможной скорости передачи для текущего значения отношения сигнал-шум в каждой поднесущей. Алгоритм SRA требует наличия информации о частотном отклике канала распространения по всем поднесущим в реальном масштабе времени. Авторы алгоритма определяют пороги отношения сигнал-шум (SNRth), которые используются для принятия решения о выборе подходящей схемы модуляции для каждой поднесущей. Превышение текущим значением отношения сигнал-шум определенного порога SNRth означает возможность использования соответствующей схемы модуляции для передачи данных. Если текущее значение отношения сигнал-шум в поднесущей меньше самого низкого порога SNRth, рекомендуется временно остановить передачу сигнала в данной поднесущей до тех пор, пока условия распространения сигнала не улучшатся. Энергия поднесущих, которые не осуществляют передачу сигнала, распределяется между остальными поднесущими. Авторы алгоритма оптимизировали пороги для случаев, когда помехоустойчивое кодирование не используется вообще либо может быть исправлена только одна ошибка. Алгоритм SRA состоит из следующих шагов.In work [1], a simple rate adaptation algorithm (Simple Rate Adaptive - SRA algorithm) was proposed. The SRA algorithm uses the criterion of ensuring the required error probability, without setting the goal of achieving the maximum possible transmission rate for the current signal-to-noise ratio in each subcarrier. The SRA algorithm requires information on the frequency response of the propagation channel over all subcarriers in real time. The authors of the algorithm determine the signal-to-noise ratio (SNRth) thresholds that are used to decide on the selection of an appropriate modulation scheme for each subcarrier. Exceeding the current value of the signal-to-noise ratio by a certain threshold SNRth means the possibility of using the appropriate modulation scheme for data transmission. If the current value of the signal-to-noise ratio in the subcarrier is less than the lowest SNRth threshold, it is recommended to temporarily stop the signal transmission in this subcarrier until the signal propagation conditions improve. The energy of the subcarriers that do not transmit the signal is distributed between the remaining subcarriers. The authors of the algorithm optimized the thresholds for cases when error-correcting coding is not used at all or only one error can be fixed. The SRA algorithm consists of the following steps.
- Шаг 1: Выбрать скорость передачи для каждой поднесущей путем сравнения текущего значения отношения сигнал-шум в поднесущей с порогами SNRth, соответствующими определенным типам модуляции.- Step 1: Select the transmission rate for each subcarrier by comparing the current signal-to-noise ratio in the subcarrier with the SNRth thresholds corresponding to certain types of modulation.
- Шаг 2: Если для какой-то поднесущей выбранная скорость равна нулю, перераспределить энергию этой поднесущей между остальными поднесущими и переназначить скорости передачи для оставшихся поднесущих заново (вернуться к Шагу 1). Алгоритм останавливается, когда среди оставшихся поднесущих на шаге выбора скорости передачи не находится ни одной поднесущей с нулевой скоростью (либо все поднесущии имеют нулевую скорость).- Step 2: If for some subcarrier the selected speed is zero, redistribute the energy of this subcarrier between the remaining subcarriers and reassign the transmission rates for the remaining subcarriers again (return to Step 1). The algorithm stops when among the remaining subcarriers in the step of selecting the transmission rate there is not one subcarrier with zero speed (or all subcarriers have zero speed).
Существенным недостатком алгоритма [1] является то, что решение о выборе скорости передачи осуществляется только с использованием текущего отношения сигнал-шум. Точность оценки отношения сигнал-шум не всегда высока. В результате выбор типа модуляции и схемы кодирования может быть ошибочным. Кроме того, требуемое значение вероятности ошибки при некоторой схеме кодирования/модуляции может обеспечиваться при различных значениях отношения сигнал-шум в зависимости от условий распространения сигнала (частота фединга, ширина интервала многолучевости и т.д.).A significant drawback of the algorithm [1] is that the decision on the choice of transmission speed is carried out only using the current signal-to-noise ratio. The accuracy of estimating the signal-to-noise ratio is not always high. As a result, the choice of modulation type and coding scheme may be erroneous. In addition, the required value of the error probability for some coding / modulation scheme can be provided at various values of the signal-to-noise ratio depending on the propagation conditions of the signal (fading frequency, width of the multipath interval, etc.).
В работе [2] предлагается подход, заключающийся в подстройке значений порогов для улучшения определенных характеристик системы связи, например максимизации пропускной способности. При таком подходе приемопередатчик OFDM сигнала рассматривается как управляемая система, параметрами которой является значения порогов, а целевой функцией характеристики системы (в данном случае пропускная способность), которые должны быть максимизированы.In [2], an approach is proposed that consists in fine tuning threshold values to improve certain characteristics of a communication system, for example, maximizing throughput. With this approach, the OFDM signal transceiver is considered as a controlled system, the parameters of which are the threshold values, and the target function of the system characteristics (in this case, throughput), which should be maximized.
Адаптивная схема выбирает текущее значение целевой функции в качестве стартового, т.е. начального, состояния, а затем подстраивает значения порогов для оптимизации целевой функции. Поскольку характеристики системы зависят от состояния канала распространения, которое, в свою очередь, имеет существенно нестационарную природу, в данном подходе необходимо наличие некоей адаптивной схемы, которая бы переключала значения порогов динамически. Более того, поскольку аналитическую зависимость пропускной способности системы от порогов в реальных условиях получить трудно, например, когда в системе используется помехоустойчиво кодирование, то для реализации адаптации было бы полезно использовать некий самообучающийся подход, который бы не использовал терминов значений порогов и пропускной способности, и не делал никаких предположений об условиях распространения сигнала. В этом случае предлагаемый алгоритм мог бы работать в любых условиях распространения сигнала.The adaptive circuit selects the current value of the objective function as the starting one, i.e. initial state, and then adjusts the threshold values to optimize the objective function. Since the characteristics of the system depend on the state of the propagation channel, which, in turn, has a substantially unsteady nature, this approach requires the presence of some kind of adaptive circuit that would switch the threshold values dynamically. Moreover, since it is difficult to obtain an analytical dependence of the system capacity on thresholds in real conditions, for example, when noise-immune coding is used in the system, it would be useful to implement some kind of self-learning approach that would not use the terms of thresholds and bandwidth values, and made no assumptions about the propagation conditions of the signal. In this case, the proposed algorithm could work under any conditions of signal propagation.
Данный алгоритм обладает высокой эффективностью для достижения максимальной средней пропускной способности. С другой стороны, в OFDM модеме значение частного отклика канала распространения существенно изменяется от поднесущей к поднесущей и от временного OFDM символа к символу. Это приводит к необходимости передачи большого объема служебной информации, содержащей значения оценок отношения сигнал-шум для всех поднесущих в канале обратной связи. Поэтому реализация алгоритма [2] затруднена на практике.This algorithm is highly efficient to achieve maximum average throughput. On the other hand, in an OFDM modem, the value of the private response of the propagation channel varies significantly from subcarrier to subcarrier and from a temporary OFDM symbol to symbol. This makes it necessary to transmit a large amount of overhead information containing the values of the signal-to-noise ratio estimates for all subcarriers in the feedback channel. Therefore, the implementation of the algorithm [2] is difficult in practice.
Аналогичный подход к решению проблемы максимальной пропускной способности системы связи положен в основу опубликованных патентных документов [11] и [12]. При этом в указанных решениях сохранились вышеотмеченные недостатки, заключающиеся главным образом в нерациональном использовании доступной емкости каналов связи.A similar approach to solving the problem of maximum throughput of a communication system is the basis for published patent documents [11] and [12]. At the same time, the aforementioned drawbacks, consisting mainly in the irrational use of the available capacity of communication channels, were retained in the indicated solutions.
Наиболее близким к предлагаемому решению является алгоритм выбора скорости передачи данных, т.е. выбора схемы модуляции и помехоустойчивого кодирования, рассмотренный в работе [3] и частично в [9] и [10]. Этот алгоритм-прототип LA (Link Adaptation) осуществляет основную функцию адаптации системы связи. Решения, принимаемые алгоритмом LA, основаны на предсказании вероятности пакетной ошибки, целевое значение которой в системе связи заранее устанавливается. В большинстве известных схем типа LA, например, [4], предсказание основано на текущем значении отношения сигнал-шум. В этом случае используется семейство кривых вероятности пакетной ошибки в зависимости от отношения сигнал-шум для различных вариантов многолучевого распространения сигнала.Closest to the proposed solution is an algorithm for selecting a data transfer rate, i.e. the choice of modulation scheme and noise-correcting coding, considered in [3] and partially in [9] and [10]. This prototype LA (Link Adaptation) algorithm performs the basic function of adapting a communications system. The decisions made by the LA algorithm are based on predicting the probability of a packet error, the target value of which is set in advance in the communication system. In most known LA-type circuits, for example, [4], prediction is based on the current signal-to-noise ratio. In this case, a family of packet error probability curves is used depending on the signal-to-noise ratio for various variants of multipath signal propagation.
Скорость передачи данных выбирается таким образом, чтобы заданная целевая вероятность пакетной ошибки не была превышена. Для частотно-селективных каналов, однако, отношение сигнал-шум не достаточно адекватно описывает качество канала распространения. Средняя пропускная способность может быть значительно улучшена, если выбор подходящей скорости передачи данных будет выполняться на основе предсказания значения вероятности пакетной ошибки для текущих условий распространения сигнала. В работе [3] вероятность пакетной ошибки для данной скорости передачи данных может быть предсказана на основе оценки отношения сигнал-шум и некоего индикатора, который может быть подсчитан из оценки частотного отклика канала распространения.The data rate is selected so that the specified target probability of a packet error is not exceeded. For frequency selective channels, however, the signal-to-noise ratio does not adequately describe the quality of the propagation channel. The average throughput can be significantly improved if the selection of an appropriate data rate is made based on the prediction of the probability value of the packet error for the current propagation conditions of the signal. In [3], the probability of a burst error for a given data transfer rate can be predicted based on an estimate of the signal-to-noise ratio and a certain indicator, which can be calculated from an estimate of the frequency response of the propagation channel.
Во-первых, данному алгоритму-прототипу присущи все недостатки, указанные для алгоритма [1]. Более того, алгоритм [3] основан на использовании оценки частотного отклика канала распространения. В некоторых системах, например, использующих дифференциальные типы модуляции, нет необходимости использовать оценку канала распространения, и соответствующие пилот сигналы в структуре OFDM сигнала просто отсутствуют. Это приводит к сложности получения необходимой оценки. В работе [3] оценка характеристик пропускной способности осуществляется для определенной модели канала распространения. Таким образом, остается неясным, может ли тот же подход быть использован для других типов каналов распространения. Заметим также, что в данном алгоритме для принятия решения не используется обратная связь от приемной стороны к передающей. В этом случае заявленное качество приема сигнала не может быть гарантировано.Firstly, this prototype algorithm has all the disadvantages indicated for the algorithm [1]. Moreover, the algorithm [3] is based on the use of an estimate of the frequency response of the propagation channel. In some systems, for example, using differential types of modulation, there is no need to use a distribution channel estimate, and corresponding pilot signals in the OFDM signal structure are simply absent. This makes it difficult to obtain the required grade. In [3], the characteristics of the throughput are estimated for a certain model of the distribution channel. Thus, it remains unclear whether the same approach can be used for other types of distribution channels. Note also that in this algorithm for making decisions, feedback from the receiving side to the transmitting side is not used. In this case, the claimed signal reception quality cannot be guaranteed.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в том, чтобы максимально повысить пропускную способность OFDM системы связи в условиях, когда возможны помехи в полосе сигнала.The problem to which the invention is directed, is to maximize the throughput of the OFDM communication system in conditions where interference in the signal band is possible.
Поставленная задача решена за счет разработки способа адаптации скорости передачи данных в системе OFDM при наличии помех, заключающегося в адаптивном изменении используемых поднесущих и скорости передачи данных на этих поднесущих в OFDM системе связи, которая использует кадровую структуру сигнала и одну из Р возможных скоростей передачи данных в условиях помех в полосе сигнала и при заданном целевом уровне вероятности битовой ошибки, за счет выполнения следующих операций:The problem is solved by developing a method for adapting the data transmission rate in the OFDM system in the presence of interference, which consists in adaptively changing the used subcarriers and the data transmission rate on these subcarriers in the OFDM communication system, which uses the signal frame structure and one of the P possible data rates in interference conditions in the signal band and at a given target level of bit error probability, due to the following operations:
на передающей сторонеon the transmitting side
- перед модуляцией и кодированием исходные информационные биты каждого кадра группируют в блоки по L штук и кодируют, в результате к каждому блоку добавляют проверочные биты;- before modulation and coding, the initial information bits of each frame are grouped into blocks of L pieces and encoded, as a result, check bits are added to each block;
- первый кадр передают на минимальной скорости V1;- the first frame is transmitted at a minimum speed V 1 ;
- поднесущие OFDM сигнала разделяют на J групп по N рядом стоящих поднесущих в группе, передачу данных на поднесущих пораженных групп не проводят;- subcarriers of the OFDM signal are divided into J groups of N adjacent subcarriers in the group, data is not transmitted to the subcarriers of the affected groups;
- мощность неиспользуемых поднесущих распределяют пропорционально между используемыми поднесущими так, что мощность передаваемого сигнала не зависит от числа используемых групп поднесущих;- the power of the unused subcarriers is distributed proportionally between the used subcarriers so that the transmitted signal power does not depend on the number of groups of subcarriers used;
на приемной сторонеon the receiving side
- определяют поднесущие OFDM сигнала, которые поражены помехами;- determine the OFDM signal subcarriers that are affected by interference;
- если поражено не менее N1 поднесущих группы, группу считают пораженной помехами;- if at least N1 subcarriers of the group are affected, the group is considered affected by interference;
- правило назначения скорости передачи для используемых групп поднесущих очередного кадра и необходимость повтора данных текущего кадра, передаваемого на скорости VK, устанавливают на основе анализа частоты блоковой ошибки (BLER) текущего и предыдущих кадров, при этом используют функциональную зависимость между вероятностью блоковой ошибки BLER и вероятностью битовой ошибки BER и при приеме каждого j-го кадра:- the rule of assigning the transmission speed for the used groups of subcarriers of the next frame and the need to repeat the data of the current frame transmitted at a speed of V K are established based on the analysis of the block error frequency (BLER) of the current and previous frames, using the functional relationship between the probability of a BLER block error and the probability of a BER bit error and upon receipt of each j-th frame:
- путем анализа проверочных бит блоков выявляют верно и неверно принятые блоки этого кадра;- by analyzing the check bits of the blocks, correctly and incorrectly received blocks of this frame are detected;
- определяют BLERj этого кадра как отношение числа неверно принятых блоков кадра к общему числу блоков кадра;- define BLERj of this frame as the ratio of the number of incorrectly received blocks of the frame to the total number of blocks of the frame;
- если вероятность блоковой ошибки текущего кадра BLERj превосходит значение первого порога H1, принимают решение о необходимости повторной передачи данных этого кадра;- if the probability of a block error of the current frame BLERj exceeds the value of the first threshold H1, decide on the need for retransmission of data of this frame;
- используя априори найденную функциональную зависимость между BER и BLER, по Q последним принятым кадрам вычисляют средние вероятности битовой ошибки BER(K) для скорости VK, а также BER(K-1) для скорости VK-1, если скорость VK не является минимальной, и BER(K+1) для скорости VK+1, если скорость VK не является максимальной;- using a priori found functional relationship between BER and BLER, the average probabilities of bit error BER (K) for speed V K and also BER (K-1) for speed V K-1 are calculated from Q last received frames, if speed V K is not is minimum, and BER (K + 1) for speed V K + 1 , if speed V K is not maximum;
- если скорость передачи VK текущего кадра не максимальна, для очередного кадра формируют повышающую прогнозную величину BER1, соответствующую его передаче на скорости VK+1, вычисляя объединенную среднюю вероятность битовой ошибки для скоростей VK и VK+1;- if the transmission speed V K of the current frame is not maximum, an increasing forecast value BER1 is formed for the next frame corresponding to its transmission at speed V K + 1 , calculating the combined average probability of bit error for speeds V K and V K + 1 ;
- если скорость передачи VK текущего кадра не минимальна, для очередного кадра формируют понижающую прогнозную величину BER2, соответствующую его передаче на скорости VK-1, вычисляя объединенную среднюю вероятность битовой ошибки для скоростей VК и VK-1;- if the transmission speed V K of the current frame is not minimal, a lower forecast value BER2 is formed for the next frame corresponding to its transmission at speed V K-1 , calculating the combined average probability of bit error for speeds V K and V K-1 ;
- для очередного кадра выбирают скорость передачи VK+1 при одновременном выполнении следующих условий: скорость передачи текущего кадра VK не максимальна, вероятность блоковой ошибки для текущего j-го и предыдущего (j-1)-го кадров BLERj, BLERj-1 равны нулю, средняя вероятность битовой ошибки BER(K+1) для скорости передачи VK+1 не превосходит второго порога Н2, повышающая прогнозная величина BER1 не превосходит третьего порога Н3;- for the next frame, the transmission speed V K + 1 is selected under the following conditions: the transmission speed of the current frame V K is not maximum, the probability of a block error for the current j-th and previous (j-1) -th frames BLERj, BLERj-1 are equal zero, the average probability of a bit error BER (K + 1) for the transmission speed V K + 1 does not exceed the second threshold Н2, increasing the predicted value BER1 does not exceed the third threshold Н3;
- для очередного кадра выбирают скорость передачи VK, если скорость передачи текущего кадра VK является минимальной или при одновременном выполнении следующих условий: не выполняется, по меньшей мере, одно из условий выбора скорости VK+1, вероятность блоковой ошибки для текущего j-го кадра BLERj не превосходит первого порога H1, понижающая прогнозная величина BER2 не превосходит третьего порога Н3;- for the next frame, the transmission speed V K is selected if the transmission speed of the current frame V K is minimal or at the same time the following conditions are met: at least one of the conditions for selecting the speed V K + 1 is not satisfied, the probability of a block error for the current j- frame BLERj does not exceed the first threshold H1, lowering the predicted value BER2 does not exceed the third threshold H3;
- для очередного кадра выбирают скорость передачи VK-1 если не выполняется условие выбора скорости передачи VK;- for the next frame, the transmission speed V K-1 is selected if the condition for selecting the transmission speed V K is not met;
непораженные группы поднесущих, скорость передачи данных очередного кадра, а также необходимость повтора данных текущего кадра передают в служебном сообщении по каналу обратной связи от приемной стороны к передающей стороне.unaffected subcarrier groups, the data rate of the next frame, and also the need to repeat the data of the current frame are transmitted in an overhead message via the feedback channel from the receiving side to the transmitting side.
Таким образом, основной особенностью заявляемого изобретения является адаптация не только скорости передачи данных, но также и используемых поднесущих OFDM сигнала в соответствии с возможным присутствием помех в полосе сигнала. При этом особенность - адаптация скорости передачи данных используемых поднесущих состоит в том, что оценка качества приема данных осуществляется не по SNR, а по проверочным битам блоков кадра данных. Это гарантирует целевую BER.Thus, the main feature of the claimed invention is the adaptation of not only the data transfer rate, but also the used OFDM subcarriers of the signal in accordance with the possible presence of interference in the signal band. At the same time, the peculiarity is the adaptation of the data transmission rate of the used subcarriers in that the quality of data reception is assessed not by SNR, but by check bits of data frame blocks. This guarantees the target BER.
Для практической реализации заявляемого способа важно, чтобы количество групп J, на которые разделяют поднесущие OFDM сигнала, и, соответственно, число N поднесущих в группе определяли исходя из допустимого объема служебной информации в канале обратной связи от приемной стороны к передающей.For the practical implementation of the proposed method, it is important that the number of groups J into which the OFDM signal subcarriers are divided, and, accordingly, the number N of subcarriers in the group is determined based on the permissible amount of overhead in the feedback channel from the receiving side to the transmitting side.
Для практической реализации заявляемого способа важно, чтобы функциональную зависимость между вероятностью блоковой ошибки BLER и вероятностью битовой ошибки BER определяли на основе моделирования приема блоков необходимой длины в различных условиях, построения соответствующих кривых зависимости BER от BLER и подбора приемлемой аналитической аппроксимации этих зависимостей.For the practical implementation of the proposed method, it is important that the functional relationship between the probability of a BLER block error and the probability of a BER bit error is determined by modeling the reception of blocks of the required length under various conditions, constructing the corresponding BER versus BLER curves and selecting an acceptable analytical approximation of these dependencies.
Для практической реализации заявляемого способа важно, чтобы в случае отсутствия кадров, принятых на скорости VK-1 в последних Q принятых кадрах, среднюю вероятность битовой ошибки для этой скорости BER(K-1) полагали равной отношению средней вероятности битовой ошибки BER(K) для скорости VK и параметра А.For the practical implementation of the proposed method, it is important that in the absence of frames received at speed V K-1 in the last Q received frames, the average probability of a bit error for this speed BER (K-1) is assumed to be equal to the ratio of the average probability of a bit error BER (K) for speed V K and parameter A.
Для практической реализации заявляемого способа важно, чтобы в случае отсутствия кадров, принятых на скорости VK+1 в последних Q принятых кадрах, среднюю вероятность битовой ошибки для этой скорости BER(K+1) полагали равной произведению средней вероятности битовой ошибки BER(K) для скорости VK и параметра А.For the practical implementation of the proposed method, it is important that in the absence of frames received at a speed of V K + 1 in the last Q received frames, the average probability of a bit error for this speed BER (K + 1) is assumed to be equal to the product of the average probability of a bit error BER (K) for speed V K and parameter A.
Для практической реализации заявляемого способа важно, чтобы второй порог Н2 определяли как произведение целевой вероятности битовой ошибки на повышающий множитель С1.For the practical implementation of the proposed method, it is important that the second threshold H2 is defined as the product of the target probability of the bit error by the increasing factor C1.
Для практической реализации заявляемого способа важно, чтобы первый порог H1 определяли по функциональной зависимости между вероятностью блоковой ошибки BLER и вероятностью битовой ошибки BER и выбирали равным величине BLER, соответствующей значению BER, равному второму порогу Н2.For the practical implementation of the proposed method, it is important that the first threshold H1 is determined by the functional relationship between the probability of a block error BLER and the probability of a bit error BER and chosen equal to the value BLER corresponding to the value BER equal to the second threshold H2.
Для практической реализации заявляемого способа важно, чтобы среднее значения битовой ошибки BER для некоторой скорости передачи определяли как отношение суммы значений вероятности битовой ошибки кадров, принятых на данной скорости за Q последних кадров, к числу таких кадров.For the practical implementation of the proposed method, it is important that the average value of the bit error BER for a certain transmission rate is determined as the ratio of the sum of the values of the probability of bit error frames received at this speed for Q last frames to the number of such frames.
Для практической реализации заявляемого способа важно, чтобы количество кадров Q, по которым вычисляют средние значения битовой ошибки для некоторых скоростей, определяли в соответствии со скоростью изменения условий приема.For the practical implementation of the proposed method, it is important that the number of Q frames by which the average values of the bit error are calculated for some speeds are determined in accordance with the rate of change of the reception conditions.
Для практической реализации заявляемого способа важно, чтобы вероятность битовой ошибки кадра определяли по вероятности BLER этого кадра по априори найденной функциональной зависимости между BER и BLER.For the practical implementation of the proposed method, it is important that the probability of a frame bit error is determined by the BLER probability of this frame from the a priori found functional dependence between BER and BLER.
Для практической реализации заявляемого способа важно, чтобы объединенную среднюю вероятность битовой ошибки для скоростей Vn и Vm вычисляли как средневзвешенную сумму средних значений битовой ошибки этих скоростей, где веса пропорциональны использованию этих скоростей за последние Q кадров.For the practical implementation of the proposed method, it is important that the combined average bit error probability for the Vn and Vm speeds is calculated as the weighted average sum of the average bit error values of these speeds, where the weights are proportional to the use of these speeds for the last Q frames.
Для практической реализации заявляемого способа важно, чтобы третий порог Н3 определяли как произведение целевой вероятности битовой ошибки на понижающий множитель С2.For the practical implementation of the proposed method, it is important that the third threshold H3 is defined as the product of the target probability of the bit error by the reducing factor C2.
Заявляемое изобретение может быть использовано для OFDM систем связи, работающих при возможном наличие помех в полосе сигнала. Изобретение решает задачу максимизации пропускной способности системы за счет адаптации используемых поднесущих OFDM сигнала и скорости передачи данных на них. Может быть использован известный метод определения пораженных помехами поднесущих, либо улучшенный оригинальный метод, предлагаемый в настоящем изобретении.The invention can be used for OFDM communication systems operating with possible interference in the signal band. The invention solves the problem of maximizing system throughput by adapting the OFDM signal subcarriers used and the data rate to them. A known method for determining affected subcarriers, or an improved original method of the present invention, can be used.
Основными элементами предлагаемого изобретения являетсяThe main elements of the invention are
- определение пораженных помехами поднесущих;- determination of subcarriers affected by interference;
- непосредственный анализ качества приема данных через проверочные биты блоков кадра;- direct analysis of the quality of data reception through the check bits of the frame blocks;
- заранее определенная функциональная зависимость между вероятностью битовой ошибки и вероятностью блоковой ошибки.- a predetermined functional relationship between the probability of a bit error and the probability of a block error.
Последние две особенности позволяют так построить процедуру адаптации скорости передачи данных к условиям приема, чтобы максимизировать среднюю скорость передачи данных и одновременно гарантировать целевую вероятностью битовой ошибки при приеме группы кадров.The last two features make it possible to construct a procedure for adapting the data rate to the reception conditions in order to maximize the average data rate and at the same time guarantee the target probability of a bit error when receiving a group of frames.
Предложенные в изобретении положения могут при незначительной модификации войти в современные стандарты беспроводной связи, использующие OFDM технологию.Proposed in the invention, the provisions may, with minor modifications, enter modern wireless standards using OFDM technology.
Для лучшего понимания существа изобретения оно поясняется чертежами.For a better understanding of the invention, it is illustrated by drawings.
Фиг.1 - структурная схема устройства, реализующего заявляемый способ, гдеFigure 1 - structural diagram of a device that implements the inventive method, where
1 - блок управления;1 - control unit;
2 - блок добавления проверочных бит CRC;2 - block add test bits CRC;
3 - блок помехоустойчивого кодирования;3 - block noise-resistant coding;
4 - блок модуляции;4 - modulation unit;
5 - блок формирования потока модулирующих символов и нормировки;5 - block forming a flow of modulating symbols and normalization;
6 - передатчик OFDM сигнала;6 - OFDM signal transmitter;
7 - приемник OFDM сигнала;7 - receiver OFDM signal;
8 - блок определения пораженных помехами поднесущих OFDM сигнала;8 is a block for determining the affected OFDM signal subcarriers;
9 - блок выкалывания комплексных амплитуд неиспользуемых поднесущих;9 - block puncturing complex amplitudes of unused subcarriers;
10 - блок демодуляции;10 - block demodulation;
11 - блок декодирования;11 - decoding unit;
12 - блок назначения скорости передачи и определения необходимости повтора;12 - block assignment of the transmission speed and determine the need for repetition;
13 - блок выкалывания бит CRC.13 - block puncturing bits CRC.
Фиг.2 - алгоритм функционирования блока назначения скорости передачи очередного кадра и определения необходимости повтора данных текущего кадра, гдеFigure 2 - the functioning algorithm of the unit for assigning the transmission rate of the next frame and determine the need to repeat the data of the current frame, where
14 - старт;14 - start;
15 - ввод бит текущего кадра;15 - input bits of the current frame;
16 - проверка правильности приема блоков кадра;16 - verification of the correct reception of block frames;
17 - расчет вероятности блоковой ошибки текущего кадра BLERj;17 - calculation of the probability of a block error of the current frame BLER j ;
18 - сравнение BLERj с первым порогом H1;18 is a comparison of BLER j with a first threshold H1;
19 - принятие решения о необходимости повторной передачи данных текущего кадра;19 - making a decision on the need for retransmission of data of the current frame;
20 - определение расчетной вероятности битовой ошибки текущего кадра BERj;20 - determination of the estimated bit error probability of the current frame BER j ;
21 - вычисление средней вероятности битовой ошибки BER(K) для скорости VK;21 - calculation of the average probability of a bit error BER (K) for speed V K ;
22 - определение, является ли скорость VK максимальной;22 - determining whether the speed V K is maximum;
23 - вычисление средней вероятности битовой ошибки BER(K+1) для скорости VK+1;23 - calculation of the average probability of a bit error BER (K + 1) for speed V K + 1 ;
24 - формирование повышающей прогнозной величины BER1;24 - the formation of increasing the predicted value of BER1;
25 - определение, является ли скорость VK минимальной;25 is a determination of whether the speed V K is minimum;
26 - вычисление средней вероятности битовой ошибки BER(K-1) для скорости VK-1;26 - calculation of the average probability of a bit error BER (K-1) for speed V K-1 ;
27 - формирование понижающей прогнозной величины BER2;27 - the formation of a lower forecast value of BER2;
28 - проверка условия повышения скорости передачи;28 - verification of the conditions for increasing the transmission rate;
29 - выбор скорости передачи VK+1;29 - the choice of transmission speed V K + 1 ;
30 - проверка условия сохранения скорости передачи;30 - verification of the conditions for maintaining the transmission speed;
31 - выбор скорости передачи VK;31 - selection of transmission speed V K ;
32 - определение, является ли скорость VK минимальной;32 is a determination of whether the speed V K is minimum;
33 - выбор скорости передачи VK-1;33 - selection of the transmission speed V K-1 ;
34 - выбор минимальной скорости передачи;34 - selection of the minimum transmission rate;
35 - вывод выбранной скорости передачи очередного кадра и необходимости повтора данных текущего кадра.35 - output of the selected transmission rate of the next frame and the need to repeat the data of the current frame.
Фиг.3 - пример зависимости BLER от BER.Figure 3 is an example of the dependence of BLER from BER.
Фиг.4 - спектральная эффективность в зависимости от отношения сигнал-шум.Figure 4 - spectral efficiency depending on the signal-to-noise ratio.
Заявляемый способ реализуют в устройстве приемопередачи, структурная схема которого представлена на Фиг.1.The inventive method is implemented in the device transceiver, a structural diagram of which is presented in figure 1.
На передающей стороне поток исходных бит, предназначенных для передачи, поступает с верхних уровней системы связи на вход блока 1 управления, где он разбивается на кадры. Исходные информационные биты очередного кадра или информационные биты кадра, принятого ранее неверно, поступают на блок 2 добавления проверочных бит CRC, где они группируются в блоки по L штук и кодируются, в результате к каждому блоку добавляются проверочные биты CRC. Кодирование осуществляют, например, кодом БЧХ (Бозе Чоудхури Хоквенгема), пример реализации которого приведен в [5].On the transmitting side, the stream of source bits intended for transmission comes from the upper levels of the communication system to the input of the
С выхода блока 2 исходные и проверочные биты кадра поступают на вход блока 3 помехоустойчивого кодирования (FEC), где производится их перемежение и исправляющее ошибки кодирование, например сверточное кодирование. Скорость кодирования задается сигналом с блока 1. Причем блок 1 управления для первого передаваемого кадра устанавливает скорость кодирования, соответствующую минимальной скорости передачи. Для последующих кадров выбирается скорость кодирования, соответствующая скорости передачи данных, указанной в служебном сообщении приемника в канале обратной связи от приемной стороны к передающей.From the output of block 2, the source and check bits of the frame go to the input of block 3 of error-correcting coding (FEC), where they are interleaved and error-correcting coding, for example convolutional coding. The coding rate is set by the signal from
В случае использования в системе связи гибридной ARQ (Automatic Repeat Request - Схемы автоматического перезапроса) блок кодирования для повторного передачи должен запоминать кодированные биты кадра на время, пока в служебном сообщении приемника не поступит информация об отсутствии необходимости повтора этого кадра. Сигнал необходимости повтора кодированных бит кадра поступает с блока 1 управления.If a hybrid ARQ (Automatic Repeat Request) scheme is used in the communication system, the encoding unit for retransmission must store the encoded bits of the frame for a time until information is received in the receiver's service message that there is no need to repeat this frame. The signal of the need to repeat the encoded bits of the frame comes from the
С выхода блока 3 FEC кодированные биты передаваемого кадра поступают на блок 4 модуляции, где этим битам ставят в соответствии комплексные величины - символы, определяемый видом модуляции. Вид модуляции задается сигналом с блока 1 управления. Причем блок 1 для первого кадра выбирает модуляцию, соответствующую минимальной скорости передачи данных. Для последующих кадров выбирается вид модуляции, соответствующий скорости передачи данных, указанной в служебном сообщении приемника в канале обратной связи от приемной стороны к передающей.From the output of FEC block 3, the encoded bits of the transmitted frame are sent to modulation block 4, where complex bits are assigned to these bits - characters determined by the type of modulation. The type of modulation is set by the signal from the
С выхода блока 4 модуляции комплексные символы кадра поступают на блок 5 формирования потока модулирующих символов и нормировки. При этом в поток входных комплексных символов вставляют нулевые комплексные символы, соответствующие неиспользуемым группам поднесущих OFDM сигнала. Группа поднесущих состоит из N рядом расположенных поднесущих. Кроме того, комплексные символы умножают на нормировочный коэффициент, равный корню квадратному из отношения общего числа поднесущих OFDM сигнала к числу используемых поднесущих. Таким образом, мощность неиспользуемых поднесущих распределяют пропорционально между используемыми поднесущими, так что мощность передаваемого сигнала не зависит от числа используемых групп поднесущих. Неиспользуемые группы поднесущих задаются сигналом с блока 1. Причем блок 1 управления для первого кадра задает использование всех групп поднесущих. Для последующих кадров неиспользуемые группы поднесущих выбираются в соответствии с информацией о пораженных группах поднесущих, указанной в служебном сообщении приемника.From the output of modulation block 4, complex frame symbols are sent to block 5 for generating a modulating symbol stream and normalization. At the same time, zero complex symbols corresponding to unused OFDM signal subcarrier groups are inserted into the input complex symbol stream. The subcarrier group consists of N adjacent subcarriers. In addition, complex symbols are multiplied by a normalization coefficient equal to the square root of the ratio of the total number of OFDM signal subcarriers to the number of subcarriers used. Thus, the power of the unused subcarriers is distributed proportionally between the used subcarriers, so that the transmitted signal power does not depend on the number of subcarrier groups used. Unused subcarrier groups are defined by the signal from
С выхода блока 5 комплексные символы поступают на вход передатчика 6 OFDM сигнала, с выхода которого модулированный высокочастотный сигнал излучается в эфир. Пример реализации передатчика OFDM сигнала приведен в [5, 6].From the output of
На приемной стороне входной высокочастотный сигнал поступает на вход приемника 7 OFDM сигнала, с выхода которого комплексные амплитуды поднесущих поступают на вход блока 8 определения пораженных помехами поднесущих OFDM сигнала и вход блока 9 выкалывания комплексных амплитуд неиспользуемых поднесущих. Пример реализации приемника OFDM сигнала приведен в [5, 6].At the receiving side, the input high-frequency signal is fed to the input of the OFDM signal receiver 7, from the output of which the complex amplitudes of the subcarriers are fed to the input of the unit 8 for determining the affected subcarriers of the OFDM signal and the input of the unit 9 for puncturing the complex amplitudes of the unused subcarriers. An example implementation of an OFDM receiver is given in [5, 6].
В блоке 8 пораженные помехами поднесущие OFDM сигнала определяют посредством анализа спектральных компонент сигнала, например, как описано в [7, 8]. Принцип этого алгоритма состоит в усреднении мгновенного спектра принимаемого сигнала для построения гистограммы канального отклика в частотном домене. Гистограмма сравнивается со спектральным шаблоном полезного сигнала для определения групп поднесущих, которые содержат избыточную мощность. Эти группы поднесущих считаются пораженными помехами. Номера поднесущих OFDM сигнала, которые поражены помехами, поступают с выхода блока 8 на вход блока 1 управления. В блоке 1 управления группы поднесущих, в которых поражено не менее N1 (например, N1=N/2) поднесущих, считают пораженными помехами. Блок 1 включает номера пораженных помехами групп поднесущих в служебное сообщение для очередного кадра, передаваемое по каналу обратной связи от приемной стороны к передающей. Блок 1 также сохраняет эти номера для приема этого очередного кадра.In block 8, the OFDM signal subcarriers affected by interference are determined by analyzing the spectral components of the signal, for example, as described in [7, 8]. The principle of this algorithm is to average the instantaneous spectrum of the received signal to construct a histogram of the channel response in the frequency domain. The histogram is compared with the spectral pattern of the useful signal to determine groups of subcarriers that contain excess power. These subcarrier groups are considered affected by interference. The numbers of the subcarriers of the OFDM signal, which are affected by interference, come from the output of block 8 to the input of
В блоке 9 производят выкалывания комплексных амплитуд, соответствующих группам поднесущих, пораженных помехами. Пораженные группы поднесущих задаются сигналом с блока 1 управления.In block 9, complex amplitudes corresponding to groups of subcarriers affected by interference are punctured. Affected subcarrier groups are defined by a signal from
С выхода блока 9 комплексные амплитуды используемых поднесущих поступают на блок 10 демодуляции, где принимаемым комплексным амплитудам ставятся в соответствии мягкие решения о переданных кодированных битах. В случае использования когерентных видов модуляции для демодуляции также требуется оценка канала, которая может быть выполнена одним из известных методов, например, как в [6]. Вид модуляции поднесущих задается сигналом с блока 1 управления.From the output of block 9, the complex amplitudes of the used subcarriers arrive at
С выхода блока 10 мягкие решения о кодированных битах текущего кадра поступают на блок 11 декодирования, где производят известные операции исправляющего ошибки декодирования. Скорость кодирования задается сигналом с блока 1 управления. В случае использования в системе связи гибридной ARQ блок 11 декодирования для повторного декодирования также должен запоминать мягкие решения о битах кадра, который должен быть повторен. Сигнал запоминания мягких решений в этом случае задается блоком 1 управления.From the output of
С выхода блока 11 декодирования декодированные биты кадра поступают на вход блока 12 назначения скорости передачи и определения необходимости повтора и блока 13 выкалывания бит CRC. Блок 13 из входного потока бит выкалывает проверочные биты CRC и полученный поток принятых информационных бит кадра подает на вход блока 1 управления. В случае, если нет необходимости повтора данных текущего кадра, принятые информационные биты этого кадра с выхода блока 1 управления, который является выходом устройства, поступают на более высокие уровни системы связи. В случае, если принято решение о необходимости повтора данных текущего кадра, то принятые информационные биты этого кадра далее не используются.From the output of the decoding unit 11, the decoded bits of the frame are input to the transmission rate assigning unit 12 and determining whether to repeat and the CRC bit puncturing unit 13. Block 13 punctures the CRC check bits from the input bit stream and the received stream of received information bits of the frame feeds the
Блок 12 реализует правило назначения скорости передачи для используемых групп поднесущих очередного кадра и необходимость повтора данных текущего кадра, передаваемого на скорости VK. Это правило основано на анализе вероятности блоковой ошибки (BLER) текущего и предыдущих кадров, использует функциональную зависимость между вероятностью блоковой ошибки BLER и вероятностью битовой ошибки BER. Решение о скорости передачи очередного кадра и решение о необходимости повтора с выходов блока 12 поступают на входы блока 1 управления, где они сохраняются как параметры для приема этого очередного кадра. В блоке 1 эти параметры также включаются в служебное сообщение канала обратной связи, которое передается на передающую сторону.Block 12 implements the transmission rate assignment rule for the used subcarrier groups of the next frame and the need to repeat the data of the current frame transmitted at the speed VK. This rule is based on the analysis of the probability of a block error (BLER) of the current and previous frames, uses the functional relationship between the probability of a block error BLER and the probability of a bit error BER. The decision on the transmission speed of the next frame and the decision on whether to repeat from the outputs of block 12 go to the inputs of the
Точная функциональная зависимость между вероятностью блоковой ошибки BLER и вероятностью битовой ошибки BER в известной литературе отсутствует. Такая функциональная зависимость может быть найдена с помощью компьютерного моделирования приема блоков данных в различных условиях с последующей аппроксимацией полученных результатов, например, в виде полинома. Так, при использовании блоков с числом исходных информационных бит L=120 и семью проверочными битами установлена следующая приближенная функциональная зависимость между BER и BLERAn exact functional relationship between the probability of a BLER block error and the probability of a BER bit error is absent in the known literature. Such a functional dependence can be found using computer simulation of receiving data blocks under various conditions, followed by approximation of the results, for example, in the form of a polynomial. So, when using blocks with the number of source information bits L = 120 and seven test bits, the following approximate functional relationship between BER and BLER is established
где а=0.08, b=0.3.where a = 0.08, b = 0.3.
На Фиг.3 представлены кривые зависимости BLER от BER, полученные с помощью компьютерного моделирования в различных условиях приема. На чертеже сплошными линиями с маркерами показаны зависимости, соответствующие однолучевому и двулучевому каналам распространения с различными частотами фединга. Кривые получены при отношении мощностей сигнала и шума от 3 до 21 дБ. На Фиг.3 штриховой линией также показана аппроксимация полученных результатов формулой (1). Видно, что разница между кривыми, соответствующими разным условиям приема не велика, и приближенная зависимость (1) хорошо их аппроксимирует.Figure 3 presents the curves of the dependence of BLER from BER, obtained by computer simulation in various reception conditions. In the drawing, solid lines with markers show the dependencies corresponding to single-beam and double-beam propagation channels with different fading frequencies. The curves are obtained with a ratio of signal power and noise from 3 to 21 dB. In Fig. 3, the dashed line also shows the approximation of the results obtained by formula (1). It can be seen that the difference between the curves corresponding to different reception conditions is not large, and the approximate dependence (1) approximates them well.
Блок-схема реализации блока 12 назначения скорости передачи и определения необходимости повтора представлена на Фиг.2.The block diagram of the implementation of the block 12 assign the transmission speed and determine the need for repetition is presented in figure 2.
В блоке 12 при приеме каждого j-го текущего кадра выполняют следующие операции.In block 12, upon receipt of each j-th current frame, the following operations are performed.
После старта 14 осуществляют операцию 15 - ввод бит текущего кадра. Далее производят проверку 16 правильности приема блоков кадра, определяя верно и неверно принятые блоки кадра путем анализа проверочных бит блоков этого кадра (например, как описано в [5]).After
Затем выполняют операцию 17 - расчет BLERj, вычисляя отношение неверно принятых блоков кадра к общему числу блоков кадра.Then perform operation 17 - calculation BLERj, calculating the ratio of incorrectly received blocks of the frame to the total number of blocks of the frame.
Далее производят операцию 18 - сравнение вероятности блоковой ошибки текущего кадра BLERj с первым порогом H1. Первый порог H1 заранее определяют по функциональной зависимости (1) и выбирают равным величине BLER, соответствующей значению BER, равному произведению целевой вероятности битовой ошибки BERt на коэффициент С1. Это произведение назовем вторым порогом H2=С1·BERt.Next, perform the operation 18 - comparing the probability of block error of the current frame BLERj with the first threshold H1. The first threshold H1 is determined in advance by the functional dependence (1) and is chosen equal to the BLER value corresponding to the BER value equal to the product of the target probability of the bit error BER t by the coefficient C1. This product will be called the second threshold H2 = C1 · BER t .
Например, если BERt=0.01 и С1=6, то Н1=0.333.For example, if BER t = 0.01 and C1 = 6, then H1 = 0.333.
Если BLERj>H1, принимается решение о необходимости повторной передачи 19 данных этого кадра.If BLER j > H1, a decision is made whether to retransmit 19 data of this frame.
В противном случае, определяют расчетную вероятность битовой ошибки этого кадра BERj по вероятности BLERj (операция 20), используя зависимость (1) BERj=f(BLERj). Затем по Q последним принятым кадрам вычисляют среднюю вероятность битовой ошибки BER(K) для скорости VK (операция 21), в соответствии с выражениемOtherwise, the estimated bit error probability of this frame BERj is determined from the probability BLERj (operation 20) using the dependence (1) BER j = f (BLER j ). Then, using the Q last received frames, the average probability of a bit error BER (K) for the speed V K is calculated (operation 21), in accordance with the expression
где М(K) - число кадров, переданных на скорости VK за Q последних кадров, у величины 
Далее определяют, является ли скорость VK максимальной (операция 22). Если скорость VK не является максимальной, то вычисляют среднюю вероятность битовой ошибки BER(K+1) для скорости VK+1 (операция 23) аналогично выражению (3). В случае отсутствия кадров, принятых на скорости VK+1 в последних Q принятых кадрах полагают BER(K+1)=А·BER(K), A=8.Next, it is determined whether the speed V K is maximum (operation 22). If the speed V K is not maximum, then calculate the average probability of a bit error BER (K + 1) for speed V K + 1 (operation 23) similarly to expression (3). In the absence of frames received at a speed of V K + 1 in the last Q received frames, BER (K + 1) = A · BER (K) , A = 8.
После выполнения операции 23 для очередного кадра формируют повышающую прогнозную величину BER1 (операция 24), соответствующую его передаче на скорости VK+1, вычисляя объединенную среднюю вероятность битовой ошибки для скоростей VK и VK+1.After performing
После выполнения операции 24 определяют, является ли скорость VK минимальной (операция 25). Если скорость VK не является минимальной, вычисляют среднюю вероятность битовой ошибки BER(K-1) для скорости VK-1 (операция 26) аналогично выражению (3). В случае отсутствия кадров, принятых на скорости VK-1 в последних Q принятых кадрах полагают BER(K-1)=BER(K)/A.After
После выполнения операции 26 формируют понижающую прогнозную величину BER2 (операция 27), соответствующую передаче на скорости VK-1, вычисляя объединенную среднюю вероятность битовой ошибки для скоростей VK и VK-1.After performing
После выполнения операции 27 или в случае, если скорость VK является минимальной (результат операции 25) проверяют следующие условия (операция 28)After performing
где Н3=С2·BERt - третий порог С2=0.8.where Н3 = С2 · BER t is the third threshold С2 = 0.8.
В случае одновременного выполнения условий (6) для очередного кадра выбирают скорость передачи VK+1 (операция 29).In the case of simultaneous fulfillment of conditions (6) for the next frame, the transmission speed V K + 1 is selected (operation 29).
Если хотя бы одно из условий (6) не выполняется или если скорость VK является максимальной (результат операции 9), проверяют следующее условие (операция 30)If at least one of the conditions (6) is not satisfied or if the speed V K is maximum (the result of operation 9), check the following condition (operation 30)
В случае выполнения условия (7) для очередного кадра выбирают скорость передачи VK (операция 31).If condition (7) is satisfied, the transmission rate V K is selected for the next frame (operation 31).
Если условие (7) не выполняется, то после операции 6 проверяют, является ли скорость VK минимальной (операция 32). Если скорость VK не является минимальной, для очередного кадра выбирают скорость передачи VK-1 (операция 33). Если скорость VK является минимальной, то выбирают минимальную скорость передачи (операция 34).If condition (7) is not satisfied, then after step 6, it is checked whether the speed V K is minimal (step 32). If the speed V K is not minimum, a transmission speed V K-1 is selected for the next frame (operation 33). If the speed V K is minimum, then select the minimum transmission speed (operation 34).
После операций 29, 31, 33 или 34 сигнал о выбранной скорости передачи для очередного кадра и необходимости повтора данных текущего кадра поступает на выходы блока 12 (операция 35).After
После чего переходят к обработке следующего кадра (операция 15).Then they proceed to the processing of the next frame (operation 15).
На Фиг.4 представлены результаты моделирования зависимости спектральной эффективности от отношения сигнал-шум для предложенного алгоритма адаптации скорости для различной части поднесущих, пораженных помехами. В настоящем примере вероятность ошибки не превышает целевого значения BERt=0.01.Figure 4 presents the results of modeling the dependence of spectral efficiency on the signal-to-noise ratio for the proposed algorithm for adapting the speed for different parts of the subcarriers affected by interference. In the present example, the probability of error does not exceed the target value BER t = 0.01.
Данное изобретение может применяться в любых OFDM системах, таких как WLAN, WiMAX, функционирующих в нелицензируемых частотных диапазонах, где возможно присутствие помех от различных источников.This invention can be applied in any OFDM systems, such as WLAN, WiMAX, operating in unlicensed frequency ranges, where interference from various sources is possible.
Claims (12)
на передающей стороне
перед модуляцией и кодированием исходные информационные биты каждого кадра группируют в блоки по L штук и кодируют, в результате к каждому блоку добавляют проверочные биты;
первый кадр передают на минимальной скорости V1;
поднесущие OFDM-сигнала разделяют на J групп по N рядом стоящих поднесущих в группе, передачу данных на поднесущих пораженных групп не проводят;
мощность неиспользуемых поднесущих распределяют пропорционально между используемыми поднесущими так, что мощность передаваемого сигнала не зависит от числа используемых групп поднесущих;
на приемной стороне
определяют поднесущие OFDM-сигнала, которые поражены помехами;
если поражено не менее N1 поднесущих группы, группу считают пораженной помехами;
правило назначения скорости передачи для используемых групп поднесущих очередного кадра и необходимость повтора данных текущего кадра, передаваемого на скорости VK, устанавливают на основе анализа частоты блоковой ошибки (BLER) текущего и предыдущих кадров, при этом используют функциональную зависимость между вероятностью блоковой ошибки BLER и вероятностью битовой ошибки BER и при приеме каждого j-го кадра:
путем анализа проверочных бит блоков выявляют верно и неверно принятые блоки этого кадра;
определяют BLERj этого кадра как отношение числа неверно принятых блоков кадра к общему числу блоков кадра;
если вероятность блоковой ошибки текущего кадра BLERj превосходит значение первого порога H1, принимают решение о необходимости повторной передачи данных этого кадра;
используя априори найденную функциональную зависимость между BER и BLER, по Q последним принятым кадрам вычисляют средние вероятности битовой ошибки BER(K) для скорости VK, а также BER(K+1) для скорости VK-1, если скорость VK не является минимальной, и BER(K+1) для скорости VK+1, если скорость VK не является максимальной;
если скорость передачи VK текущего кадра не максимальна, для очередного кадра формируют повышающую прогнозную величину BER1, соответствующую его передаче на скорости VK+1, вычисляя объединенную среднюю вероятность битовой ошибки для скоростей VK и VK+1;
если скорость передачи VK текущего кадра не минимальна, для очередного кадра формируют понижающую прогнозную величину BER2, соответствующую его передаче на скорости VK-1, вычисляя объединенную среднюю вероятность битовой ошибки для скоростей VK и VK-1;
для очередного кадра выбирают скорость передачи VK+1 при одновременном выполнении следующих условий: скорость передачи текущего кадра VK не максимальна, вероятность блоковой ошибки для текущего j-го и предыдущего (j-1)-го кадров BLERj, BLERj-1 равна нулю, средняя вероятность битовой ошибки BER(k+1) для скорости передачи VK+1 не превосходит второй порог Н2, повышающая прогнозная величина BER1 не превосходит третий порог Н3;
для очередного кадра выбирают скорость передачи VK, если скорость передачи текущего кадра VK является минимальной или при одновременном выполнении следующих условий: не выполняется, по меньшей мере, одно из условий выбора скорости VK+1, вероятность блоковой ошибки для текущего j-го кадра BLERj не превосходит первый порог H1, понижающая прогнозная величина BER2 не превосходит третий порог Н3;
для очередного кадра выбирают скорость передачи VK-1 если не выполняется условие выбора скорости передачи VK;
непораженные группы поднесущих, скорость передачи данных очередного кадра, а также необходимость повтора данных текущего кадра передают в служебном сообщении по каналу обратной связи от приемной стороны к передающей стороне.1. A method of adapting the data rate in the OFDM system in the presence of interference, which consists in adaptively changing the used subcarriers and the data rate of these subcarriers in an OFDM communication system that uses the frame structure of the signal and one of the P possible data rates under interference in signal bandwidth and at a given target level of bit error probability, due to the following operations:
on the transmitting side
before modulation and coding, the initial information bits of each frame are grouped into blocks of L pieces and encoded, as a result, verification bits are added to each block;
the first frame is transmitted at a minimum speed V 1 ;
subcarriers of the OFDM signal are divided into J groups of N adjacent subcarriers in the group, data is not transmitted to the subcarriers of the affected groups;
the power of the unused subcarriers is distributed proportionally between the used subcarriers so that the transmitted signal power is independent of the number of subcarrier groups used;
on the receiving side
determining subcarriers of the OFDM signal that are affected by interference;
if at least N1 subcarriers of the group are affected, the group is considered affected by interference;
the rule of assigning the transmission rate for the used subcarrier groups of the next frame and the need to repeat the data of the current frame transmitted at the speed V K are established based on the analysis of the block error frequency (BLER) of the current and previous frames, using the functional relationship between the probability of a BLER block error and the probability bit error BER and upon receipt of each j-th frame:
by analyzing the check bits of the blocks, correctly and incorrectly received blocks of this frame are detected;
determining BLERj of this frame as the ratio of the number of incorrectly received frame blocks to the total number of frame blocks;
if the probability of a block error of the current frame BLERj exceeds the value of the first threshold H1, decide whether to retransmit the data of this frame;
using the a priori found functional relationship between BER and BLER, the average probability of bit error BER (K) for speed V K and also BER (K + 1) for speed V K-1 are calculated from Q last received frames if speed V K is not minimum, and BER (K + 1) for speed V K + 1 , if speed V K is not maximum;
if the transmission speed V K of the current frame is not maximum, an increasing forecast value BER1 is formed for the next frame corresponding to its transmission at speed V K + 1 , calculating the combined average probability of bit error for speeds V K and V K + 1 ;
if the transmission speed V K of the current frame is not minimal, a lower forecast value BER2 is formed for the next frame corresponding to its transmission at speed V K-1 , calculating the combined average probability of bit error for speeds V K and V K-1 ;
for the next frame, the transmission speed V K + 1 is selected under the following conditions: the transmission speed of the current frame V K is not maximum, the probability of a block error for the current j-th and previous (j-1) -th frames BLERj, BLERj-1 is zero , the average probability of a bit error BER (k + 1) for the transmission speed V K + 1 does not exceed the second threshold Н2, increasing the predicted value BER1 does not exceed the third threshold Н3;
for the next frame, the transmission speed V K is selected if the transmission speed of the current frame V K is minimal or at the same time the following conditions are met: at least one of the conditions for selecting the speed V K + 1 is not satisfied, the probability of a block error for the current j frame BLERj does not exceed the first threshold H1, lowering the predicted value BER2 does not exceed the third threshold H3;
for the next frame, the transmission speed V K-1 is selected if the condition for selecting the transmission speed V K is not met;
unaffected groups of subcarriers, the data rate of the next frame, and the need to repeat the data of the current frame are transmitted in an overhead message via the feedback channel from the receiving side to the transmitting side.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007114456/09A RU2344546C1 (en) | 2007-04-18 | 2007-04-18 | Adaptation of data transfer speed in ofdm system in presence of noises |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007114456/09A RU2344546C1 (en) | 2007-04-18 | 2007-04-18 | Adaptation of data transfer speed in ofdm system in presence of noises |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007114456A RU2007114456A (en) | 2008-10-27 |
| RU2344546C1 true RU2344546C1 (en) | 2009-01-20 |
Family
ID=40376165
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007114456/09A RU2344546C1 (en) | 2007-04-18 | 2007-04-18 | Adaptation of data transfer speed in ofdm system in presence of noises |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2344546C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2613021C1 (en) * | 2015-11-20 | 2017-03-14 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Стриж Телематика" | Method for coding and decoding messages |
| RU2646361C1 (en) * | 2017-08-31 | 2018-03-02 | Закрытое акционерное общество "Национальный институт радио и инфокоммуникационных технологий" (ЗАО "НИРИТ") | Method of ofdm signal reception |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101741512B (en) * | 2008-11-05 | 2013-04-17 | 华为技术有限公司 | Coding method and device |
-
2007
- 2007-04-18 RU RU2007114456/09A patent/RU2344546C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| MATTIAS LAMPE, TOBIAS GIEBEL, HERMANN ROHLING, WOLFGANG ZIRWAS, PER-Prediction for PHY mode selection in OFDM communication systems, GLOBECOM 2003 - IEEE Global Telecommunications Conference, no.1, Dec 2003, pp.25-29. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2613021C1 (en) * | 2015-11-20 | 2017-03-14 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Стриж Телематика" | Method for coding and decoding messages |
| RU2646361C1 (en) * | 2017-08-31 | 2018-03-02 | Закрытое акционерное общество "Национальный институт радио и инфокоммуникационных технологий" (ЗАО "НИРИТ") | Method of ofdm signal reception |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2007114456A (en) | 2008-10-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101421592B1 (en) | Apparatus and method for transmitting and receiving in interleaver division multiple access system | |
| US7864745B2 (en) | Data transmitting method with hybrid automatic repeat request in multi-carrier system | |
| EP3123684B1 (en) | Transmitter devices and method thereof | |
| US8625692B2 (en) | Transmission/reception apparatus and method for improving throughput in a multi-input multi-output communication system | |
| US8331259B2 (en) | Apparatus and method for adaptively generating channel quality indicator in wireless communication system | |
| KR100976634B1 (en) | Coding and modulation for multiple data streams in a communication system | |
| US7277498B2 (en) | Mapping method of code word with QAM modulation | |
| US20030097623A1 (en) | Method and apparatus for performance optimization and adaptive bit loading for wireless modems with convolutional coder, FEC, CRC and ARQ | |
| US8520755B2 (en) | Channel quality determination of a wireless communication channel based on received data | |
| JP4412005B2 (en) | Adaptive modulation method and data rate control method | |
| JP5355404B2 (en) | Communication control method, mobile station, and base station | |
| EP2088725B1 (en) | Technique for soft bit scaling | |
| JP5490150B2 (en) | Method for signaling the quality of a transmission channel | |
| WO2009066915A1 (en) | Apparatus and method for reporting channel quality indicator in wireless communication system | |
| JP2009506705A (en) | Data transmission / reception method in frequency allocation connection system and system using the same | |
| CN101167289A (en) | Transmitting apparatus, receiving apparatus, and link adaptation method | |
| KR102027828B1 (en) | Method and apparatus for estimating channel information | |
| KR101402906B1 (en) | Apparatus and method for power control in mobile communication system | |
| RU2344546C1 (en) | Adaptation of data transfer speed in ofdm system in presence of noises | |
| Luo et al. | Reinforcement learning aided link adaptation for downlink NOMA systems with channel imperfections | |
| JP4881939B2 (en) | Multi-carrier wireless communication system and multi-carrier wireless communication method | |
| CN107370564B (en) | Polarization code processing method and device and node | |
| CN103780362B (en) | Link performance prediction method and system based on MMIB in a kind of LTE system | |
| CN113890686A (en) | Polarization code processing method and device and node | |
| US20230388942A1 (en) | Determination of an Uplink Transmission Configuration |