RU2551818C1 - Способ пакетной передачи данных в системе беспроводной связи с harq с адаптивной компенсацией смещения оценки качества канала - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к способу передачи данных в системе беспроводной связи с гибридным автоматическим переспросом (HARQ). Технический результат состоит в обеспечении контроля уровня успешной доставки данных с первой попытки передачи, а также в повышении эффективности использования радиоресурсов и скорости передачи данных в системе беспроводной связи в целом. Для этого способ состоит в том, что осуществляют компенсацию смещения оценки CQI путем обработки HARQ-квитанций (7), на основе скомпенсированной оценки CQI выбирают сигнально-кодовую конструкцию (СКК), осуществляют с ее помощью кодирование пакета (6) данных, после чего осуществляют первую попытку передачи пакета кодированных данных приемнику (4) по прямому каналу (2), об успехе которой судят по виду HARQ-квитанции (7), полученной от приемника (4) по обратному каналу (3) в ответ на данную попытку. В случае, если полученная HARQ-квитанция (7) не являлась положительной, осуществляют по меньшей мере одну повторную попытку передачи пакета по прямому каналу (2). С целью обеспечения адаптивной компенсации смещения оценки CQI определяют первую метрику (S) с использованием, по меньшей мере, двух последних HARQ-квитанций и на ее основе определяют значение фактора грубой компенсации, определяют вторую метрику (Т) с использованием, по меньшей мере, одной из последних HARQ-квитанций и на ее основе определяют значение фактора тонкой компенсации, выполняют операцию сброса значения фактора тонкой компенсации до начального значения при изменении текущего значения фактора грубой компенсации и изменяют оценку CQI с учетом величин полученных значений фактора грубой компенсации и фактора тонкой �

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к области беспроводной связи, и, более конкретно к способу пакетной передачи данных в системах беспроводной связи с гибридным автоматическим переспросом (HARQ), в частности, в таких системах связи как LTE или WiMAX.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известен способ пакетной передачи данных с компенсацией смещения оценки (CQI) качества прямого канала (Kari Aho, Olli Alanen, Jorma Kaikkonen «CQI Reporting Imperfections and their Consequences in LTE Networks», ICN 2011, The Tenth International Conference on Networks, St. Maarten, The Netherlands Antilles, 2011, стр.241-245), в котором компенсация выполняется путем вычитания из оценки CQI единственного фактора компенсации, значение которого уменьшают на фиксированную величину A каждый раз при получении по обратному каналу положительной HARQ-квитанции в ответ на первую попытку передачи пакета или увеличивают на фиксированную величину B каждый раз при получении по обратному каналу HARQ-квитанции, не являющейся положительной, в ответ на первую попытку передачи пакета. Для обеспечения контроля доставки пакетов с первой попытки передачи на уровне (1-PER) величины A и B связываются между собой и с целевой вероятностью PER (Packet Error Rate) неудачной доставки пакета с первой попытки соотношением:

PER=1/(1+B/A).

Недостатком данного технического решения является то, что при характерных значениях целевой вероятности неудачной доставки PER (не более 0,1) величина отношения B/A должна быть довольно большой (не менее 9). Чтобы обеспечить такое высокое значение отношения B/A, шаг A фактора компенсации должен быть достаточно мал. Однако при малом значении величины A не обеспечивается быстрый переход в установившийся режим работы при значительных отрицательных смещениях оценки CQI. Более того, в силу возможных вариаций смещения оценки CQI во времени в ряде случаев не гарантируется вхождение в стационарный режим. Для устранения этого недостатка в рамках указанного способа можно предложить либо увеличить шаг B фактора компенсации, либо ограничить рабочий диапазон значений фактора компенсации. В первом случае это приводит к снижению точности компенсации смещения оценки CQI, что также является недостатком, поскольку в свою очередь приводит к снижению эффективности использования радиоресурсов и скорости передачи по причине использования менее эффективных СКК. Во втором случае рабочая область способа ограничивается узким диапазоном смещений оценки CQI, за пределами которого способ не обеспечивает контроль доставки пакетов с первой попытки передачи на целевом уровне (1-PER), что также является недостатком данного способа.

Наиболее близким аналогом настоящего изобретения является способ пакетной передачи данных в системе беспроводной связи с гибридным автоматическим переспросом (HARQ) и периодическим получением от приемника по обратному каналу сообщений, содержащих оценку качества прямого канала (см. патент US 20110243208 A1 дата приоритета 28.02.2010 г., дата публикации 06.10.2011 г.). Данный способ состоит в том, что осуществляют отложенную компенсацию смещения оценки CQI путем обработки HARQ-квитанций, на основе скомпенсированной оценки выбирают сигнально-кодовую конструкцию (СКК), осуществляют с ее помощью кодирование пакета данных, производят первую попытку передачи кодированного пакета данных приемнику по прямому каналу, об успехе которой судят по виду HARQ-квитанции, полученной по обратному каналу, после чего осуществляют, по меньшей мере, одну повторную попытку передачи этого пакета данных в случае, если полученная HARQ-квитанция не являлась положительной. В известном способе компенсацию смещения оценки CQI выполняют путем вычитания из значения CQI единственного фактора компенсации, вычисляемого с использованием его предыдущего значения и функции поправки, зависящей от текущего уровня вероятности неудачной передачи пакета PER или от комбинации PER и пропускной способности. При этом функция поправки имеет трехступенчатый вид, а именно при значениях аргумента выше первого порогового она принимает такие значения, что величина фактора компенсации увеличивается на одну константу, при значениях аргумента ниже второго порогового она принимает такие значения, что величина фактора компенсации уменьшается на другую константу, а в остальных случаях - величина фактора компенсации остается неизменной.

В известном техническом решении, использование метрик PER или комбинации PER с пропускной способностью, не позволяет контролировать уровень успешных (неудачных) поставок пакетов с первой попытки передачи, что является существенным для ряда систем беспроводной связи с гибридным автоматическим переспросом HARQ, таких как LTE, WiMAX и др., т.к. успех или неудача передачи пакета на последующих попытках не несет существенной информации о том, насколько эффективно была выбрана СКК для первой попытки передачи, поскольку для различных попыток передачи могут использоваться СКК с различными кодовыми скоростями, для которых вероятность успешной передачи пакета различна.

Кроме того, ступенчатый вид функции поправки приводит к потере точности компенсации смещения оценки CQI и снижению эффективности использования канала в целом, в особенности, при величине метрики между первым и вторым пороговыми значениями.

Также использование данного технического решения характеризуется медленным переходом в установившийся режим работы и слабой адаптивностью к условиям работы, что вызывается замедленной реакцией на изменения смещения оценки CQI, ввиду довольно продолжительного периода накопления статистики для получения значения метрики с необходимой точностью. Увеличение по абсолютной величине функции поправки приводит к пропорциональному снижению точности компенсации смещения оценки CQI, что в свою очередь приводит к снижению эффективности использования радиоресурсов и скорости передачи по причине использования менее эффективных СКК.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача, на решение которой направлено данное изобретение, заключается в создании способа пакетной передачи данных в системе беспроводной связи с гибридным автоматическим переспросом (HARQ), например, в системе мобильной связи четвертого поколения (4G) LTE (Long Term Evolution) или в системе связи WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access), в котором бы компенсация смещения оценки CQI качества прямого канала осуществлялась таким образом, что обеспечивался бы контроль уровня успешной доставки данных с первой попытки передачи, и при этом также повышалась эффективность использования радиоресурсов и скорость передачи данных в системе беспроводной связи в целом.

Поставленная задача решается тем, что в способе передачи данных в системе беспроводной связи с гибридным автоматическим переспросом (HARQ) и получением от приемника по обратному каналу сообщений, содержащих оценку (CQI) качества прямого канала, состоящем в том, что осуществляют компенсацию смещения оценки CQI путем обработки HARQ-квитанций, на основе скомпенсированной оценки CQI выбирают сигнально-кодовую конструкцию (СКК), осуществляют с ее помощью кодирование пакета данных, осуществляют первую попытку передачи пакета кодированных данных приемнику по прямому каналу, об успехе которой судят по виду HARQ-квитанции, полученной от приемника по обратному каналу в ответ на данную попытку, после чего в случае, если полученная предыдущая HARQ-квитанция не являлась положительной, осуществляют, по меньшей мере, одну повторную попытку передачи пакета по прямому каналу, согласно изобретению, компенсацию смещения оценки CQI осуществляют путем определения первой метрики с использованием, по меньшей мере, двух последних HARQ-квитанций, определения значения фактора грубой компенсации с учетом величины первой метрики, определения второй метрики с использованием, по меньшей мере, одной из последних HARQ-квитанций, определения значения фактора тонкой компенсации с учетом величины второй метрики, выполнения операции сброса значения фактора тонкой компенсации до начального значения при изменении текущего значения фактора грубой компенсации, изменения оценки CQI с учетом величин полученных значений фактора грубой компенсации и фактора тонкой компенсации.

Желательно первую метрику определять как отношение числа успешных первых попыток передачи пакетов к суммарному числу успешных и неудачных первых попыток передачи пакетов.

При этом предпочтительно величину S первой метрики определять в соответствии с зависимостью:

,

где W - число HARQ-квитанций, полученных по обратному каналу от приемника в ответ на первые попытки передачи пакетов, произведенные с момента предыдущего вычисления первой метрики или с момента начала работы, если первую метрику вычисляют впервые, a S_w - количество положительных HARQ-квитанций из этого числа.

Возможно величину S первой метрики определять периодически через равные промежутки времени.

Желательно при этом промежутки времени выбирать достаточными для получения по обратному каналу от приемника заданного числа W HARQ-квитанций, приходящих в ответ на первые попытки передачи пакетов, произведенные по прямому каналу с момента предыдущего вычисления первой метрики или с момента начала работы, если первую метрику вычисляют впервые.

В предпочтительном варианте величину S первой метрики определяют периодически через промежутки времени, достаточные для получения по обратному каналу от приемника заданного числа W₁ HARQ-квитанций (W=W₁), приходящих в ответ на первые попытки передачи пакетов, произведенные по прямому каналу с момента предыдущего вычисления первой метрики или с момента начала работы, если первую метрику вычисляют впервые, в случае, если все такие HARQ-квитанции являются положительными, или достаточные для получения заданного числа W₂ таких HARQ-квитанций (W=W₂), в случае, если все такие HARQ-квитанции не являются положительными, или достаточные для получения заданного числа W₃ таких HARQ-квитанций (W=W₃), в остальных случаях, причем W₃≥W₁>1 и W₃≥W₂>1.

Целесообразно текущее значение фактора грубой компенсации определять как сумму его предыдущего значения и поправки C₁ фактора грубой компенсации, связанной с величиной S первой метрики функциональной зависимостью, которая является невозрастающей в области допустимых значений величины S первой метрики, ограниченной по модулю значением Δ₁ (-Δ₁≤C₁≤Δ₁) и принимающей неотрицательные значения (C₁≥0) при S≤S_t и неположительные значения (C₁≤0) при S≥S_t, где S_t - целевой уровень первой метрики.

Область допустимых значений величины S первой метрики, предпочтительно, ограничивают интервалом 0≤S≤1, величину S_t целевого уровня первой метрики, предпочтительно, выбирают в пределах 0<S_t<1, при этом поправка C₁ фактора грубой компенсации связана с величиной S первой метрики, предпочтительно, зависимостью:

,

где S₁, S₂, k₁ и k₂ являются параметрами, такими, что 0≤S₁≤S_t, S_t<S₂≤1, S₁/(S₁+S_t)<k₁≤S_t/(S₁+S_t), S_t/(S₂+S_t)<k₂≤S₂/(S₂+S_t).

При этом величину T второй метрики желательно определять сразу после получения по обратному каналу от приемника HARQ-квитанции в ответ на первую попытку передачи пакета по прямому каналу.

Целесообразно определение второй метрики приостанавливать в момент изменения значения фактора грубой компенсации и возобновлять при получении по обратному каналу от приемника HARQ-квитанции в ответ на первую попытку передачи пакета, произведенную по прямому каналу после предыдущего вычисления первой метрики.

Величину Т второй метрики желательно выбирать равной «-Δ₂», если предыдущая HARQ-квитанция являлась положительной, или равной Δ₃, если предыдущая HARQ-квитанция не являлась положительной, причем Δ₂>0 и Δ₃>0, а значения величин Δ₂ и Δ₃ выбирают в соответствии с выражением:

,

где T_t - целевой уровень второй метрики (0<T_t<1).

Текущее значение фактора тонкой компенсации определяют, предпочтительно, как сумму его предыдущего значения и величины T второй метрики.

Предпочтительно, чтобы начальное значение фактора тонкой компенсации было равно нулю, а текущее значение фактора тонкой компенсации ограничено по модулю величиной Δ₄, равной значению Δ₁, ограничивающему по модулю поправку C₁ фактора грубой компенсации.

В предпочтительном варианте значение целевого уровня S_t первой метрики равно по величине значению целевого уровня T_t второй метрики (S_t=T_t).

Желательно, чтобы оценка CQI, фактор грубой компенсации и фактор тонкой компенсации имели размерность децибел.

Компенсацию смещения оценки CQI осуществляют, предпочтительно, для каждой пары передатчик-приемник или передатчик-подканал, или для каждой тройки передатчик-приемник-подканал в случае, если система беспроводной связи содержит несколько передатчиков или несколько приемников или несколько подканалов.

Компенсацию смещения оценки CQI осуществляют, предпочтительно, для каждого режима передачи в случае, если система беспроводной связи выполнена с возможностью осуществления нескольких режимов передачи, отличающихся используемым типом технологии MIMO.

Достигаемый технический результат при использовании способа пакетной передачи данных в системе беспроводной связи, согласно изобретению, заключается в обеспечении высокоточного адаптивного контроля уровня успешных попыток передачи пакетов по прямому каналу в широком диапазоне смещений оценки CQI, повышении эффективности использования радиоресурсов и скорости передачи данных в прямом канале, быстром переходе в установившийся режим работы, а также в простоте и удобстве интеграции предложенного решения с существующими системами беспроводной связи с гибридным автоматическим переспросом (HARQ), например, такими системами связи как LTE или WiMAX.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретных вариантов его осуществления и прилагаемыми чертежами, на которых, согласно изобретению:

фиг.1 изображает иллюстративно способ передачи данных в системе беспроводной связи с HARQ на примере системы мобильной связи LTE;

фиг.2 - блок-схему базовой станции системы связи, изображенной на фиг.1;

фиг.3 - структурную схему блока адаптивного выбора СКК;

фиг.4 - структурную схему блока внешнего цикла компенсации;

фиг.5 - общий вид графической зависимости величины поправки C₁ фактора грубой компенсации от величины S первой метрики.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

В любой системе беспроводной связи необходимый баланс скорости передачи данных и помехоустойчивости достигается путем кодирования/декодирования данных с использованием определенного набора сигнально-кодовых конструкций (СКК), обеспечивающих покрытие широкого диапазона кодовых скоростей.

Выбор наиболее эффективной СКК осуществляют с учетом оценки состояния канала связи. Например, если канал задается процессом с аддитивным белым гауссовым шумом, то его состояние полностью определяется величиной отношения сигнал-шум (ОСШ), которую часто называют оценкой качества канала (CQI). Проводя для каждой СКК сравнение порогового значения ОСШ, соответствующего заданному пороговому уровню ошибок, с текущей оценкой качества канала, определяют те СКК, для которых пороговое значение ОСШ лежит ниже оценки качества канала. Затем из этих СКК выбирают одну с наибольшей кодовой скоростью. Выбранную СКК используют для помехоустойчивого кодирования данных и передачи их по каналу связи, что позволяет обеспечить при доставке данных уровень ошибок ниже порогового и достигнуть при этом наивысшей эффективности использования радиоресурсов.

В системах беспроводной связи состояние канала зависит от времени, а в широкополосных системах связи и от частоты (т.н. частотно-селективный канал). В связи с этим оценку качества канала проводят с определенной периодичностью. Причем в широкополосных системах связи оценку качества канала зачастую проводят независимо по составляющим его отдельным подканалам, каждый из которых считают узкополосным, т.е. без частотной селективности. По выполнении очередной оценки качества канала одно или несколько полученных значений CQI квантуются для обеспечения возможности представления в бинарной форме и передаются по каналу обратной связи передатчику.

Для систем беспроводной связи, выполненных с технологией MIMO, CQI оценивают и используют при определении наилучшей СКК для каждого пространственного подканала передачи.

В системах беспроводной связи оценку ОСШ в канале передачи выполняют на приемнике по опорным сигналам. Текущее значение шум-фактора приемника при этом, как правило, точно неизвестно. Вместо точного значения шум-фактора используют приближенное, характерное для данного приемника значение. В связи с этим в процессе оценки ОСШ могут возникать расхождения с реальным значением ОСШ, приводящие в итоге к выбору менее эффективной СКК, снижению эффективности использования радиоресурсов и, как следствие, снижению скорости передачи данных. К снижению эффективности выбора СКК также приводят ошибки, обусловленные квантованием оценки канала, задержкой доведения оценки, изменчивостью канала во времени вследствие многолучевого распространения сигнала, случайным (или не случайным) влиянием сторонних передатчиков, использованием для передачи подканалов с преимущественно лучшей оценкой CQI и многих других факторов. Фактически, указанные факторы приводят к появлению смещения оценки состояния канала относительно его истинного значения. Это смещение может меняться с течением времени по некоторому псевдослучайному закону, который неизвестен приемнику и передатчику. Появление смещения оценки CQI влияет на выбор СКК. При этом система связи либо не может гарантировать, что вероятность неудачной передачи пакета с первой попытки не превосходит пороговый уровень, что приводит к повышению числа повторных попыток передачи (при положительном смещении), либо не может гарантировать оптимальную эффективность используемых СКК, что приводит к завышенной избыточности применяемой СКК (при отрицательном смещении). В обоих случаях значительно снижается эффективность использования радиоресурсов и, как следствие, скорость передачи данных.

Оперативная компенсация смещения оценки CQI на передатчике позволяет снизить негативный эффект, вызванный этим смещением.

Для обнаружения и исправления ошибок, возникающих при передаче данных в системах беспроводной связи, применяют механизмы автоматического запроса повторной передачи (HARQ). Для обнаружения ошибок каждый пакет при передаче снабжают контрольной суммой, вычисляемой путем логических операций над данными, находящимися в этом пакете. Контрольную сумму кодируют на передатчике вместе с остальными данными пакета и декодируют на приемнике по получении пакета. После декодирования контрольную сумму вычисляют путем аналогичных логических операций над декодированными данными и сравнивают с принятой контрольной суммой. В случае совпадения обеих контрольных сумм считают, что передача пакета была выполнена без ошибок, и информируют об этом передатчик путем передачи по обратному каналу положительной HARQ-квитанции. В случае несовпадения контрольных сумм считают, что передача пакета была выполнена с ошибкой, и информируют об этом передатчик путем передачи по обратному каналу отрицательной HARQ-квитанции. По приему положительной HARQ-квитанции передатчиком проведенную попытку передачи пакета считают успешной. В противном случае считают, что попытка передачи пакета была выполнена неудачно и выполняют следующую попытку передачи того же пакета данных в соответствии с правилами протокола передачи. Также сравнивают число проведенных попыток передачи пакета с максимальным числом попыток передачи, по достижении которого повторные попытки не производят, а данный пакет отбрасывают.

Ниже рассматривается один из предпочтительных вариантов осуществления способа пакетной передач данных в системе беспроводной связи с гибридным автоматическим переспросом, согласно изобретению, на примере системы LTE, иллюстративно изображенной на фиг.1. В системе LTE базовая станция 1, передающая данные по прямому каналу 2, периодически получает по обратному каналу 3 от принимающего абонентского устройства - приемника 4 сообщения - CQI-отчеты 5, содержащие оценку CQI качества канала 2. Данные в системе связи LTE передаются пакетами - транспортными блоками (ТВ). Перед первой передачей ТВ базовая станция 1 осуществляет адаптивный выбор СКК. В рамках адаптивного выбора СКК базовая станция 1 выполняет компенсацию смещения оценки CQI способом, раскрываемым ниже, и осуществляет выбор наиболее эффективной сигнально-кодовой конструкции, использование которой гарантирует вероятность ошибки при первой попытке передачи на уровне S, не превышающем пороговый уровень S_t, на основе текущего значения скомпенсированной оценки CQI. С помощью выбранной СКК базовая станция 1 осуществляет помехоустойчивое кодирование ТВ, содержащего данные, предназначенные для передачи приемнику 4. После выполнения кодирования ТВ базовая станция 1 осуществляет первую попытку передачи кодированного ТВ 6 по каналу 2. В ответ на осуществленную попытку передачи ТВ 6 на базовую станцию 1 от приемника 4 по обратному каналу 3 поступает HARQ-квитанция 7. Если HARQ-квитанция 7 положительная, то передача ТВ считается успешной и базовая станция 1 переходит к передаче следующего ТВ, повторяя все действия, начиная с компенсации смещения оценки CQI. В случае получения в ответ на предыдущую попытку передачи ТВ 6 отрицательной HARQ-квитанции 7 или при отсутствии в течение определенного времени положительной HARQ-квитанции базовая станция 1 осуществляет повторную попытку передачи ТВ 6 по каналу 2. В то же время, если число осуществленных попыток передачи ТВ достигло предельного значения, то его повторной передачи не проводится, ТВ отбрасывается, а базовая станция 1 переходит к передаче следующего ТВ, повторяя все действия, начиная с компенсации смещения оценки CQI.

В системе связи LTE выбор СКК для передачи данных по каналу 2 состоит в следующем. Для передачи очередного ТВ базовая станция 1 выбирает из числа 29 доступных СКК наиболее эффективную, т.е. имеющую наивысший порядок модуляции и наибольшую кодовую скорость, и в то же время показывающую вероятность ошибки передачи данного ТВ с первой попытки не выше 1-S_t=0,1 (при этом целевая вероятность S_t успешной передачи данного ТВ с первой попытки не менее 0,9).

Укрупненная блок-схема базовой станции 1, представленная на фиг.2, включает в себя планировщик 8 передач, осуществляющий распределение радиоресурсов в системе LTE и формирующий на своем выходе 9 на основе заданной политики планирования сигнал расписания передач для прямого и обратного каналов 2 и 3 в каждый интервал времени планирования. В частности, планировщик 8 передач осуществляет планирование передач ТВ, адресованных одному или нескольким приемникам 4 по каналу 2, планирование передач ТВ по каналу 3, а также планирование передач служебных данных, в том числе HARQ-квитанций 7 и CQI-отчетов 5 по каналу 3. При планировании передач ТВ по прямому каналу 2 планировщик 8 передач для каждого ТВ определяет СКК путем передачи запросов СКК на вход 10 блока 11 адаптивного выбора СКК, который возвращает планировщику 8 передач на его вход 12 ответы СКК, содержащие указание на наиболее эффективную СКК для передачи данного ТВ. Сигнал расписания передач, содержащий информацию о выбранном соответствии ТВ и СКК, поступает на вход блока 13 приема-передачи, который формирует соответствующие ТВ из пользовательских данных, поступающих с верхних уровней, осуществляет помехоустойчивое кодирование ТВ с использованием указанных СКК и осуществляет передачу кодированного ТВ по каналу 2.

Блок 13 приема-передачи базовой станции LTE принимает по обратному каналу 3 от каждого приемника 4 широкополосные CQI-отчеты, содержащие квантованную оценку CQI для прямого канала 2 или узкополосные CQI-отчеты, содержащие квантованную оценку CQI для подканалов канала 2, а также HARQ-квитанции, содержащие статус доставки ТВ. Квантованная оценка состояния канала извлекается из CQI-отчетов, и поступает на соответствующий вход блока 14 обработки CQI. Результирующие текущие значения CQI для каждого приемника 4 предоставляются на вход 15 блока 11 адаптивного выбора СКК.

Основным назначением HARQ-квитанций 7 является контроль доставки ТВ и запрос повторной передачи неудачно переданных ТВ. Кроме того, HARQ-квитанции 7 передаются на вход 16 блока 11 адаптивного выбора СКК, что позволяет блоку 11 адаптивного выбора СКК определить наличие смещения текущего значения оценки CQI качества прямого канала 2 и сформировать сигнал о необходимости компенсации этого смещения.

Основными элементами блока 11 адаптивного выбора СКК, структурная схема которого изображена на фиг.3, являются блок 17 внутреннего цикла адаптации и блок 18 внешнего цикла адаптации. Запросы СКК от планировщика 8 передач, поступающие на вход 10 блока 11 и текущие значения CQI от блока 14 обработки CQI, поступающие на вход 15 блока 11, направляются в блок 17 внутреннего цикла адаптации, а HARQ-квитанции, поступающие на вход 16 блока 11 направляются в блок 18 внешнего цикла адаптации.

На основе информации о статусе доставки ТВ, содержащейся в HARQ-квитанциях, поступающих на вход 16 блока 11 и затем на вход блока 18, последний определяет значения фактора грубой компенсации и фактора тонкой компенсации смещения оценки CQI, при этом на его выходах 19 и 20 формируются сигналы, содержащие информацию о текущем значении факторов грубой и тонкой компенсации соответственно. Упомянутые сигналы поступают на соответствующие входы блока 17 внутреннего цикла адаптации.

Блок 17 внутреннего цикла адаптации осуществляет выбор наиболее эффективной СКК по оценке CQI, скомпенсированной с использованием факторов грубой и тонкой компенсации, вычисленных блоком 18 внешнего цикла адаптации. Сигнал, несущий информацию о выбранной СКК, поступает на выход 21 блока 11 адаптивного выбора СКК и затем на вход 12 (фиг.2) планировщика 8 передач в ответ на запрос СКК.

Блок 18 внешнего цикла адаптации, структурная схема которого представлена на фиг.4, содержит линию 22 грубой компенсации и линию 23 тонкой компенсации.

Линия 22 грубой компенсации предназначена для вычисления фактора грубой компенсации, характеризующего среднее смещение оценки CQI на длительных интервалах времени и включает в себя блок 24 вычисления первой метрики S и блок 25 вычисления фактора грубой компенсации.

Линия 23 тонкой компенсации предназначена для вычисления фактора тонкой компенсации, характеризующего разницу между средним значением смещения оценки CQI, вычисляемым в линии 22 грубой компенсации, и текущим значением смещения оценки CQI, и включает в себя блок 26 вычисления второй метрики Т и блок 27 вычисления фактора тонкой компенсации.

В линии 22 грубой компенсации на основании HARQ-квитанций, поступающих от приемника 4 по обратному каналу 3 на вход 16 блока 18 и затем на вход блока 24 вычисления первой метрики, проводится определение первой метрики S, затем сигнал с выхода блока 24 поступает на блок 25, который осуществляет вычисление величины RC фактора грубой компенсации, поступающей на выход 19 блока 18 внешнего цикла адаптации и используемой для устранения смещения оценки CQI.

В одном из вариантов первая метрика S представляет собой эмпирическую вероятность успешной передачи ТВ с первой попытки, определяемую как отношение числа успешных первых попыток передачи ТВ к суммарному числу успешных и неудачных первых попыток передачи ТВ, проведенных за некоторый интервал времени.

В этом случае первую метрику определяют на основании HARQ-квитанций, сигнализирующих об успехе или неудаче первой попытки передачи ТВ, в соответствии с зависимостью:

,

где W - число HARQ-квитанций, полученных по обратному каналу от приемника в ответ на первые попытки передачи ТВ, произведенные по прямому каналу с момента предыдущего вычисления первой метрики или с момента начала работы, если первую метрику вычисляют впервые, a S_w - количество положительных HARQ-квитанций из этого числа.

Определение величины первой метрики проводят периодически, в одном варианте осуществления способа через равные промежутки времени. При этом длительность периода постоянна и не зависит от количества W HARQ-квитанций.

В другом варианте определение величины первой метрики проводят через промежутки времени, длительность которых переменна и определяется по заданному количеству W HARQ-квитанций. Такой способ позволяет контролировать точность определения первой метрики и, в частности, поддерживать ее на уровне ~W^-1, за счет выбора значения параметра W. Для увеличения точности следует выбирать большее значение W, однако, чрезмерное увеличение W может привести к обратному эффекту вследствие увеличения задержки.

В еще одном варианте промежутки времени также определяют количеством W HARQ-квитанций, но период завершают досрочно, если с его начала было получено W₁<W HARQ-квитанций и все они были положительные или если с начала периода было получено W₂<W HARQ-квитанций и все они были отрицательные. При этом значение первой метрики определяют равным W₁/W₁=1 в первом случае и 0/W₁=0 - во втором. Досрочное завершение периода определения величины первой метрики значительно сокращает время перехода в установившийся режим работы за счет раннего обнаружения экстремальных значений первой метрики.

В блоке 25 вычисления фактора грубой компенсации проводится сравнение величины S первой метрики с ее целевым значением S_t и по результатам этого сравнения осуществляется определение фактора RC грубой компенсации. При изменении значения фактора грубой компенсации на вход 28 блока 27 вычисления фактора тонкой компенсации подается сигнал сброса.

Блок 25 грубой компенсации вычисляет текущее значение RC(t) фактора грубой компенсации путем изменения его предыдущего значения RC(t-1) на величину поправки C₁ фактора грубой компенсации по формуле:

RC(t)=RC(t-1)+C₁.

При этом величина поправки C₁ определяется по результатам сравнения текущей величины S первой метрики с ее целевым значением S_t. В случае недокомпенсации (S≤S_t) величину поправки C₁ выбирают неотрицательной, при перекомпенсации (S≥S_t) - неположительной, и абсолютная величина поправки тем больше, чем больше разница значений S и S_t, что позволяет организовать отрицательную обратную связь по величине |S-S_t| и обеспечить контроль вероятности успеха для первых попыток передачи на уровне S_t. Кроме того, максимум модуля поправки C₁ ограничивают параметром Δ₁, равным, в данном примере, минимуму разности пороговых значений ОСШ для используемых СКК или пропорциональным последнему.

В частности величину поправки C₁ определяют в соответствии с зависимостью:

где Δ₁ - максимум модуля поправки C₁, a S₁, S₂, k₁ и k₂ являются параметрами, такими что 0≤S₁<S_t, S_t<S₂≤1, S₁/(S₁+S_t)<k₁≤S_t/(S₁+S_t), S_t/(S₂+S_t)<k₂≤S₂/(S₂+S_t).

Графический вид зависимости величины поправки C₁ фактора грубой компенсации от величины S первой метрики с указанием всех особых точек приведен на фиг.5. Из графика следует, что при малых S (S≈0) величина поправки C₁ принимает максимальные положительные значения, при этом величина фактора RC грубой компенсации быстро возрастает со временем. Поскольку текущая оценка CQI качества канала уменьшается на величину RC, то оценка состояния канала также быстро падает, что сопровождается выбором более помехоустойчивых СКК, за счет использования которых вероятность успешной передачи ТВ с первой попытки будет повышаться. На фиг.5 также видно, что при больших значениях S (S≈1) величина поправки C₁ принимает максимальные отрицательные значения, при этом значение фактора RC грубой компенсации быстро падает со временем. В свою очередь, оценка состояния канала быстро растет, что сопровождается выбором менее помехоустойчивых СКК, за счет использования которых вероятность успешной передачи ТВ с первой попытки понизится. При величине первой метрики S вблизи целевого значения (S≈S_t) величина поправки C₁ равна нулю. Это означает, что линия 22 грубой компенсации вышла в установившийся режим работы, в котором фактор грубой компенсации имеет оптимальное значение. Параметры S₁, S₂, k₁ и k₂ определяют значение поправки, когда величину первой метрики нельзя отнести ни к предельным значениям, ни к целевому. Начальное значение RC(t=0) фактора грубой компенсации определяется из практических соображений и, в частности, может быть выбрано равным нулю.

Линия 23 (фиг.4) тонкой компенсации предназначена для нахождения фактора FC тонкой компенсации, характеризующего разницу между средним смещением оценки CQI и текущим смещением оценки CQI. В линии 23 тонкой компенсации на основании HARQ-квитанций, поступающих от приемника по обратному каналу на вход блока 26 вычисления второй метрики, проводится определение значения T второй метрики, которое поступает на вход блока 27 тонкой компенсации. В блоке 27 тонкой компенсации осуществляется вычисление фактора FC тонкой компенсации. В случае, если на вход 28 блока 27 тонкой компенсации поступает сигнал сброса от блока 25 вычисления фактора грубой компенсации, блок 27 тонкой компенсации осуществляет сброс фактора тонкой компенсации в начальное значение, например в нулевое.

Линия 23 тонкой компенсации позволяет более точно скомпенсировать смещение оценки CQI состояния канала в пределах точности, обеспечиваемой линией 22 грубой компенсации, т.е. в интервале значений [-Δ₁; Δ₁].

В описываемом варианте выполнения блок 26 вычисления второй метрики определяет статус HARQ-квитанции непосредственно в момент ее поступления. Если HARQ-квитанция получена в ответ на первую попытку передачи ТВ по прямому каналу и с момента этой передачи ТВ не было изменений фактора грубой компенсации, то проводится определение второй метрики. В случае, если полученная HARQ-квитанция является положительной, вторая метрика T принимает отрицательное значение «-Δ₂», в противном случае, вторая метрика T принимает положительное значение Δ₃. Значение T второй метрики поступает в блок 27 вычисления фактора тонкой компенсации, который с учетом поступившего сигнала определяет значение фактора FC тонкой компенсации.

Вычисление текущего значения FC(t) фактора тонкой компенсации осуществляется путем изменения его предыдущего значения FC(t-1) на величину T второй метрики по формуле:

FC(t)=FC(t-1)+T.

При этом приход положительной HARQ-квитанции, свидетельствующий о, возможно, избыточной помехозащищенности используемых СКК, уменьшает значение фактора тонкой компенсации на величину Δ₂, что приводит к дополнительной компенсации смещения и повышению оценки CQI. Это, в свою очередь, приводит к выбору СКК, характеризующуюся более высокой кодовой скоростью и более низкой помехозащищенностью. Наоборот, приход отрицательной HARQ-квитанции, свидетельствующий о, возможно, недостаточной помехозащищенности используемых СКК, сопровождается увеличением значения фактора тонкой компенсации на величину Δ₃, что приводит к понижению величины компенсации и оценки CQI. Это, в свою очередь, приводит к выбору СКК, характеризующейся более низкой кодовой скоростью и более высокой помехозащищенностью.

Значения параметров Δ₂ и Δ₃ в установившемся режиме (т.е. при установившемся значении фактора грубой компенсации) определяют целевой уровень T_t второй метрики в соответствии с выражением:

.

Начальное значение FC(t=0) фактора тонкой компенсации может быть выбрано равным нулю, при этом текущее значение фактора тонкой компенсации ограничивают по модулю константой Δ₄, равной по величине параметру Δ₁, ограничивающему по модулю поправку C₁ фактора грубой компенсации. Такой выбор ограничения гарантирует работу линии 23 тонкой компенсации в пределах неопределенности, характерной для линии 22 грубой компенсации.

В предпочтительном варианте осуществления способа, согласно изобретению, целевые уровни первой и второй метрик совпадают, что гарантирует согласование работы линий 22, 23 грубой и тонкой компенсации в установившемся режиме.

Так, например, при целевом уровне S_t вероятности доставки ТВ с первой попытки (первой метрики), равном 0.9, имеем целевой уровень T_t второй метрики также 0.9, откуда получаем Δ₃=9Δ₂. Вместе с тем, сами значения поправок Δ₂ и Δ₃ ограничены, по крайней мере, величиной Δ₁, а на практике они выбираются в несколько раз меньшими величины Δ₁.

В предпочтительном варианте осуществления способа оценка CQI, фактор грубой компенсации и фактор тонкой компенсации имеют размерность децибел. Такую же размерность имеют параметры Δ₁, Δ₂, Δ₃ и Δ₄, используемые для нахождения скомпенсированной оценки CQI.

В варианте использования предлагаемого технического решения в системе связи LTE значение Δ₁, выбирают равным 1 дБ, что соответствует минимальной разнице между порогами ОСШ используемых СКК. Величину Δ₃ выбирают так, чтобы она была в несколько раз меньше величины Δ₁. Это позволяет во столько же раз увеличить точность компенсации. Наиболее практичным является выбор значения около 0,18 дБ. В этом случае, при целевом значении первой и второй метрики на уровне 0,9, величина Δ₂ составляет около 0,02 дБ. При последовательном приеме с начала периода определения первой метрики $$\lceil \frac{{\Delta }_1}{{\Delta }_2}\rceil =50$$

положительных HARQ-квитанций фактор тонкой компенсации повышается до предельной величины Δ₁. В этом случае фактор грубой компенсации целесообразно изменить (повысить) досрочно, поэтому параметр W₁ выбирают не превышающим $$\lceil \frac{{\Delta }_1}{{\Delta }_2}\rceil$$

. При последовательном приеме с начала периода определения первой метрики $$\lceil \frac{{\Delta }_1}{{\Delta }_3}\rceil =6$$

отрицательных HARQ-квитанций фактор тонкой компенсации понижается до предельной величины -Δ₁. В этом случае фактор грубой компенсации целесообразно изменить (понизить) досрочно, поэтому параметр W₂ выбирают не превосходящим $$\lceil \frac{{\Delta }_1}{{\Delta }_3}\rceil$$

. В случае чередования положительных и отрицательных HARQ-квитанций значение параметра W выбирают исходя из требуемой точности определения первой метрики. Так при точности определения первой метрики около ±1% необходимо получить, по крайней мере, W=100 HARQ-квитанций.

Параметры S₁, S₂, k₁ и k₂, входящие в функциональную зависимость поправки C₁ фактора грубой компенсации от величины S первой метрики могут быть выбраны достаточно произвольно в пределах ограничений 0≤S₁<S_t, S_t<S₂≤1, S₁/(S₁+S_t)<k₁≤S_t/(S₁+S_t), S_t/(S₂+S_t)<k₂≤S₂/(S₂+S_t). Конкретные значения этих параметров влияют на область значений первой метрики в установившемся режиме работы и скорость вхождения в установившийся режим работы.

Claims (17)

1. Способ передачи данных в системе беспроводной связи с гибридным автоматическим переспросом (HARQ) и получением от приемника по обратному каналу сообщений, содержащих оценку (CQI) качества прямого канала, состоящий в том, что осуществляют компенсацию смещения оценки CQI путем обработки HARQ-квитанций, на основе скомпенсированной оценки CQI выбирают сигнально-кодовую конструкцию (СКК), осуществляют с ее помощью кодирование пакета данных, осуществляют первую попытку передачи пакета кодированных данных приемнику по прямому каналу, об успехе которой судят по виду HARQ-квитанции, полученной от приемника по обратному каналу в ответ на данную попытку, после чего в случае, если предыдущая HARQ-квитанция не являлась положительной, осуществляют по меньшей мере одну повторную попытку передачи пакета по прямому каналу, отличающийся тем, что компенсацию смещения оценки CQI осуществляют путем определения первой метрики с использованием, по меньшей мере, двух последних HARQ-квитанций, определения значения фактора грубой компенсации с учетом величины первой метрики, определения второй метрики с использованием, по меньшей мере, одной из последних HARQ-квитанций, определения значения фактора тонкой компенсации с учетом величины второй метрики, выполнения операции сброса значения фактора тонкой компенсации до начального значения при изменении текущего значения фактора грубой компенсации, изменения оценки CQI с учетом величин полученных значений фактора грубой компенсации и фактора тонкой компенсации.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что первую метрику определяют как отношение числа успешных первых попыток передачи пакетов к суммарному числу успешных и неудачных первых попыток передачи пакетов.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что величину S первой метрики определяют в соответствии с зависимостью:

,
где W - число HARQ-квитанций, полученных по обратному каналу от приемника в ответ на первые попытки передачи пакетов, произведенные с момента предыдущего вычисления первой метрики или с момента начала работы, если первую метрику вычисляют впервые, a S_w - количество положительных HARQ-квитанций из этого числа.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что величину S первой метрики определяют периодически, через равные промежутки времени.

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что величину S первой метрики определяют периодически, через промежутки времени, достаточные для получения по обратному каналу от приемника заданного числа W HARQ-квитанций, приходящих в ответ на первые попытки передачи пакетов, произведенные с момента предыдущего вычисления первой метрики или с момента начала работы, если первую метрику вычисляют впервые.

6. Способ по п.3, отличающийся тем, что величину S первой метрики определяют периодически, через промежутки времени, достаточные для получения по обратному каналу от приемника заданного числа W₁ HARQ-квитанций (W=W₁), приходящих в ответ на первые попытки передачи пакетов, произведенные по прямому каналу с момента предыдущего вычисления первой метрики или с момента начала работы, если первую метрику вычисляют впервые, в случае, если все такие HARQ-квитанции являются положительными, или достаточные для получения заданного числа W₂ таких HARQ-квитанций (W=W₂), в случае, если все такие HARQ-квитанции не являются положительными, или достаточные для получения заданного числа W₃ таких HARQ-квитанций (W=W₃), в остальных случаях, причем W₃≥W₁>1 и W₃≥W₂>1.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что текущее значение фактора грубой компенсации определяют как сумму его предыдущего значения и поправки C₁ фактора грубой компенсации, связанной с величиной S первой метрики функциональной зависимостью, которая является невозрастающей в области допустимых значений величины S первой метрики, ограниченной по модулю значением Δ₁(-Δ₁≤C₁≤Δ₁) и принимающей неотрицательные значения (C₁≥0) при S≤S_t и неположительные значения (C₁≤0) при S≥S_t, где S_t - целевой уровень первой метрики.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что область допустимых значений величины S первой метрики ограничивают интервалом 0≤S≤1, величину S_t целевого уровня первой метрики выбирают в пределах 0<S_t<1, при этом поправка C₁ фактора грубой компенсации связана с величиной S первой метрики зависимостью:

где S₁, S₂, k₁ и k₂ являются параметрами, такими, что 0≤S₁<S_t, S_t<S₂≤1, S₁/(S₁+S_t)<k₁≤S_t/(S₁+S_t), S_t/(S₂+S_t)<k₂≤S₂/(S₂+S_t).

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину Т второй метрики определяют сразу после получения по обратному каналу от приемника HARQ-квитанции в ответ на первую попытку передачи пакета по прямому каналу.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что определение второй метрики приостанавливают в момент изменения значения фактора грубой компенсации и возобновляют при получении по обратному каналу от приемника HARQ-квитанции в ответ на первую попытку передачи пакета, произведенную по прямому каналу после предыдущего вычисления первой метрики.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что величину Т второй метрики выбирают равной «-Δ₂», если предыдущая HARQ-квитанция являлась положительной, или равной Δ₃, если предыдущая HARQ-квитанция не являлась положительной, причем Δ₂>0 и Δ₃>0, а значения величин Δ₂ и Δ₃ выбирают в соответствии с выражением:

,
где T_t - целевой уровень второй метрики (0<T_t<1).

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что текущее значение фактора тонкой компенсации определяют как сумму его предыдущего значения и величины T второй метрики.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что начальное значение фактора тонкой компенсации определяют равным нулю, а текущее значение фактора тонкой компенсации ограничивают по модулю величиной Δ₄, равной значению Δ₁, ограничивающему по модулю поправку C₁ фактора грубой компенсации.

14. Способ по любому из пп.1-13, отличающийся тем, что значение целевого уровня S_t первой метрики выбирают равным по величине значению целевого уровня T_t второй метрики (S_t=T_t).

15. Способ по п.1, отличающийся тем, что оценка CQI, фактор грубой компенсации и фактор тонкой компенсации имеют размерность децибел.

16. Способ по п.1, отличающийся тем, что компенсацию смещения оценки CQI осуществляют для каждой пары передатчик-приемник или передатчик-подканал, или для каждой тройки передатчик-приемник-подканал в случае, если система беспроводной связи содержит несколько передатчиков или несколько приемников или несколько подканалов.

17. Способ по п.16, отличающийся тем, что компенсацию смещения оценки CQI осуществляют для каждого режима передачи в случае, если система беспроводной связи выполнена с возможностью осуществления нескольких режимов передачи, отличающихся используемым типом технологии MIMO.

Images