TWI403133B - 對單一封包使用多調變方案之方法及裝置 - Google Patents

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Description

對單一封包使用多調變方案之方法及裝置
本發明大體係關於通訊且更特定言之係關於在通訊系統中之資料傳輸。
在通訊系統中，傳輸器通常編碼、交錯及調變(意即，符號映射)流量資料以獲取為資料之調變符號的資料符號。對於一相干系統而言，傳輸器將導頻符號與資料符號多工。導頻符號為用於導向之調變符號，其為由傳輸器及接收器先驗已知的資料。傳輸器進一步處理已多工資料及導頻符號以產生已調變訊號且經由通訊頻道傳輸此訊號。頻道使用頻道回應使已傳輸訊號失真且亦使用雜訊及干擾使訊號降級。
接收器接收已傳輸訊號且處理已接收訊號以獲取已接收資料符號及已接收導頻符號。對於一相干系統而言，接收器使用已接收導頻符號估計頻道回應且使用頻道回應估計對已接收資料符號執行相干偵測以獲取已偵測資料符號，其為由傳輸器發送之資料符號的估計。接收器接著解交錯及解碼已偵測資料符號以獲取已解碼資料，其為由傳輸器發送之流量資料的估計。
由傳輸器執行之編碼及調變對資料傳輸之效能具有較大影響。因此在此項技術中需要以一方式執行編碼及調變之技術以達成良好效能。
在本文中描述對單一封包使用多調變方案(意即，調變格式)來達成良好效能的技術。此等技術可用於各種無線及有線(wireline)通訊系統中。此等技術亦良好地適用於在下文中描述之使用累加式冗餘(incremental redundancy；IR)傳輸的系統。
以至多T個區塊為單位處理及傳輸每一資料封包，其中T>1。每一區塊載運封包之僅一部分之碼位元且基於用於彼區塊之調變方案而調變。對該封包之該T個區塊使用多個不同調變方案以達成良好效能。可如下描述選擇用於該T個區塊之調變方案。
傳輸器可根據基本前向錯誤校正(FEC)碼(例如，一Turbo或捲積碼)編碼資料封包以產生用於該封包之碼位元。傳輸器接著使用為封包產生之碼位元(例如，基於擊穿(puncturing)圖案而形成碼位元區塊)。傳輸器確定用於區塊之調變方案(例如，基於用於資料封包而選擇之模式/速率)且基於此調變方案映射該區塊之碼位元來獲取用於該區塊之資料符號。傳輸器進一步處理資料符號區塊且將資料符號區塊傳輸至接收器。若資料封包未由接收器正確解碼且若該封包之該T個區塊未傳輸，則傳輸器以類似方式產生及傳輸另一資料符號區塊。接收器執行互補處理以接收及解碼封包。
下面進一步詳細描述本發明之各種態樣及實施例。
在本文中使用之詞"例示性"意謂"用作一實例、例子或 說明"。在本文中描述為"例示性"之任一實施例或設計不必要解釋為較佳於或優於其它實施例或設計。
在本文中描述之對單一封包使用多調變方案之技術可用於諸如正交分頻多向近接(OFDMA)系統、劃碼多向近接(CDMA)系統、劃時多向近接(TDMA)系統、分頻多向近接(FDMA)系統、基於正交分頻多工(OFDM)之系統、單輸入單輸出(SISO)系統、多輸入多輸出(MIMO)系統等之各種通訊系統。此等技術可用於利用累加式冗餘(IR)之系統及未利用IR(例如，僅重複資料之系統)的系統。為清楚起見，此等技術經描述以用於使用IR之通訊系統。
圖1說明在通訊系統中於傳輸器與接收器之間之IR傳輸。用於資料傳輸之時刻表分成訊框，其中每一訊框具有一特定時間持續。對於在圖1中展示之IR傳輸實施例而言，接收器初始估計通訊頻道、基於頻道條件選擇"模式"及在訊框0中將已選擇模式發送至傳輸器。或者，接收器發送回頻道品質之估計，且傳輸器基於頻道品質估計選擇模式。在任何情況下，模式可指示用於封包之封包大小、碼速率、調變方案等等。傳輸器根據已選擇模式處理資料封包(封包1)，且產生用於該封包之至多T個資料符號區塊。T為用於給定資料封包之最大數目區塊且對於IR而言大於1(T>1)。第一區塊通常包含足夠資訊以允許接收器在良好頻道條件下解碼封包。每一隨後區塊通常含有未包含在先前區塊中之額外同位/冗餘資訊。傳輸器接著在訊框1中傳輸封包1之第一資料符號區塊(區塊1)。接收器接收、 偵測及解碼第一資料符號區塊、判定封包1錯誤解碼(意即，"消除")且在訊框2中發送回否定確認(NAK)。傳輸器接收NAK且在訊框3中傳輸封包1之第二資料符號區塊(區塊2)。接收器接收且偵測區塊2、解碼區塊1及2，判定封包1仍錯誤解碼，且在訊框4中發送回另一NAK。區塊傳輸及NAK回應可以任何次數重複。
對於圖1中展示之實例而言，傳輸器接收對資料符號區塊N-1之NAK且在訊框n中傳輸封包1之資料符號區塊N(區塊N)，其中NT。接收器接收且偵測區塊N，解碼區塊1至區塊N，判定封包正確解碼，且在訊框n+1中發送回確認(ACK)。接收器亦估計通訊頻道，選擇用於下一資料封包之模式，且在訊框n+1中將已選擇模式發送至傳輸器。傳輸器接收區塊N之ACK且終止封包1之傳輸。傳輸器亦根據已選擇模式處理下一資料封包(封包2)，且在訊框n+2中傳輸封包2的第一資料符號區塊(區塊1)。對於經由通訊頻道傳輸之每一資料封包在傳輸器及接收器處之處理以相同方式持續。
如圖1中展示，使用累加式冗餘，傳輸器在一系列區塊傳輸中發送每一資料封包，其中每一區塊傳輸載運封包之一部分。接收器可基於封包之已接收之所有區塊在每一區塊傳輸之後試圖解碼封包。在由接收器成功解碼之後，傳輸器終止封包之傳輸。
對於圖1中展示之實例而言，對於每一區塊傳輸存在來自接收器之ACK/NAK回應的一訊框之延遲。一般而言， 此延遲可為一個或多個訊框。為改良頻道利用，多個資料封包可以一交錯方式傳輸。舉例而言，用於一流量頻道之資料封包可在奇數訊框中傳輸且用於另一流量頻道之資料封包可在偶數訊框中傳輸。舉例而言，若ACK/NAK延遲長於一訊框，則兩個以上流量頻道亦可交錯。
該系統可設計以支援一組模式(亦可稱為速率、封包格式、無線電組態或某其它術語)。每一模式可與要求達成一目標水平之效能如1%封包錯誤率(PER)的特定碼速率或編碼方案、特定調變方案、特定頻譜效率及特定最小訊雜干擾比(SINR)相關聯。頻譜效率係指由系統頻寬標準化之資料速率(或資訊位元速率)，且以位元每秒每赫茲(bps/Hz)之單位給出。一般而言，對於較高頻譜效率需要較高SINR。該組支援模式涵蓋頻譜效率之範圍，通常以稍微平均間隔而增加。對於給定頻道條件及已接收SINR而言，具有由該已接收SINR支援之最高頻譜效率的模式可選擇且用於資料傳輸。
頻譜效率係由碼速率及調變方案確定。碼速率為輸入至編碼器中之位元數目對由編碼器產生且經傳輸之碼位元數目的比率。舉例而言，2/9之碼速率(或R=2/9)對每兩個輸入位元產生九個碼位元。較低碼速率(例如，R=1/4或1/5)具有更多冗餘且因此具有更大錯誤校正能力。然而，對於較低碼速率傳輸更多碼位元，且頻譜效率因此亦較低。
對資料傳輸可使用各種調變方案。每一調變方案與含有M訊號點之訊號群相關聯，其中M>1。每一訊號點由複合 值定義且由B位元二元值識別，其中B1且2B =M。對於符號映射而言，待傳輸之碼位元首先分組成B碼位元組。每一組B碼位元形成映射至特定訊號點之B位元二元值，其接著作為彼組B碼位元之調變符號傳輸。每一調變符號因此載運B碼位元之資訊。一些通常使用之調變方案包括二元移相鍵控(BPSK)、四相位移相鍵控(QPSK)、M-ary移相鍵控(M-PSK)及M-ary四相位調幅(M-QAM)。可給出每調變符號碼位元數目(B)為：B=1用於BPSK，B=2用於QPSK,B=3用於8-PSK，B=4用於16-QAM，B=6用於64-QAM等等。B可指示調變方案之順序，且對於較高順序調變方案之每一調變符號可發送更多碼位元。
對於給定碼速率及給定調變方案之頻譜效率(S)可計算為碼速率(R)及用於調變方案之每一調變符號(B)碼位元數目之乘積，或S=R×B。給定頻譜效率可使用碼速率及調變方案(或編碼及調變對)之各種不同組合而獲取。舉例而言，S=4/3之頻譜效率可使用碼速率及調變方案之下列組合獲取：QPSK(B=2)且碼速率R=2/3；8-PSK(B=3)且碼速率R=4/9；16-QAM(B=4)且碼速率R=1/3；及64-QAM(B=6)且碼速率R=2/9。
對於給定頻譜效率之碼速率及調變方案之不同組合可具有不同效能，其可由達成目標PER所需之SINR量化。可對於不同頻道條件及可能不同之頻道模型評估(例如，經由 電腦模擬、實驗量測等等)碼速率及調變方案之此等不同組合。具有最佳效能之碼速率及調變方案之組合可經選擇且包括在由系統支援之模式組中。
對於給定頻譜效率而言，較高順序調變方案及較低碼速率之組合通常可比較低順序調變方案及較高碼速率的組合達成更佳之能力。然而，歸因於實際挑戰，達成較佳能力之調變方案及碼速率之給定組合可能未提供較佳效能，且通常在調變方案與碼速率之間存在折衷。對於此折衷存在調變方案及碼速率之"最佳"組合以最佳化效能。
對於頻率或時間選擇頻道，高順序調變方案及低碼速率組合之效能優勢趨於增加。頻率選擇頻道為具有越過系統頻寬變化(意即，不平坦)之頻率回應的通訊頻道。時間選擇頻道為具有在時間上變化(意即，不靜止)之回應的通訊頻道。用以確定用於不同頻譜效率之碼速率及調變方案之最佳組合的研究得以執行。自該研究，以經驗方式得出之規則為R=1/2或更低之碼速率應用於頻率/時間選擇頻道。因此，即使高於速率1/2之碼速率可用於給定頻譜效率，接近或低於速率1/2之碼速率亦應結合較高順序調變方案使用。此研究係用於特定頻道模型，且效能對於其它頻道模型可不同。
對於不利用累加式冗餘之系統而言，每一資料封包係基於用於該封包而選擇之模式的特定碼速率及特定調變方案而編碼及調變。整個封包接著傳輸且達成與已選擇模式相關聯之頻譜效率。由系統支援之每一模式之碼速率及調變 方案可由電腦模擬、實驗量測等等確定。
對於利用累加式冗餘之系統而言，每一資料封包以一或多個區塊傳輸直至封包由接收器正確解碼為止，如上所述。為資料封包傳輸之每一額外區塊減小封包之頻譜效率。每一資料封包之頻譜效率因此並非為先驗已知的且隨封包之每一區塊傳輸而改變。
表1展示由系統支援之7個模式之一例示性組。每一模式m與特定調變方案及特定"基礎"碼速率R base,m (為用於每一區塊傳輸之碼速率)相關聯。對於給定模式而言，相同基礎碼速率及調變方案用於每一區塊傳輸。舉例而言，QPSK及R=2/3之基礎碼速率用於模式3。對於使用模式3發送之資料封包而言，封包之每一區塊因此使用QPSK及碼速率R=2/3傳輸。表1假定T=4且不管封包是否正確解碼，在四個區塊傳輸之後終止資料封包。
對於不同數目之區塊傳輸而言，每一模式亦與不同"有效"碼速率相關聯。對於使用模式m發送之資料封包而言，在第l 區塊傳輸之後之資料封包之有效碼速率R eff,m (l )，(其中l =1,2,…,T )等於由l 除之基礎碼速率，或R eff,m (l )=R base,m /l 。此係因為在l 區塊傳輸中已發送資料封包之碼位元數目的l 倍。舉例而言，若封包之僅一區塊經傳輸，則使用模式3發送之資料封包具有R=2/3之有效碼速率及S=4/3之頻譜效率，若封包之兩個區塊經傳輸，則具有R=1/3之有效碼速率及S=2/3之頻譜效率，若封包之三個區塊經傳輸，則具有R=2/9之有效碼速率及S=4/9之頻譜效率，且若封包之四 個區塊經傳輸，則具有R=1/6之有效碼速率及S=1/3之頻譜效率。
如表1中展示，每一模式之有效碼速率(在行4至7中圓括號內展示)及頻譜效率(在行4至7中等號之後展示)視為封包傳輸之區塊數目而變化。每一模式因此可用於多個頻譜效率。對於每一模式而言，在一特定頻譜效率處(例如，具有兩個區塊傳輸)達成最佳效能之碼速率及調變方案之組合可經選擇且用於該模式。然而，碼速率及調變方案之此組合在其它頻譜效率處(例如，具有一、三及四個區塊傳輸)可能不達成良好效能。
為改良效能，對於給定模式而言，碼速率及調變方案之不同組合可用於不同區塊傳輸。用於每一模式之碼速率及調變方案之不同組合可以各種方式確定。
在第一實施例中，用於每一區塊傳輸之調變方案係基於在該區塊傳輸之後達成之頻譜效率而選擇。對於每一模式m而言，用於第l 區塊傳輸之調變方案M m (l )可如下選擇。首先自表1確定用於模式m之在第l 區塊傳輸之後的頻譜效率S m (l )。調變方案M m (l )接著設定至達成頻譜效率S m (l )之結 合1/2或更低之有效碼速率R ' eff,m (l )的最低順序調變方案。若調變方案M m (l )用於l 區塊傳輸中之每一者，則有效碼速率R ' eff,m (l )為用於所有l 區塊傳輸之碼速率。在有效碼速率、調變方案與頻譜效率之間之關係可表達為：S m (l )=R ' eff,m (l )×B m (l )，其中B m (l )為用於調變方案M m (l )之每調變符號碼位元數目。調變方案M m (l )因此可基於頻譜效率S m (l )選擇，如下：使用QPSK用於1.0 bps/Hz及更低之頻譜效率；使用8-PSK用於在1.0至1.5 bps/Hz之間之頻譜效率；使用16-QAM用於在1.5至2.0 bps/Hz之間之頻譜效率；及使用64-QAM用於高於2.0 bps/Hz之頻譜效率。
以上映射假定僅QPSK、8-PSK、16-QAM及64-QAM由系統支援。其它映射亦可用於不同組之支援調變方案。
表2展示基於在表1中列出之七種模式之每一區塊傳輸的第一實施例選擇之調變方案。表2之第二行展示係在一區塊傳輸之後之頻譜效率的基礎頻譜效率Sbase,m 。對於每一模式m而言，用於每一區塊傳輸之調變方案係基於在該區塊傳輸之後之頻譜效率及使用上述頻譜效率調變方案映射而確定。作為一實例，對於模式3而言，因為在此傳輸之後之頻譜效率為S=4/3，所以8-PSK用於第一區塊傳輸，因為在此傳輸之後之頻譜效率為S=2/3，所以QPSK用於第二區塊傳輸等等。作為另一實例，對於模式6而言，因為在此傳輸之後之頻譜效率為S=10/3，所以64-QAM用於第一區塊傳輸，因為在此傳輸之後之頻譜效率為S=5/3，所以16-QAM用於第二區塊傳輸，因為在此傳輸之後之頻譜效率為 S=10/9，所以8-PSK用於第三區塊傳輸，且因為在此傳輸之後之頻譜效率為S=5/6，所以QPSK用於第四區塊傳輸。
在第二實施例中，對於每一模式而言，用於每一區塊傳輸之碼速率及調變方案之組合獨立地選擇以達成良好效能。對於使用模式m之第一區塊傳輸而言，具有S base,m 之頻譜效率之碼速率及調變方案的各種組合經評估(例如，基於電腦模擬、實驗量測等等)，且具有最佳效能之碼速率R m (1)及調變方案M m (1)之組合經選擇。對於使用模式m之第二區塊傳輸而言，儘管在使用M m (1)及R m (1)發送第一區塊傳輸且消除已解碼封包的前提下，具有S base,m 之頻譜效率之碼速率及調變方案的各種組合經再次評估。用於第二區塊傳輸之具有最佳效能之碼速率R m (2)及調變方案M m (2)之組合經選擇。對於使用模式m之第三區塊傳輸而言，儘管在使用M m (1)及R m (1)發送第一區塊傳輸且使用M m (2)及R m (2)發送第二區塊傳輸且消除具有兩個區塊傳輸之已解碼封包之前提下，具有S base,m 之頻譜效率之碼速率及調變方案的各種組合經再次評估。具有最佳效能之碼速率R m (3)及調變方案M m (3)之組合經再次選擇。對於使用模式m之第四區塊傳輸而 言，儘管在使用M m (1)及R m (1)發送第一區塊傳輸、使用M m (2)及R m (2)發送第二區塊傳輸，使用M m (3)及R m (3)發送第三區塊傳輸且消除具有所有三個區塊傳輸之已解碼封包之前提下，具有S base,m 之頻譜效率之碼速率及調變方案的各種組合經再次評估。具有最佳效能之碼速率R m (4)及調變方案M m (4)之組合經再次選擇。碼速率R m (1)及調變方案M m (1)之不同組合因此經選擇以用於以模式m之每一區塊傳輸。
在第三實施例中，為每一模式之指定頻譜效率提供最佳效能之碼速率及調變方案的組合經選擇。此指定頻譜效率係在預定數目(例如，兩個)區塊傳輸之後之頻譜效率且假定封包在此許多區塊傳輸之後正確解碼。在第二區塊傳輸之後用於具有較早終止之每一模式的最佳調變方案係由表2中之第四行展示。對於每一模式而言，若所得碼速率為1/2或更低，則較高順序調變方案接著選擇以用於第一區塊傳輸。表3展示經選擇用於第三實施例之每一模式的調變方案。此實施例可減小在傳輸器及接收器處之複雜性，同時為第一區塊傳輸(其為所有T個區塊傳輸之最頻繁者)提供改良的效能。
以上已描述用於對每一模式之每一區塊傳輸來選擇碼速率及調變方案的若干實施例。亦可以其它方式選擇用於每一區塊傳輸之碼速率及調變方案，且此在本發明之範疇內。
圖2展示在利用IR傳輸之無線通訊系統200中之傳輸器210及接收器250的方塊圖。在傳輸器210處，TX資料處理器220接收來自一資料源212的資料封包。TX資料處理器220根據所選擇用於該封包之模式來處理(例如，格式化、編碼、分割(partition)、交錯及調變)每一資料封包，且產生用於該封包之至多T個資料符號區塊。對於每一資料封包之所選用模式可指示：(1)封包大小(意即，封包之資訊位元數目)；及(2)用於該封包之每一資料符號區塊之碼速率及調變方案的特定組合。控制器230基於所選用模式以及為封包而接收之反饋(ACK/NAK)，為每一資料封包提供對資料源212及TX資料處理器220的各種控制。TX資料處理器220提供資料符號區塊流(例如，每一訊框一個區塊)，其中每一封包之區塊可與一或多個其它封包之區塊交錯。
傳輸器單元(TMTR)222自TX資料處理器220接收資料符號區塊流且產生一已調變符號。傳輸器單元222多工處理導頻符號與資料符號(例如，使用劃時、劃頻及/或劃碼多工)且獲取傳輸符號流。每一傳輸符號可為資料符號、導頻符號、或具有零訊號值的空值(null)符號。若系統使用OFDM，則傳輸器單元222可執行OFDM調變。傳輸器單元222產生時域樣本流且進一步調節(例如，轉換至類比、增 頻轉換、濾波及放大)樣本流，以產生已調變符號。接著，自天線224且經由通訊頻道，將已調變符號傳輸至接收器250。
在接收器250處，由天線252接收已傳輸之訊號，且已接收之訊號被提供至接收器單元(RCVR)254。接收器單元254調節、數位化且預處理(例如，OFDM解調變)已接收之訊號，以獲取已接收之資料符號及已接收之導頻符號。接收器單元254將已接收資料符號提供至偵測器256且將已接收導頻符號提供至頻道估計器258。頻道估計器258處理已接收之導頻符號且為通訊頻道提供頻道估計(例如，頻道增益估計及SINR估計)。偵測器256對具有頻道估計之已接收資料符號執行偵測，且將已偵測資料符號提供至RX資料處理器260。可由用於形成資料符號(如以下描述)之碼位元之對數概似比(LLR)來表示已偵測資料符號，或由其它表示法來表示已偵測資料符號。無論何時當新的已偵測資料符號區塊對於給定資料封包獲取時，RX資料處理器260處理(例如，解交錯及解碼)為該封包獲取之所有已偵測資料符號且將已解碼封包提供至資料儲集器262。RX資料處理器260亦檢查已解碼封包且提供封包狀態(其指示封包被正確或錯誤解碼)。
控制器270自頻道估計器258接收頻道估計且自RX資料處理器260接收封包狀態。控制器270基於頻道估計選擇待傳輸至接收器250之下一資料封包的模式。控制器270亦聚集反饋資訊，其可包括用於下一封包之所選用模式，用於 剛解碼封包之ACK或NAK等等。反饋資訊係由TX資料處理器282處理，由傳輸器單元284進一步調節，且經由天線252傳輸至傳輸器210。
在傳輸器210處，來自接收器250之已傳輸訊號係由天線224接收，由接收器單元242調節，且由RX資料處理器244進一步處理以恢復由接收器250發送之反饋資訊。控制器230獲取已接收反饋資訊，使用ACK/NAK來控制正發送至接收器250之封包的IR傳輸，且使用所選用模式來處理待發送至接收器250之下一資料封包。
控制器230及270分別導引在傳輸器210及接收器250處之運作。記憶體單元232及272分別為由控制器230及270使用之程式碼及資料提供儲存。
圖3展示在傳輸器210處之TX資料處理器220之一實施例的方塊圖。TX資料處理器220接收資料封包，基於其所選用模式處理每一封包，且為封包提供至多T個資料符號區塊。圖4說明由TX資料處理器220對一資料封包之處理。
在TX資料處理器220內，循環冗餘檢查(CRC)產生器312接收一資料封包，為該資料封包產生一CRC值，且將CRC值附加至資料封包以形成一格式化封包。CRC值係由接收器使用以檢查封包正確或是錯誤解碼。其它錯誤偵測碼亦可替代CRC使用。前向錯誤校正(FEC)編碼器314根據一基礎編碼方案編碼已格式化封包且提供一已編碼封包或"碼字組"。編碼增加資料傳輸之可靠性。FEC編碼器314可實施Turbo碼、捲積碼、低密度同位檢查(LDPC)碼或某其它 碼。舉例而言，FEC編碼器314可實施速率1/5 Turbo碼且為具有K輸入位元之每一格式化封包產生5K碼位元，該處K為封包大小且可視所選用模式而定。例示性速率1/5 Turbo碼係由IS-2000標準定義且在名為"cdma2000 High Rate Packet Data Air Interface Specification"之文獻3GPP2 C.S0024中描述，其為公開可得的。
分割單元320接收每一封包之碼位元且基於用於該區塊之調變方案為每一區塊提供足夠數目的碼位元，如由來自控制器230之編碼控制指示。緩衝器322a至322t分別接收且儲存每一封包之區塊1至T的碼位元。每一緩衝器322亦可根據一交錯方案交錯(例如，重排)其區塊之碼位元。交錯為碼位元提供時間及/或頻率多樣性。多工器(MUX)324耦接至所有T個緩衝器322a至322t且提供T個碼位元區塊，一次一個區塊且若由來自控制器230之IR傳輸控制導引。多工器324提供來自緩衝器322a之碼位元用於第一區塊傳輸、來自緩衝器322b(在圖3中未圖示)之碼位元用於第二區塊傳輸等等及來自緩衝器322t之碼位元用於最後區塊傳輸。若NAK經接收用於資料封包，則多工器324提供下一碼位元區塊。無論何時當接收一ACK時，可清除所有T個緩衝器322a至322t。
符號映射單元326接收每一區塊之碼位元且將碼位元映射至調變符號。符號映射根據用於區塊之調變方案而執行，如由來自控制器230之調變控制指示。符號映射可藉由以下來達成：(1)將B位元組分組以形成B位元二元值， 其中B=2用於QPSK，B=3用於8-PSK，B=4用於16-QAM，且B=6用於64-QAM；及(2)對於用於區塊之調變方案將每一B位元二元值映射至訊號群中之一點。符號映射單元326為每一碼位元區塊提供一資料符號區塊。
為清楚起見，將已編碼封包之碼位元分成多個區塊在以下對於一例示性設計而描述。對於此設計而言，FEC碼為速率1/5 Turbo碼，最大數目區塊傳輸為四(意即，T=4)，封包大小為用於所有模式之K輸入位元，且每一區塊含有S頻譜效率之K/S調變符號。對於所有模式使用相同封包大小更清楚地說明下述對不同模式之處理。在許多系統中，調變符號數目對所有模式固定，且封包大小對於不同模式而變化。因此，不同封包大小亦可用於不同模式，且固定區塊大小亦可用於所有模式。
圖5A展示對於表1中展示之方案之分割單元320a的方塊圖，其中相同調變方案用於給定模式之所有T個區塊傳輸。資料封包附加有一CRC值以形成具有K輸入位元之格式化封包，其接著經編碼以產生具有5K碼位元之已編碼封包。對於速率1/5 Turbo碼而言，第一K碼位元等於K輸入位元且稱為系統位元，且剩餘4K碼位元係由Turbo編碼器產生且稱為同位位元。
圖5A展示在表1中用於模式3之分割，其使用QPSK用於每一區塊傳輸。對於例示性設計而言，每一區塊含有用於模式3之3K/4調變符號，且可使用QPSK在一區塊中發送3K/2碼位元。在分割單元320a內，擊穿單元510a接收已編 碼封包之5K碼位元，為第一區塊傳輸將3K/2碼位元提供至緩衝器322a，且將剩餘7K/2碼位元提供至擊穿單元510b。對於IR傳輸而言，通常在第一區塊傳輸中發送K系統位元及所需之許多同位位元。此允許接收器在較有利頻道條件下使用僅一區塊傳輸恢復資料封包。在每一區塊傳輸中發送之同位位元可基於特定擊穿圖案自越過整個已編碼封包而取得。改良之解碼效能可藉由越過多個區塊傳輸偽隨機地擴展已編碼封包之同位位元而達成。
擊穿單元510b自單元510a接收7K/2碼位元，基於用於第二區塊之擊穿圖案自7K/2已接收碼位元中選擇3K/2碼位元，將3K/2已選擇碼位元提供至緩衝器322b，且將剩餘2K碼位元提供至擊穿單元510c。單元510c基於用於第三區塊之擊穿圖案自2K已接收碼位元中選擇3K/2碼位元，將3K/2已選擇碼位元提供至緩衝器322c，且將剩餘K/2碼位元提供至擊穿單元510d。此等K/2碼位元不足以用於另一區塊。因為整個已編碼封包已傳輸，所以相同已編碼封包如在圖4中展示而重複。一般而言，可如封包之該T個區塊傳輸所需要而多次重複已編碼封包。單元510d因此亦自FEC編碼器314接收碼位元，自單元510c選擇K/2碼位元以及自FEC編碼器314選擇1K系統位元，且將3K/2已選擇碼位元提供至緩衝器322d。來自緩衝器322a至322d中之每一者之3K/2碼位元其後經符號映射以獲取3K/4 QPSK調變符號。
圖5B展示表2中展示之實施例的模式3之分割單元320b的方塊圖，其中多調變方案用於單一封包。對於表2中之模 式3而言，8-PSK用於第一區塊且QPSK用於每一隨後區塊。在分割單元320b內，擊穿單元520a接收已編碼封包之5K碼位元，將第一區塊之9K/4碼位元提供至緩衝器322a，且將剩餘11K/4碼位元提供至擊穿單元520b。單元520b基於用於第二區塊之擊穿圖案自11K/4已接收碼位元中選擇3K/2碼位元，將3K/2已選擇碼位元提供至緩衝器322b，且將剩餘5K/4碼位元提供至擊穿單元520c。單元520c亦自FEC編碼器314接收5K碼位元，自單元520b選擇5K/4碼位元以及自FEC編碼器314選擇第一K/4系統位元，將3K/2已選擇碼位元提供至緩衝器322c，且將剩餘19K/4碼位元提供至擊穿單元520d。單元520d選擇剩餘3K/4系統位元，基於擊穿圖案選擇3K/4同位位元，且將3K/2已選擇碼位元提供至緩衝器322d。來自緩衝器322a至322d中之每一者之碼位元其後經符號映射以獲取3K/4調變符號。
圖5C展示在表2中展示之實施例之模式7的分割單元320c的方塊圖，其使用64-QAM、16-QAM、8-PSK及QPSK分別用於第一、第二、第三及第四區塊。對於K/S之區塊大小而言，每一區塊含有用於模式7之K/4調變符號，其中S=4，且在使用64-QAM之區塊中發送3K/2碼位元。在分割單元320c內，擊穿單元530a接收已編碼封包之5K碼位元，將第一區塊之3K/2碼位元提供至緩衝器322a，且將剩餘7K/2碼位元提供至擊穿單元530b。單元530b基於用於第二區塊之擊穿圖案自7K/2已接收碼位元中選擇K碼位元，將K已選擇碼位元提供至緩衝器322b，且將剩餘5K/2碼位元 提供至擊穿單元530c。單元530c基於用於第三區塊之擊穿圖案自5K/2已接收碼位元中選擇3K/4碼位元，將3K/4已選擇碼位元提供至緩衝器322c，且將剩餘7K/4碼位元提供至擊穿單元530d。單元530d基於用於第四區塊之擊穿圖案自7K/4已接收碼位元中選擇K/2碼位元，且將K/2已選擇碼位元提供至緩衝器322d。來自緩衝器322a至322d中之每一者之碼位元其後經符號映射以獲取K/4調變符號。
圖5A至圖5C展示用於例示性設計及用於若干模式之分割及擊穿。可如上所述或以一些其它方式執行用於每一模式之該T個區塊的分割及擊穿。舉例而言，可不首先傳輸封包之系統位元，可以偽隨機方式選擇每一封包之碼位元等等。FEC(例如，捲積)碼亦可不產生系統位元，在該情況下，可自越過已編碼封包偽隨機地選擇用於每一區塊之碼位元。同樣，訊框結構可不同於上述結構。
圖6展示在接收器250處之偵測器256及RX資料處理器260之實施例的方塊圖。在偵測器256內，LLR計算單元610自接收器單元254獲取已接收資料符號且自頻道估計器258獲取頻道估計且為已接收資料符號計算LLR。每一已接收資料符號可表達為：
其中s i 係為資料封包發送之第i資料符號；h i 為由資料符號s i 觀察之複雜頻道增益；η i 為由資料符號s i 觀察之雜訊及干擾；及為資料封包之第i已接收資料符號。
等式(1)假定一通訊頻道，其中每一資料符號s i 觀察單一頻道增益h i 。此可為該情況，(例如)若在一次頻帶上使用OFDM發送每一資料符號，或若通訊頻道具有用於單一傳播路徑之單一頻道子取樣(tap)。雜訊可假定為具有零平均值及V i 變量之加成性白複雜高斯雜訊(AWGN)。
每一已接收資料符號為藉由將B碼位元 b i =[b i ,1 b i ,2 ...b i,B ]映射至用於該資料符號s i 之調變方案之訊號群中的一點而獲取之已傳輸資料符號s i 的估計。用於已接收資料符號之第j碼位元之LLR可表達為：
該處b i,j 為用於已接收資料符號之第j碼位元；為位元b i,j 為1的已接收資料符號之概率；為位元b i,j 為-1之已接收資料符號之概率(意即，'0')；且LLR i,j 為碼位元b i,j 之LLR。
一LLR為雙極值，其中較大正值對應於為a+1之碼位元的較高可能性且較大負值對應於為a-1之碼位元之較高可能性。零之LLR指示碼位元類似地等於+1或-1。
若每一已接收資料符號之B碼位元為獨立(其可使用適當交錯達成)的，則等式(2)可表達為： 其中Ω j,q 為在第j碼位元等於q之訊號群中之點集合；s為經評估之集合Ω j,q 中之調變符號或訊號點；且為已接收資料符號之頻道增益之估計；q=1之訊號集合Ω j ,1 、q=-1之訊號集合Ω j ,-1 及參數B皆視用於已接收資料符號之方案而定。不同調變方案可用於封包之不同區塊，且Ω j ,1 、Ω j ,-1 及B可對於不同區塊而不同。
等式(3)可以各種方式評估，如在此項技術中已知。單元610為每一已接收資料符號之B碼位元計算B LLR，表示為{LLR i,j }。單元610亦可組合為相同資料符號si 之多個傳輸而計算的LLR，使得為已編碼封包之每一碼位元儲存僅一LLR，其可減小記憶體需求。單元610亦可為每一碼位元將LLR量化至預定數目之位元以便於儲存。用於LLR之位元數目視諸如編碼器之需求、已接收資料符號之SINR等等之各種因素而定。單元610將用於每一已接收資料區塊之碼位元之LLR提供至RX資料處理器260。
在RX資料處理器260內，封包緩衝器620為每一資料封包之碼位元儲存LLR。在接收新資料封包之前，緩衝器620經初始化或以消除物(其等為零之LLR值)填充。一消除物為替代丟失碼位元(未接收或根本未傳輸之碼位元)之值且在解碼處理中給予適當權重。位址產生器622為自單元610接收之每一LLR產生一適當位址，使得封包之LLR在適 當位置處儲存。每一碼位元之LLR之位址的產生可基於(1)為資料封包而選擇之模式，(2)在其中接收碼位元之特定區塊，及(3)用於此區塊之擊穿圖案，其所有可由一IR傳輸控制指示。
無論何時當一新資料符號區塊自傳輸器210接收而用於資料封包時，可對為該封包而接收之所有區塊之LLR再執行解碼。封包緩衝器620將用於解碼之LLR及消除物之序列(意即，重組封包)提供至FEC解碼器630。此序列含有為封包而接收之所有資料封包的LLR及未為封包而接收之所有資料符號的消除物。在接收第一區塊之後，該序列含有在區塊1中載運之碼位元之LLR及所有其它碼位元的消除物。在接收第二區塊之後，該序列含有在區塊1及2中載運之碼位元之LLR及所有其它碼位元的消除物。FEC解碼器630以互補於在傳輸器210處執行之FEC編碼之方式解碼LLR及消除物之序列，如由來自控制器270之解碼控制指示。舉例而言，若在傳輸器210處分別執行Turbo或捲積編碼，則Turbo解碼器或Viterbi解碼器可用於FEC解碼器630。FEC解碼器630提供已解碼封包。CRC檢查器632接著檢查已解碼封包以判定封包正確或是錯誤解碼且提供已解碼封包之狀態。
接收器250亦可使用重複偵測及解碼(IDD)方案解碼封包。IDD方案利用FEC碼之錯誤校正能力來提供改良之效能。此係藉由在LLR計算單元610與用於多次重複之FEC解碼器630之間重複地傳遞先驗資訊來達成。先驗資訊指示 已接收資料符號之已傳輸碼位元之可能性。對於每一重複而言，LLR計算單元610基於已接收資料符號、頻道估計及來自FEC解碼器630之解碼器LLR而計算碼位元的LLR。可修改等式(2)以考慮解碼器LLR。FEC解碼器630接著解碼來自單元610之已更新LLR以獲取新解碼器LLR，其可提供回單元610。在重複偵測及解碼處理期間，已偵測資料符號之可靠性使用每一偵測/解碼重複而改良。
一般而言，接收器250可以各種方式執行資料偵測及解碼。LLR之產生為通常用於Turbo及捲積碼之特定解碼實施。接收器250可使用可應用至在傳輸器210處使用之編碼技術的任一通用解碼技術。
圖7展示傳輸器210執行以傳輸資料封包之處理700的流程圖。傳輸器首先將資料封包編碼(例如，使用基礎FEC碼)以產生碼位元(步驟712)。對於第一區塊，將區塊數目之索引l 初始化為1(步驟714)。為傳輸第l 區塊，使用為資料封包產生之碼位元且考慮已為封包而發送之碼位元，來形成碼位元區塊(步驟722)。基於為資料封包而選擇之模式，來確定用於第l 區塊之調變方案(步驟724)。接著，基於此區塊之調變方案，將第l 區塊之碼位元映射至資料符號(步驟726)。進一步處理且傳輸資料符號之第l 區塊(步驟728)。若未基於l 區塊傳輸正確解碼資料封包(如在步驟730中判定)且若未傳輸最大數目區塊(如在步驟732中判定)，則遞增索引l (步驟734)，且處理返回至步驟722，以產生且傳輸下一資料符號區塊。否則，處理終止。
圖8展示接收器250執行以接收資料封包之處理800的流程圖。接收器首先以用於資料封包之所有碼位元之消除物初始化封包緩衝器(步驟812)。對於第一區塊，將區塊數目之索引l 初始化為1(步驟814)。對於第l 區塊，初始地獲取已接收資料符號區塊(步驟822)。基於為資料封包而選擇之模式，判定用於第l 區塊的調變方案(步驟824)。接收器接著根據用於區塊之調變方案執行已接收資料符號之第l 區塊的偵測，來獲取在區塊中發送之碼位元的LLR(步驟826)。可將第l 區塊之LLR與在此區塊中先前運算之碼位元的LLR組合。(步驟828)。在任何情況下，在封包緩衝器中適當位置儲存第l 區塊之LLR(亦步驟828)。接著自封包緩衝器擷取資料封包之LLR及消除物，且根據基礎FEC碼予以解碼，以獲取已解碼封包(步驟830)，其經進一步檢查以判定封包係被正確或錯誤解碼(步驟832)。若未基於已接收資料符號之l 區塊正確解碼資料封包(如在步驟840中判定)且若未獲取最大數目區塊(如在步驟842中判定)，則遞增索引l (步驟844)，且處理返回至步驟822以獲取且處理已接收下一資料符號區塊。否則，處理終止。
對單一資料封包使用多調變方案可提供改良之效能。對第一區塊傳輸使用較高順序調變方案(連同相應較低碼速率)，可為某些頻道模型之此區塊傳輸提供顯著增益(例如，1至2.5 dB)。對較後區塊傳輸使用較低順序調變方案(且相應較高碼速率)避免或減小已編碼封包之重複，其亦可改良效能。舉例而言，若64-QAM係用於模式7之所有四 區塊傳輸，則已編碼封包部分地重複，且若64-QAM、16-QAM、8-PSK及QPSK係用於四區塊傳輸，則已編碼封包不重複。
可以各種構件實施在本文中描述之對單一封包使用多調變方案的技術。舉例而言，此等技術可在硬體、軟體或其組合中實施。對於硬體實施而言，在傳輸器處之處理單元(例如，TX資料處理器220)可在一或多個特殊應用積體電路(ASIC)、數位訊號處理器(DSP)、數位訊號處理設備(DSPD)、可程式化邏輯設備(PLD)、現場可程式化閘極陣列(FPGA)、處理器、控制器、微處理器、經設計以執行在本文中描述之功能的其它電子單元，或其組合內實施。在接收器處之處理單元(例如，偵測器256及RX資料處理器260)亦可在一或多個ASIC、DSP等等內實施。
對於軟體實施而言，該等技術可使用執行本文中描述之功能的模塊(例如，程序、函數等等)實施。軟體程式碼可儲存在記憶體單元(例如，圖2中之記憶體單元232及272)且由處理器(例如，控制器230及270)執行。記憶體單元可在處理器內或處理器外部實施。
所揭示實施例之先前描述經提供以使任一熟習此項技術者能製造或使用本發明。熟習此項技術者將易於瞭解對此等實施例之各種修正，且本文中定義之一般原理可應用至其它實施例而不脫離本發明之精神或範疇。因此，本發明不欲限於在本文中展示之實施例，而與本文中揭示之原理及新奇特徵最廣泛地一致。
200‧‧‧無線通訊系統
210‧‧‧傳輸器
212‧‧‧資料源
220‧‧‧TX資料處理器
222‧‧‧傳輸器單元
224‧‧‧天線
230‧‧‧控制器
232‧‧‧記憶體單元
242‧‧‧接收器單元
244‧‧‧RX資料處理器
250‧‧‧接收器
252‧‧‧天線
254‧‧‧接收器單元
256‧‧‧偵測器
258‧‧‧頻道估計器
260‧‧‧RX資料處理器
262‧‧‧資料儲集器
270‧‧‧控制器
272‧‧‧記憶體單元
282‧‧‧TX資料處理器
284‧‧‧傳輸器單元
312‧‧‧循環冗餘檢查(CRC)產生器
314‧‧‧前向錯誤校正(FEC)編碼器
320、320a、320b、320c‧‧‧分割單元
322a、322b、322c、322d、322t‧‧‧緩衝器
324‧‧‧多工器
326‧‧‧符號映射單元
510a、510b、510c、510d‧‧‧擊穿單元
520a、520b、520c、520d‧‧‧擊穿單元
530a、530b、530c、530d‧‧‧擊穿單元
610‧‧‧LLR計算單元
620‧‧‧封包緩衝器
622‧‧‧位址產生器
630‧‧‧FEC解碼器
632‧‧‧CRC檢查器
圖1說明一累加式冗餘傳輸；圖2展示一傳輸器及一接收器之方塊圖；圖3展示一傳輸(TX)資料處理器之方塊圖；圖4說明由TX資料處理器對一資料封包之處理；圖5A展示使用單一調變方案對一封包形成碼位元區塊；圖5B及5C展示使用用於兩種不同模式之多調變方案對一封包形成碼位元區塊；圖6展示一偵測器及一接收(RX)資料處理器之方塊圖；圖7及圖8展示使用多調變方案分別傳輸及接收資料封包之處理。

Claims (13)

  1. 一種在一通訊系統中傳輸資料之方法，其包含：編碼一資料封包以獲取該資料封包之複數個碼位元；使用該複數個碼位元來形成複數個碼位元區塊；指定用於傳輸該複數個碼位元區塊之至少兩個碼位元區塊之一頻譜效率，其中假設該資料封包在傳輸該等兩個碼位元區塊後被正確地解碼；選擇一調變方案及碼速率以使用於該複數個碼位元區塊之中每一者以提供用於傳輸之該至少兩個碼位元區塊的該指定頻譜效率；及根據其選擇之該調變方案，將該等碼位元映射在該複數個碼位元區塊中之每一者中，以產生用於該碼位元區塊之調變符號，其中複數個調變符號區塊係為該複數個碼位元區塊而產生。
  2. 如請求項1之方法，其進一步包含：用從第一到最後之循序順序傳輸該複數個調變符號區塊。
  3. 如請求項2之方法，其中該用循序順序傳輸該複數個調變符號區塊包含：在當得到的該碼速率為二分之一或更低時，選擇相較於傳輸一第二區塊之一較高順序調變方案以用於傳輸一第一調變符號區塊。
  4. 如請求項3之方法，其中該用循序順序傳輸該複數個調變符號區塊進一步包含： 傳輸該複數個調變符號區塊中之剩餘者，一次傳輸一個調變符號區塊，直至該資料封包被一接收器予以正確解碼或所有該複數個調變符號區塊皆予以傳輸為止。
  5. 一種在一通訊系統中之裝置，其包含：用於編碼一資料封包以獲取該資料封包之複數個碼位元之構件；用於使用該複數個碼位元來形成複數個碼位元區塊之構件；用於指定傳輸該複數個碼位元區塊之至少兩個碼位元區塊之一頻譜效率之構件，其中假設該資料封包在傳輸該至少兩個碼位元區塊後被正確地解碼；用於選擇一調變方案及碼速率以使用於該複數個碼位元區塊之中每一者之構件，以提供用於傳輸該至少兩個碼位元區塊之該指定頻譜效率；及用於根據其選擇之該調變方案將該等碼位元映射在該複數個碼位元區塊中之每一者中以產生用於該等碼位元區塊之調變符號之構件，其中複數個調變符號區塊係為該複數個碼位元區塊而產生。
  6. 如請求項5之裝置，其進一步包含：用於用循序順序傳輸該複數個調變符號區塊之構件。
  7. 如請求項6之裝置，其中該用於用循序順序傳輸該複數個調變符號區塊之構件包含：用於在當得到的該碼速率為二分之一或更低時選擇相較於傳輸一第二區塊之一較高順序調變方案以用於傳輸 一第一調變符號區塊。
  8. 如請求項7之裝置，其中該用於用循序順序傳輸該複數個調變符號區塊之構件經組態以傳輸該複數個調變符號區塊中之剩餘者，一次傳輸一個調變符號區塊，直至該資料封包被一接收器予以正確解碼或所有該複數個調變符號區塊皆予以傳輸為止。
  9. 一種電腦可讀取媒體，其包含致使一電腦執行請求項1-4中任一之方法之程式碼。
  10. 一種在一通訊系統中之裝置，其包含：一處理器，其經組態以：編碼一資料封包以獲取該資料封包之複數個碼位元；使用該複數個碼位元來形成複數個碼位元區塊；指定用於傳輸該複數個碼位元區塊之至少兩個碼位元區塊之一頻譜效率，其中假設該資料封包在傳輸該等兩個碼位元區塊後被正確地解碼；選擇一調變方案及碼速率以使用於該複數個碼位元區塊之中每一者以提供用於傳輸之該至少兩個碼位元區塊的該指定頻譜效率；及根據其選擇之該調變方案，將該等碼位元映射在該複數個碼位元區塊中之每一者中，以產生用於該碼位元區塊之調變符號，其中複數個調變符號區塊係為該複數個碼位元區塊而產生。
  11. 如請求項10之裝置，其進一步包含： 一傳輸器，其經組態以用從第一到最後之循序順序傳輸該複數個調變符號區塊。
  12. 如請求項11之裝置，其中該處理器進一步經組態以：在當得到的該碼速率為二分之一或更低時，選擇相較於傳輸一第二區塊之一較高順序調變方案以用於傳輸一第一調變符號區塊。
  13. 如請求項12之裝置，其中該傳輸器進一步經組態以傳輸該複數個調變符號區塊中之剩餘者，一次傳輸一個調變符號區塊，直至該資料封包被一接收器予以正確解碼或所有該複數個調變符號區塊皆予以傳輸為止。
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