CN1521959A - 自适应的无线发送/接收系统 - Google Patents
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Abstract
一种自适应的无线控制系统和方法，组合了自适应调制和编码(AMC)技术和发送分集(TD)技术。周期性地检验信道状态，并且对系统应用最适合于被检验信道状态的编码技术和调制技术，从而提高了接收信号的质量。
Description
发明背景
1.
发明领域
本发明一般涉及通信系统，尤其涉及组合了自适应调制和编码(AMC)以及发送分集(TD)的无线通信系统。
2.
相关技术描述
随着移动通信和终端技术的发展，必须升级数据传输速度。更具体地说，必须把基于相对低速的传输速率发送字符或语音数据的以数据传输为中心的无线通信环境升级成为执行多媒体数据的高速数据传输。
一般而言，接收信号的质量取决于基站和终端之间的距离而变化。为了改进系统性能，可以执行链路适配，以便按照用户(终端)方位和信道环境来调整发送的信号。链路适配包括快速功率控制(FPC)以及自适应的调制和编码(AMC)。
通过向接近于基站的终端发送弱信号而向远离基站的终端发送强信号，FPC为每个终端维持恒定的服务质量，而不管基站和每个终端间的距离。
在FPC中，由于对最差的信道应用了固定的调制技术和编码速率，因此传输速率会很慢。如果使用单根天线，则由于各种信令路径而出现衰落。衰落可能造成一个空状态，该空状态造成SN(信号对噪声)比率的恶化以及平均传输速率的降级。
在该传输方法中，与FPC类似，调制技术和编码速率是固定的，并且使用单根天线。在要求特定传输质量的无线环境中，使用了该传输方法。然而，由于调制技术和编码速率是根据平均信道环境或最差信道环境固定的，因此这种低传输速率的传输方法不适合于高速数据传输。
AMC是通过改进低传输速率而实现高速数据传输的一种传输技术。TD是另一种用于改进这种低传输速率的技术。
AMC通过按照信道环境改变调制技术和编码速率而提高了传输量。换句话说，当信道环境良好时，通过高次调制技术和高编码速率来执行信号传输。当信道环境不好时，通过低次调制技术和低编码速率来发送信号。结果，通过允许向良好信道环境中的用户提供高速传输服务，AMC提高了小区中的平均传输效率。
在实现AMC时，信道估计是一个考虑因素。如果由于错误的信道估计而把差的信道环境错误地确定为是好的信道环境，则基站会以高次调制技术和高编码速率执行信号传输，这会导致显著的信号丢失。
发送分集(TD)是用于降低空状态而同时提高传输量的分集技术，它使用了一根接收天线和多个发送天线。更具体地说，在TD中，基站使用两根或多根天线发送信号，而终端使用一根天线接收信号，因此减少了终端的负担并且抑制了空状态的产生。
TD被分成一个基于开回路的TD和一个基于闭回路的TD。基于开回路的TD是指在其中把信号发送到多根天线中的某一些上的STTD(空时发送分集)。基于闭回路的TD是在指其中把信号发送到从所述多根天线中被选定为具有良好信道环境的一根天线上的STD(选择发送分集)。
图1示出相关技术的基于TD的无线发送/接收系统。该系统包括具有多根天线的发射机70和具有一根天线的接收机80。如图所示，发射机用编码单元10编码输入信息比特，并把结果发送到调制单元20。调制单元调制已编码的信号。然后把已调信号传输到TD编码单元30，其中它按照TD技术(STTD或STD)再次经历一个编码过程。把结果通过多根天线(Tx天线1-Tx天线N)无线地发送。
在STTD中，TD编码单元30内编码的信号通过多根天线(Tx天线1-Tx天线N)中的两根发送，而在8TD中，TD编码单元30内编码的信号通过被选择为具有良好信道环境的天线(Tx天线1-Tx天线N)中的一根发送。
接收机把接收天线(Rx天线)所采集到的信号传输到TD解码单元40，并且按照所述TD(STTD或8TD)对其进行解码，而且进行信道补偿。TD解码单元40所处理的信号被发送到解调单元50并在其中被解调，把结果发送到解码单元60并在其中进行解码以恢复信息比特。
在相关技术的基于TD的无线发送/接收系统中，信道估计必须准确，以便达到某一性能级别，而且系统大大受到信道环境的影响。而且，基于AMC的无线发送/接收系统有一个问题：如果没有适当地作出信道估计，那么就会丢失大量数据。
发明概述
本发明的一个目的是解决相关技术的一个或多个问题和/或实现下列至少一个优点。
本发明另一个目的是提供一种自适应的无线发送/接收装置，该装置既采用自适应的调制编码技术，又采用发送分集技术。
本发明再一个目的是提供一种自适应的无线发送/接收方法，该方法改变系统的MCS(调制和编码方案)。
为了全部或部分地实现至少上述目的，提供了一种自适应的无线发送/接收装置，依照一实施例，它包括：MCS设定单元，用于周期性地检验接收信道的状态信息并设定最佳的调制和编码方案(MCS)级别；发送单元，用于按照所设定MCS级别的编码技术和调制技术来处理信息比特，并且按照预定的发送分集(TD)技术发送被处理的信号；以及接收单元，用于按照已经由发送端设定的MCS和TD技术处理接收信号。
较佳地，发送单元包括：第一编码单元，用于按照所设定的编码技术来编码信息比特；调制单元，用于按照所设定的调制技术交织并调制已编码的信号；以及第二编码单元，用于对调制信号进行编码，并且按照预定的发送分集(TD)技术通过多根发送天线发送已编码的信号。
较佳地，调制单元包括：信道交织单元，用于按照所设定的调制技术来交织已编码的信号；映射单元，用于按照所设定的调制技术对信道交织单元的输出信号进行星座图映射；Walsh调制单元，用于把被映射的信号转换成Walsh编码块；以及扰频单元，用于对被转换的信号进行扰频。
较佳地，接收单元包括：第一解码单元，用于按照预定的TD技术对接收天线所采集的分集信号进行解码，并且进行信道补偿；解调单元，用于对第一解码单元的输出信号进行解调；以及第二解码单元，用于对已解调信号进行映射解码以恢复原始信息比特。
较佳地，解调单元包括：解扰频单元，用于对第一解码单元的输出信号进行解扰频；Walsh解调单元，用于解调经解扰的信号；软判决单元，用于确定已解调的信号属于哪个码元区域；以及信道解交织单元，用于对软判决单元的输出信号进行解交织。
较佳地，MCS设定单元包括：信道信息提取单元，用于周期性地从第一解码单元提取信道状态信息；以及选择单元，用于参照所提取的信道状态信息选择一个最佳的MCS。而且，信道状态信息最好与信道的SN(信号对噪声)比率有关。
按照另一实施例，一种自适应的无线发送/接收方法包括：MCS设定步骤，用于周期性地检验接收信道的状态信息并设定最佳MCS；发送步骤，用于按照所设定MCS的编码技术和调制技术来处理信息比特，并且按照预定的发送分集(TD)技术发送被处理的信号；以及接收步骤，用于按照发送端所设定的MSC和TD技术处理接收信号并且恢复原始信息比特。
较佳地，发送步骤包括：按照所设定的编码技术对信息比特进行编码；以及按照所设定的调制技术调制已编码的信号，并且把已编码的信号发送到多根发送天线。
较佳地，接收步骤包括：按照预定的发送分集(TD)技术对接收天线所采集的分集信号进行解码，并且对已解码的信号进行信道补偿；解调被补偿的信号；以及对已解调的信号进行映射解码以恢复原始信息比特。
附图简要说明
图1是相关技术的无线发送/接收系统结构的示意方框图。
图2所示为依照本发明一个优选实施例的无线发送/接收系统的结构。
图3所示为依照本发明一个优选实施例的调制单元的结构。
图4所示为依照本发明一个优选实施例的解调单元的结构。
优选实施例详细说明
图2示出按照本发明一个优选实施例的无线发送/接收系统。该系统包括：调制和编码方案(MCS)设定单元200，用于周期性地检验接收信道的状态信息并且设定期望的(如最佳的)调制和编码方案(MCS)级别；发送单元180，用于按照所设定MCS级别的编码技术和调制技术来处理一个或多个信息比特，并且按照预定的发送分集(TD)技术发送被处理的信号；以及接收单元190，用于按照已经由发送端设定的MCS和TD技术处理接收信号并且恢复原始信息比特。
按照本发明的自适应无线发送/接收系统周期性地检验信道状态并且给自己应用一个最适合于相应信道状态的MCS级别。
| MCS(级别) | 编码(速率) | 调制(类型) | SN比率(dB) |
| 1 | 1/3 | QPSK | ≤3 |
| 2 | 2/3 | QPSK | 4-6 |
| 3 | 2/3 | 8PSK | 7-10 |
| 4 | 2/3 | 16QAM | ≥11 |
表格
如表所示，根据所设定的MCS级别而应用不同的编码和调制技术。更具体地说，如果被检验信道的SN比率小于或等于3dB，MCS设定单元200就设MCS级别为1，并且把关于该MCS级别的信息传输到发送单元180。然后，发送单元180对系统应用1/3编码速率的编码技术以及QPSK调制技术。
如果被检验信道的SN比率等于或大于11dB，MCS设定单元200就设MCS级别为4，并且把关于该MCS级别的信息传输到发送单元180。然后，发送单元180对系统应用2/3编码速率的编码技术以及16QAM调制技术。
在较差的信道状态下，低级别的MCS表现出较好的性能，而在较好的信道状态下，高级别的MCS表现出较好的性能。应用于每个MCS级别的SN比率最好是一个预定的数值。(表格中的SN比率是为了说明任意选择的。如果期望，可以使用不同的值来满足所预计的应用或性能级别的要求。)例如，尽管任选的性能是高度期望的，然而也可以选择值来实现某些其它性能级别。
接收单元190包括：TD解码单元130，用于按照预定的发送分集(TD)技术(STTD或STD)对接收天线(Rx天线)所采集的分集信号进行解码，并且进行信道补偿；解调单元140，用于对TD解码单元130的输出信号进行解调；以及映射解码单元150，用于对已解调信号进行映射解码以恢复信息比特。解调单元140和映射解码单元150最好按照发送端的调制单元(或调制技术)和turbo编码单元(或编码技术)而工作。
MCS设定单元200包括：信道信息提取单元160，用于周期性地提取TD解码单元的信道信息；以及MCS级别选择单元170，用于参照所提取的信道信息选择最佳MCS。所选择的MCS级别信息被提供给发送单元180的turbo编码单元100和调制单元110。如果预定的TD技术是STTD，则可以为每个接收信道设定一个MCS级别。
发送单元180包括：turbo编码单元100，用于按照所设定的MCS级别的编码技术来编码信息比特；调制单元110，用于按照所设定MCS级别的调制方案对turbo编码单元100的已编码输出信号进行交织和调制；以及TD编码单元120，用于对调制单元110的输出信号进行编码，并且按照规定的TD技术通过多根发送天线(Tx天线1-Tx天线N)发送已编码的信号。
TD编码单元120根据TD技术而不同地工作。如果TD技术为STTD，则向TD编码单元120添加一个STTD解码器，用于通过几根天线发送信号。而如果TD技术为STD，则TD编码单元120选择多根天线之一，该天线具有良好的信道环境，并且把信号发送到所选的天线。
图3示出了按照本发明优选实施例的调制单元110的结构以及其与MCS级别选择单元170的相互作用。调制单元包括：信道交织单元111，用于按照考虑了实际信道环境而设定的MCS级别对已编码的信号(即，turbo编码单元100的输出信号)进行交织；星座图映射单元112，用于按照所设定MCS级别的调制技术对信道交织单元111的输出信号进行星座图映射；Walsh调制单元113，用于把星座图映射单元112的输出信号转换成Walsh编码块；以及扰频单元114，用于对被转换的信号进行扰频。
信道交织单元111和星座图映射单元112按照由MCS级别选择单元170所选择的MCS级别的调制技术进行工作，使得与前面讨论的相关技术相比，大大降低了出错率，从而可以改进整个小区的传输速率。
图4示出了按照本发明优选实施例的解调单元140。较佳地，解调单元与发送端的调制单元(或调制技术)相对应。解调单元包括：解扰频单元141，用于把TD解码单元的输出信号恢复成扰频前的信号：Walsh解调单元142，用于解调经解扰的信号；软判决单元143，用于确定Walsh解调单元的输出信号属于哪个码元区域；以及信道解交织单元144，用于把软判决单元143的输出信号恢复成预先交织的信号。解调单元140按照发送端的调制技术对已调信号进行适当地解调。
如上所述，本发明的自适应无线发送/接收系统具有下列优点。通过组合自适应的调制和编码(MAC)技术以及发送分集(TD)技术，该自适应无线发送/接收系统周期性地测量信道状态并且采取了最适合于所测得的信道状态的编码技术和调制技术，从而大大提高了接收信号的质量。此外，在频繁发生衰落的多径信道环境中可以获得高传输速率。
上述实施例和优点仅仅是示例性的，并且不应被认为是限制了本发明。本发明的原理可以容易地应用于其它装置类型。本发明的描述旨在阐述而不是限制权利要求书的范围。许多替代、修改和变化对于本领域的技术人员来说是显而易见的。在权利要求中，装置加功能的语句覆盖了这里所述的结构，执行所述的功能，且不仅覆盖结构上的等效方案，还覆盖了等效的结构。
Claims (38)
1.一种自适应无线发送/接收装置，其特征在于，它包括：
设定单元，用于周期性地检验接收信道的状态信息，并且根据该状态信息设定调制和编码方案(MCS)级别；
发射机，用于按照所设定MCS级别的编码技术和调制技术来处理信息比特，并且按照预定的发送分集(TD)技术发送被处理的信号；以及
接收机，用于按照已经由发射机设定的MCS级别和TD技术处理接收信号。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述发射机包括：
第一编码器，用于按照所设定的编码技术来编码信息比特；
调制器，用于按照所设定的调制技术交织并调制已编码的信号；以及
第二编码器，用于对调制信号进行编码，其中已编码的信号按照预定的发送分集(TD)技术通过多根发送天线被发送。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述调制器包括：
信道交织器，用于按照所设定的调制技术来交织已编码的信号；
映射表，用于按照所设定的调制技术对信道交织单元的输出信号进行星座图映射；
Walsh调制器，用于把被映射的信号转换成Walsh编码块；以及
扰频器，用于对被转换的信号进行扰频。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预定的发送分集技术是空时发送分集(STTD)。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述MCS设定单元为每一个接收信道设定一最佳MCS。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预定的发送分集技术是选择发送分集(STD)。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述接收机包括：
第一解码器，用于按照预定的TD技术对接收天线所采集的分集信号进行解码，并且进行信道补偿；
解调器，用于对第一解码器的输出信号进行解调；以及
第二解码器，用于对已解调信号进行映射解码以恢复原始信息比特。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述解调器包括：
解扰频单元，用于对第一解码器的输出信号进行解扰；
Walsh解调器，用于解调经解扰的信号；
软判决单元，用于确定已解调的信号属于哪个码元区域；以及
信道解交织器，用于对软判决单元的输出信号进行解交织。
9.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述解调器是对应于发射机的调制单元而工作的。
10如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第二解码器是对应于发射机的第一编码器而工作的。
11.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述设定单元包括：
信道信息提取器，用于周期性地从第一解码器提取信道状态信息；以及
选择器，用于参照所提取的信道状态信息选择一个最佳的MCS。
12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述选择器将关于所选MCS的信息提供给第一编码器以及调制器。
13.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述信道状态信息包括表示信道的SN(信号对噪声)比率的信息。
14.一种自适应的无线发送/接收方法，其特征在于，包括：
周期性地检验接收信道的状态信息；
根据该状态信息设定最佳MCS级别；
所设定MCS的编码技术和调制技术来处理一个或多个信息比特；
根据预定的发送分集(TD)技术发送包括被处理信息比特的信号；以及
根据所设定的MSC和TD技术接收信号并且恢复原始信息比特。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述发送信号包括：
根据所设定的编码技术对信息比特进行编码；
根据所设定的调制技术交织并调制已编码的信号；以及
对已调信号进行编码，并且把已编码的信号发送到多根发送天线。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述调制已编码信号的步骤包括：
根据所设定的调制技术对已编码信号进行交织；
根据所设定的调制技术对经交织的信号进行星座图映射；
把被映射的信号转换成Walsh编码块；以及
对被转换的信号进行扰频。
17.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述预定的发送分集技术是空时发送分集(STTD)。
18.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述预定的发送分集技术是选择发送分集(STD)。
19.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述接收发送信号包括：
根据预定的发送分集(TD)技术对接收天线所采集的分集信号进行解码，并且对已解码的信号进行信道补偿；
解调被补偿的信号；以及
对已解调的信号进行映射解码以恢复原始信息比特。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，解调被补偿的信号的步骤包括：
对被补偿的信号进行解扰；
对经解扰的信号进行解调；
确定已解调的信号属于哪个码元区域；以及
对所确定的信号进行解交织。
21.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述解调被补偿的信号是按照发送期间所执行的调制技术来执行的。
22.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述映射解码是对应于发送期间所执行的编码技术来执行的。
23.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述信道状态信息包括表示信道的SN(信号对噪声)比率的信息。
24.一种方法，包括：
确定通信信道的状态；以及
根据所述状态选择MCS级别，用于在信道上发送信号。
25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述状态指示信道的信噪比。
26.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述设定MCS级别包括：
为不同的信噪比值设定不同的编码速率。
27.如权利要求26所述的方法，其特征在于，为所述不同的编码速率设定相同的调制技术。
28.如权利要求25所述的方法，其特征在于，设定MCS级别包括：
为不同的信噪比值设定相同的编码速率。
29.如权利要求28所述的方法，其特征在于，为所述相同的编码速率设定不同的调制技术。
30.如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述信号是根据预定的发送分集技术在信道上被发送的。
31.如权利要求30所述的方法，其特征在于，所述发送分集技术是空时发送分集技术。
32.如权利要求30所述的方法，其特征在于，所述发送分集技术是选择发送分集技术。
33.一种装置，包括：
检测器，用于检测通信信道的状态；以及
控制器，用于根据所述状态选择MCS级别，用于在信道上发送信号。
34.如权利要求33所述的装置，其特征在于，所述状态指示信道的信噪比。
35.如权利要求34所述的装置，其特征在于，所述控制器为不同的信噪比值设定不同的编码速率。
36.如权利要求35所述的装置，其特征在于，所述控制器为不同的编码速率设定相同的调制技术。
37.如权利要求34所述的装置，其特征在于，所述控制器为不同的信噪比值设定相同的编码速率。
38.如权利要求37所述的装置，其特征在于，所述控制器为相同的编码速率设定不同的调制技术。
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