專利名稱：可適性調(diào)制與編碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一可適性調(diào)制與編碼，尤其是有關(guān)于跨越媒體存取控制層和實體層的可適性調(diào)制與編碼方法，以增進系統(tǒng)品質(zhì)。
背景技術(shù)：
可適性調(diào)制與編碼(AMC)為每個使用者在進行調(diào)制/編碼與平均信道狀態(tài)的匹配時提供了更多的靈活性?？蛇m性調(diào)制與編碼使傳輸信號的能量在一幀期間保持恒定，而調(diào)制級數(shù)與編碼率隨著信號品質(zhì)或信道狀態(tài)而改變。不同的調(diào)制級數(shù)下，每一符元傳送的位數(shù)也不同。當(dāng)使用QAM64標(biāo)準(zhǔn)時，傳送的位數(shù)較多，所需要信噪比(SNR)條件也較嚴(yán)苛，以免干擾影響比特錯誤率(BER)。使用可適性調(diào)制與編碼的無線系統(tǒng)可根據(jù)傳輸信道的狀況，盡量選擇條件許可之下的最高調(diào)制級數(shù)。傳輸距離較近的目標(biāo)，可使用較高的調(diào)制級數(shù)，例如QAM。隨著傳輸距離增加，則漸次選用較低的調(diào)制級數(shù)。因此可適性調(diào)制與編碼可以有效克服信號衰減和其它干擾問題。
圖1為可適性調(diào)制與編碼方法所適用的環(huán)境示意圖。在一使用可適性調(diào)制與編碼的系統(tǒng)中，靠近發(fā)射器100的使用者，使用較高的調(diào)制級數(shù)和編碼率，例如QAM64和R＝3/4卷積碼(turbo code)。與發(fā)射器100距離越遠(yuǎn)的使用者，使用的調(diào)制級數(shù)就越低，例如QAM16，QPSK和BPSK。
實作可適性調(diào)制與編碼時要克服多項挑戰(zhàn)。因為可適性調(diào)制與編碼對于測量誤差與延遲相當(dāng)敏感，為了選擇最適當(dāng)?shù)恼{(diào)制級數(shù)，系統(tǒng)中的排程器(scheduler)必須掌控信道品質(zhì)的狀況。信道測量的誤差將使排程器選擇錯誤的編碼率，可能導(dǎo)致傳送過高的功率而浪費了系統(tǒng)容量，或傳送功率過低而增加了區(qū)塊錯誤率。信道測量結(jié)果的延遲通報，在多變的移動通信環(huán)境下，也會使系統(tǒng)降低可靠度。干擾因素也增加了測量誤差的可能。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中所指出的問題，本發(fā)明提供一種可適性調(diào)制與編碼方法。
本發(fā)明的上述目的是通過如下的技術(shù)方案來實現(xiàn)的。
一種可適性調(diào)制與編碼方法，利用不同調(diào)制級數(shù)和編碼率傳送數(shù)據(jù)。首先估測一傳輸信道的一信噪比；接著提供一服務(wù)品質(zhì)參數(shù)，其中該服務(wù)品質(zhì)參數(shù)定義了一最大允許延遲和一封包錯誤率；根據(jù)該最大允許延遲決定一重傳上限次數(shù)，并根據(jù)該服務(wù)品質(zhì)參數(shù)和該信噪比決定一最佳封包長度；最后根據(jù)該最佳封包長度和該重傳上限決定最適合該信噪比和該封包錯誤率的一調(diào)制級數(shù)和一編碼率。
傳送前，先根據(jù)該最佳封包長度，產(chǎn)生一媒體存取控制封包；接著根據(jù)該調(diào)制級數(shù)和該編碼率，產(chǎn)生包含該媒體存取控制封包的一實體層幀。該編碼率是用于前向糾錯(forward error correction)，使用Reed-Solomon糾錯碼或低密度檢查碼(LDPC)算法。該調(diào)制級數(shù)為BPSK，QPSK，QAM16和QAM64調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)其中之一。
該可適性調(diào)制與編碼方法可進一步為每一調(diào)制級數(shù)計算一信噪比/封包錯誤率最佳關(guān)系式，并將該服務(wù)品質(zhì)參數(shù)定義的該封包錯誤率代入該最佳關(guān)系式，建立一臨界表，該臨界表包含多個區(qū)間，各區(qū)間定義不同調(diào)制級數(shù)和編碼率適用的信噪比范圍。上述決定最適合調(diào)制級數(shù)和編碼率的步驟，即可通過查詢該臨界表而實現(xiàn)。
其中該最佳封包長度是由下列步驟計算而得。首先，根據(jù)該封包錯誤率計算在該重傳上限次數(shù)之內(nèi)傳送成功的機率；接著，根據(jù)該傳送成功的機率，計算每一次傳送成功所耗掉的平均時間；最后，計算在該平均時間內(nèi)的有效傳輸量，并根據(jù)該有效傳輸量決定該最佳封包長度。
該信噪比/封包錯誤率最佳關(guān)系式可以表示如下PERn(γ)＝1 當(dāng)0＜γ＜γpn
PERn(γ)＝anexp(-gnγ) 當(dāng)γ≥γpn其中n為一對應(yīng)調(diào)制級數(shù)和編碼率的模式指針，γ為該信噪比，而an、gn以及γpn為與該模式指針相關(guān)的常數(shù)。
通過本發(fā)明，由于封包長度、最佳調(diào)制級數(shù)及編碼率都與信噪比有函數(shù)關(guān)系，因此媒體存取控制層和實體層中的信息可以互相結(jié)合以增進傳輸量。而臨界表的建立又可以節(jié)省處理器的計算資源。


圖1為使用可適性調(diào)制與編碼系統(tǒng)的環(huán)境示意圖；圖2為一跨層可適性調(diào)制與編碼程序的實施例；圖3為一信噪比與封包錯誤率的關(guān)系轉(zhuǎn)換曲線圖；圖4為對應(yīng)于一確定封包錯誤率的臨界表；以及圖5為該跨層可適性調(diào)制與編碼方法的流程圖。
主要組件符號說明100～發(fā)射器；202～排程器；204～封包長度與重傳上限次數(shù)；206～臨界表；208～調(diào)制器；210～媒體存取控制層；212～服務(wù)品質(zhì)參數(shù)； 220～實體層；302～PER線。
具體實施例方式
圖2為一跨層可適性調(diào)制與編碼程序的實施例。通常情況下，多個媒體存取控制封包在媒體存取控制(MAC)層210中形成，并在實體(PHY)層220中進行封裝以便傳送。在該媒體存取控制層210中，一服務(wù)品質(zhì)參數(shù)212定義了各種形成該媒體存取控制封包所必要的信息。舉例來說，服務(wù)品質(zhì)參數(shù)212中定義了最大允許延遲、總傳輸量(throughput)、比特錯誤率(BER)和封包錯誤率(PER)。一傳輸信道的信噪比在被估測之后傳送至一排程器202，接著在該媒體存取控制層210中計算出最佳封包長度和重傳上限次數(shù)204。
該重傳上限次數(shù)的算法是假設(shè)最壞狀況的延遲等于最大允許延遲，其中最壞狀況的延遲表示為(R+1)(TDATA+TACK+2TSIFS)而最大允許延遲D即可表示為D＝(R+1)(TDATA+TACK+2TSIFS) (1)其中R是重傳上限次數(shù)，而TDATA、TACK和TSIFS根據(jù)802.11所定義，分別為傳送數(shù)據(jù)(DATA)封包、確收(ACK)封包和短幀間隔(SIFS)所需要的時間。對一N信道解碼器而言，最大的緩沖延遲是N×D。假設(shè)一幀大小是2000字節(jié)，而R等于5，則該最大允許延遲D在使用QAM64的時候約為6.876ms。這個值正好位于非交互式視頻串流所容許的范圍之內(nèi)，1至10ms之間。
在排程器202中，該封包長度和重傳上限次數(shù)204由該服務(wù)品質(zhì)參數(shù)212和信噪比計算而得，并被傳送至該實體層220中以形成實體層幀。在有限的封包錯誤率要求下，通過計算最大允許傳輸量，可決定封包長度。假設(shè)欲傳送的一封包帶有L字節(jié)的有效載荷，而傳送成功的機率表示為POK＝(1-Perr，data)(1-Perr，ack)(2)其中POK為傳送成功的機率，而Perr，data是數(shù)據(jù)封包錯誤的機率，而Perr，ack是確收封包錯誤的機率。則在R次重傳上限次數(shù)之內(nèi)傳送成功的機率PSUCC，即為POK+POK(1-POK)+POK(1-POK)2+......POK(1-POK)R-1。
因此，對于所有傳送成功的情況下，屬于第n次傳送成功的機率Pn|SUCC可表示為[PoK(1-POK)n-1]/PSUCC(3)而該Pn|SUCC所需要耗掉的平均時間則為TAV,SUCC=Pn|SUCCΣi=0R(iTbad,i+Tgood,i)---(4)]]>
其中Tbad，i為傳送失敗后續(xù)處理所花的時間，而Tgood，i即為傳送成功所花的時間。同樣的，一傳送失敗所花的平均時間可表示為TAV,FAIL=Σi=0R(Tbad,i)---(5)]]>因此，在R次重傳上限次數(shù)內(nèi)，傳送該L字節(jié)所需耗掉的平均時間，即為TAV=1-PSUCCPSUCC(TAV,SUCC+TAV,FAIL)---(6)]]>而有效的傳輸量即為8·La·KNTAV---(7)]]>其中La為傳送一封包所需要的數(shù)據(jù)總長度，包含L字節(jié)的有效載荷、循環(huán)冗余檢查碼(CRC)以及前向糾錯碼(FEC)。其中K/N代表的是編碼率。常數(shù)8是用以將單位從字節(jié)轉(zhuǎn)換為位。將最壞狀況的延遲(R+1)(TDATA+TACK+2TSIFS)代入TAV，對應(yīng)于該編碼率的最佳封包長度就可以被計算出來。
在實體層220中，一調(diào)制器208根據(jù)該封包長度和重傳上限次數(shù)204選擇調(diào)制級數(shù)。換句話說，最適合當(dāng)時信噪比和封包錯誤率的調(diào)制級數(shù)和編碼率，是基于該排程器202所算出的該封包長度和重傳上限次數(shù)而決定。該編碼率是用于一糾錯算法，如Reed-Solomon編碼或低密度檢查碼(LDPC)，而該調(diào)制級數(shù)為BPSK，QPSK，QAM16和QAM64調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)其中之一。
在該實體層中，為了快速選擇該調(diào)制級數(shù)，可建立一臨界表206。該臨界表206對應(yīng)于每一調(diào)制級數(shù)提供信噪比和封包錯誤率的最佳關(guān)系曲線。當(dāng)接收到來自于封包長度和重傳上限次數(shù)204所決定的封包錯誤率之后，將該封包錯誤率代入一最佳關(guān)系式，即可建立一臨界表206。該臨界表206包含多個區(qū)塊，各定義每一調(diào)制級數(shù)和編碼率最適合的信噪比范圍。該調(diào)制器208接著只需要查該臨界表206即可決定所需要的最佳調(diào)制級數(shù)和編碼率。
圖3為信噪比和封包錯誤率的關(guān)系轉(zhuǎn)換曲線圖。對每一調(diào)制級數(shù)而言，該信噪比和封包錯誤率的關(guān)系式可表示為PERn(γ)＝1 0＜γ＜γpnPERn(γ)＝anexp(-gnγ) γ≥γpn其中n為與該調(diào)制級數(shù)和編碼率相聯(lián)系的模式指針，γ為該估測而得的信噪比。而an、gn和γpn都為與模式指針相關(guān)的常數(shù)。在圖3中，提供了多條曲線，將空間劃分為多個區(qū)間，每個區(qū)間對應(yīng)一調(diào)制級數(shù)。當(dāng)一既定封包錯誤率(PER)已定義，一PER線302與所述曲線相交，而產(chǎn)生六個交點A0到A5。這些交點A0到A5代表在給出確定封包錯誤率(PER)的情況下，每個調(diào)制級數(shù)的信噪比范圍邊界，以及可以參考這些交點A0到A5得該臨界表206。
圖4為對應(yīng)于一確定封包錯誤率的臨界表。當(dāng)信噪比低于A1，代表信道狀況極差，不適合通信，因此停止所有調(diào)制與編碼程序。隨著信噪比增加，各種調(diào)制級數(shù)也漸漸適用，依序為BPSK，QPSK，QAM16和QAM64。由于封包長度、最佳調(diào)制級數(shù)及編碼率都與信噪比有函數(shù)關(guān)系，因此媒體存取控制層210和實體層220中的信息可以互相結(jié)合以增進傳輸量。該臨界表206的建立可以節(jié)省處理器的計算資源。
圖5為該跨層可適性調(diào)制與編碼方法的流程圖。本可適性調(diào)制與編碼方法尤其適用于IEEE 802.11 MIMO無線局域網(wǎng)(WLAN)系統(tǒng)。在步驟502中，估測一傳輸信道的信噪比。信噪比的估測已有許多已知方法。接著由系統(tǒng)提供服務(wù)品質(zhì)參數(shù)，定義所需要的品質(zhì)要求，例如最大允許延遲和封包錯誤率。在步驟504中，因封包長度和重傳上限是該信噪比和最大允許延遲的相關(guān)函數(shù)，所以可以計算出最佳的媒體存取控制封包長度，以符合該品質(zhì)要求。在步驟506中，將已確定的封包錯誤率代入圖3所示的曲線函數(shù)，以建立一臨界表。在步驟508，根據(jù)該信噪比和該臨界表，決定調(diào)制級數(shù)和編碼率，以產(chǎn)生包含該媒體存取控制封包的一實體層幀。
雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此項技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可做一些變動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種可適性調(diào)制與編碼方法，利用不同調(diào)制級數(shù)和編碼率傳送數(shù)據(jù)，其特征在于，所述方法包含估測一傳輸信道的一信噪比；提供一服務(wù)品質(zhì)參數(shù)，其中該服務(wù)品質(zhì)參數(shù)定義了一最大允許延遲和一封包錯誤率；根據(jù)所述最大允許延遲決定一重傳上限次數(shù)；根據(jù)所述服務(wù)品質(zhì)參數(shù)和所述信噪比決定一最佳封包長度；以及根據(jù)所述最佳封包長度和所述重傳上限決定最適合所述信噪比和所述封包錯誤率的一調(diào)制級數(shù)和一編碼率。
2.如權(quán)利要求1所述的可適性調(diào)制與編碼方法，其特征在于，所述方法更進一步包含根據(jù)所述最佳封包長度，形成一媒體存取控制封包；根據(jù)所述調(diào)制級數(shù)和所述編碼率，形成包含該媒體存取控制封包的一實體層幀。
3.如權(quán)利要求1所述的可適性調(diào)制與編碼方法，其特征在于，所述編碼率是用于前向糾錯，使用Reed-Solomon糾錯碼或低密度檢查碼算法。
4.如權(quán)利要求1所述的可適性調(diào)制與編碼方法，其特征在于，所述調(diào)制級數(shù)為BPSK、QPSK、QAM16和QAM64調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)其中之一。
5.如權(quán)利要求1所述的可適性調(diào)制與編碼方法，其特征在于，所述方法更進一步包含為每一調(diào)制級數(shù)計算一信噪比/封包錯誤率最佳關(guān)系式；將所述服務(wù)品質(zhì)參數(shù)定義的所述封包錯誤率代入該最佳關(guān)系式，以建立一臨界表，該臨界表包含多個區(qū)間，各區(qū)間定義不同調(diào)制級數(shù)和編碼率適用的信噪比范圍；其中上述決定最適合調(diào)制級數(shù)和編碼率的步驟，是通過查詢該臨界表而實現(xiàn)。
6.如權(quán)利要求5所述的可適性調(diào)制與編碼方法，其特征在于，所述最佳封包長度是由下列步驟計算而得根據(jù)所述封包錯誤率計算在所述重傳上限次數(shù)之內(nèi)傳送成功的機率；根據(jù)在所述重傳上限次數(shù)之內(nèi)的傳送成功的機率，計算每一次傳送成功所消耗的平均時間；計算在所述平均時間內(nèi)的有效傳輸量；以及根據(jù)所述有效傳輸量決定所述最佳封包長度。
7.如權(quán)利要求5所述的可適性調(diào)制與編碼方法，其特征在于，所述信噪比/封包錯誤率最佳關(guān)系式為PERn(γ)＝1 0＜γ＜γpnPERn(γ)＝anexp(-gnγ) γ≥γpn其中，n為一對應(yīng)調(diào)制級數(shù)和編碼率的模式指針；γ為信噪比；an、gn和γpn為與模式指針相關(guān)的常數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可適性調(diào)制與編碼方法，利用不同調(diào)制級數(shù)和編碼率傳送數(shù)據(jù)。首先估測一傳輸信道的一信噪比；接著提供一服務(wù)品質(zhì)參數(shù)，其中該服務(wù)品質(zhì)參數(shù)定義了一最大允許延遲和一封包錯誤率；根據(jù)該最大允許延遲決定一重傳上限次數(shù)，并根據(jù)該服務(wù)品質(zhì)參數(shù)和該信噪比決定一最佳封包長度；最后根據(jù)該最佳封包長度和該重傳上限決定最適合該信噪比和該封包錯誤率的一調(diào)制級數(shù)和一編碼率。通過本發(fā)明，由于封包長度、最佳調(diào)制級數(shù)及編碼率都與信噪比有函數(shù)關(guān)系，因此媒體存取控制層和實體層中的信息可以互相結(jié)合以增進傳輸量。而臨界表的建立又可以節(jié)省處理器的計算資源。
文檔編號H03M13/00GK1976268SQ20061014651
公開日2007年6月6日 申請日期2006年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月14日
發(fā)明者楊松根, 李大嵩 申請人:聯(lián)發(fā)科技股份有限公司