專利名稱:基站及其自適應(yīng)調(diào)制控制方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種自適應(yīng)控制調(diào)制方案和編碼方案的基站,其中所述基站基于所述調(diào)制方案和編碼方案來連接到無線終端,特別地,本發(fā)明涉及用于這種基站的節(jié)能。
背景技術(shù):
對于發(fā)送器與接收器之間的信道質(zhì)量關(guān)于時間和地點變化的無線通信系統(tǒng)而言,已知基于信道質(zhì)量自適應(yīng)改變調(diào)制方案的技術(shù)。該技術(shù)被稱為自適應(yīng)調(diào)制并且已經(jīng)廣泛地用于移動通信系統(tǒng)和無線局域網(wǎng)。自適應(yīng)調(diào)制的理論為人所知并且詳細(xì)地描述在例如非專利文獻(xiàn)I中。如同自適應(yīng)調(diào)制,作為根據(jù)信道質(zhì)量自適應(yīng)地改變編碼方案的技術(shù)的自適應(yīng)編碼也為人所知。非專利文獻(xiàn)I中也描述了自適應(yīng)編碼的理論。此外,還已知被稱為自適應(yīng)調(diào) 制編碼的技術(shù),其中結(jié)合了自適應(yīng)調(diào)制和自適應(yīng)編碼。從基于信道質(zhì)量來選擇方案并且發(fā)送功率基于選擇的方案而改變發(fā)送功率的觀點來看,自適應(yīng)編碼和自適應(yīng)調(diào)制編碼可以基本上以相同的方式進行處理。接下來,將會主要描述自適應(yīng)調(diào)制。然而,如果沒必要將自適應(yīng)編碼區(qū)別于自適應(yīng)調(diào)制編碼,則假定術(shù)語“自適應(yīng)調(diào)制”包括“自適應(yīng)編碼”和“自適應(yīng)調(diào)制編碼”的概念。在該情況下,假定術(shù)語“調(diào)制方案”包括“編碼方案”以及“調(diào)制方案”與“編碼方案”的組合。圖I為示出了實現(xiàn)以下將描述的自適應(yīng)調(diào)制的通信系統(tǒng)的模型的示意圖。在圖I中,當(dāng)發(fā)送信號輸入到發(fā)送器2000時,發(fā)送器適當(dāng)?shù)剡x擇調(diào)制方案和編碼率并且基于選擇的調(diào)制方案和編碼率來調(diào)制并編碼發(fā)送信號。此時,發(fā)送器2000基于信道質(zhì)量的估計結(jié)果選擇調(diào)制方案和編碼率,該信道質(zhì)量是通過反饋信道2030從接收器2020獲得的。該信道質(zhì)量稱為CQI (信道質(zhì)量指示)。此外,發(fā)送器2000選擇調(diào)制方案和編碼率使得滿足希望的信號干擾噪聲比(SINR)或信號噪聲比(SNR)。當(dāng)信號到達(dá)接收器2020時,將隨著時間變化的功率增益、噪聲和干擾波加到通過信道2010從發(fā)送器2000發(fā)送的信號上,接收器2020將從發(fā)送器2000接收的信號進行解調(diào)和解碼,從而從接收信號中提取原始信號。此外,接收器2020對接收信號執(zhí)行信道估計并且將獲得的信道質(zhì)量的信息通過反饋信道2030發(fā)送到發(fā)送器2000。在通常實施在無線通信中的自適應(yīng)調(diào)制中,調(diào)制方案選擇為使得信道容量變得最大。換言之,選擇具有每個符號最大信息傳輸量(調(diào)制階數(shù))的調(diào)制方案。例如,假定每個符號的信息傳輸量是2比特的QPSK調(diào)制所需的SNR是Zl (dB),每個符號的信息傳輸量是4比特的16QAM調(diào)制所需的SNR是Z2 (dB),并且每個符號的信息傳輸量是6比特的64QAM調(diào)制所需的SNR是Z3 (dB),則滿足關(guān)系Zl < Z2 < Z3。如果信道2010的SNR等于或大于Z3,則可以應(yīng)用QPSK調(diào)制、16QAM調(diào)制和64QAM調(diào)制的任意一種。此時,如果應(yīng)用16QAM調(diào)制,則可以獲得是QPSK調(diào)制兩倍的信道容量;如果應(yīng)用64QAM,則可以獲得是QPSK三倍的信道容量。因此,一般選擇64QAM。如果SNR良好,則通過增加取決于調(diào)制方案和編碼率的調(diào)制階數(shù),可以提高平均吞吐量。
當(dāng)SNR良好時,雖然通過增加調(diào)制階數(shù),平均吞吐量提高,但是通過減少調(diào)制階數(shù),發(fā)送功率可以減少。例如,如果應(yīng)用16QAM調(diào)制或QPSK調(diào)制代替64QAM調(diào)制,則發(fā)送功率可以分別減少Z3-Z2[dB]或Z3-Zl[dB]。結(jié)果,可以實現(xiàn)無線通信的節(jié)能。專利文獻(xiàn)I中公開了實施自適應(yīng)調(diào)制以實現(xiàn)基站的節(jié)能的技術(shù)。在專利文獻(xiàn)I中公開的技術(shù)中,如果有待傳遞的數(shù)據(jù)量小于預(yù)定的閾值或如果可以用于運送數(shù)據(jù)的無線電資源的量等于或大于預(yù)定的值,則通過減少調(diào)制階數(shù)而實現(xiàn)節(jié)能。此外,專利文獻(xiàn)I中描述了通過部分地停止除忙碌時區(qū)之外的時區(qū)中的發(fā)送部分和接收部分中的任一個或兩者,實現(xiàn)了節(jié)能。此外,專利文獻(xiàn)I描述了如果被轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)的量等于或大于預(yù)定的閾值,則通過增加調(diào)制階數(shù),信道容量被增加。另一方面,非專利文獻(xiàn)2公開了一種技術(shù),該技術(shù)根據(jù)IEEE 802. 16標(biāo)準(zhǔn)自適應(yīng)地改變無線通信系統(tǒng)的上行鏈路信道上的調(diào)制和編碼方案(MCS)的水平(MCS水平),以便控制節(jié)能。這些MCS水平符合調(diào)制方案和編碼方案。 非專利文獻(xiàn)2描述了如果信道容量的使用率(也就是,上行鏈路上發(fā)送的子幀的使用率)低,則在擴展方案和替代方案的兩個階段中控制節(jié)能。首先,在擴展方案中,發(fā)送功率可以盡可能地減小的移動終端被依次地從多個移動終端中選擇。此后,改變選擇的移動終端的MCS水平,然后應(yīng)用通過其使移動終端的發(fā)送功率變得最小的調(diào)制階數(shù)。擴展方案中的節(jié)能控制持續(xù)直到信道容量變滿或直到所有的移動終端的MCS水平都被改變。此后,在替代方案中執(zhí)行節(jié)能控制。在替代方案中,如果整個蜂窩的信道容量沒有超過其極限并且如果可以減少發(fā)送功率,則選擇任意兩個移動終端并且改變它們的MCS水平。相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I JP2008-252282A 公報非專利文獻(xiàn)非專利文獻(xiàn)I :Andrea Goldsmith, " Goldsmith Wireless CommunicationEngineering" , Maruzen, 2007, pp 369-389。非專利文獻(xiàn)2 ff. Kim, J. Yoon, J. Baek, Y. Suh, " Power Efficient UplinkResource Allocation Schemes in IEEE 802.16 OFDMA Systems" , IEICE Transactionson Communications,卷 E92-B, No. 9, pp. 2891-2902, 2009 年 9 月·
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題一般地,具有各種信道質(zhì)量的無線終端在移動通信系統(tǒng)的無線蜂窩等中共存。可應(yīng)用的調(diào)制階數(shù)隨著無線終端變化。此外,無線蜂窩容納無線終端的能力隨著時間變化。因此,有必要為各個無線終端適當(dāng)設(shè)置調(diào)制階數(shù)以便防止擁塞并且最小化功耗。如上所述,在專利文獻(xiàn)I中描述的技術(shù)中,當(dāng)施加在基站上的無線電資源的負(fù)載低時,為基站和無線終端選擇調(diào)制階數(shù)低的調(diào)制方案。然而,專利文獻(xiàn)I沒有描述選擇如下無線終端群組的無線終端的方法,該無線終端群組具有改變其調(diào)制方案所需的各種信道質(zhì)量。因此,存在發(fā)送功率無法最有效地完全減少的情況。
此外,增加調(diào)制階數(shù)趨向于按指數(shù)地增加所需要的發(fā)送功率和SNR。因此,只要信道的增益和干擾是恒定的,就最好盡可能地減少使用具有高調(diào)制階數(shù)的調(diào)制方案的無線終端的數(shù)量,以便減少發(fā)送功率。如上所述,在非專利文獻(xiàn)2中描述的技術(shù)中,如果信道容量是充足的,則具有最充足的發(fā)送功率的減少余量的無線終端的調(diào)制階數(shù)依次地改變。然而,即使當(dāng)無線終端具有最充足的發(fā)送功率的減少余量時,發(fā)送功率也無法總是有效地減少。因此,存在發(fā)送功率無法有效地減少的情況。在非專利文獻(xiàn)2中描述的節(jié)能控制的替代 方案中,搜索任意兩個無線終端的允許功率減少被減少的調(diào)制階數(shù)。然而,如果無線終端的數(shù)量增加,則調(diào)制階數(shù)的組合的數(shù)量也增加并且因此計算量也增加。此外,由于這些組合是在不考慮是否對于減少發(fā)送功率有效的情況下選擇的,因此可能無法總是為對于減少發(fā)送功率有效的適當(dāng)?shù)慕M合改變調(diào)制階數(shù)。本發(fā)明的一個目的是減少根據(jù)自適應(yīng)調(diào)制連接多個無線終端的基站的發(fā)送功率。解決問題的手段為了實現(xiàn)前述目標(biāo),本發(fā)明的基站是根據(jù)自適應(yīng)調(diào)制連接無線終端的基站,基站包括第一處理裝置,其決定到所述無線終端的通信的比特總數(shù)的目標(biāo)值,目標(biāo)值被映射到無線電資源;以及第二處理裝置,其根據(jù)自適應(yīng)調(diào)制決定用于所述無線終端的調(diào)制方案使得要發(fā)送的比特的總數(shù)基于所述目標(biāo)值被限制,無線電資源的空白資源減少,并且發(fā)送功率密度變?yōu)楹愣ǖ牟⑶液苄?。本發(fā)明的控制方法是用于根據(jù)自適應(yīng)調(diào)制連接無線終端的基站的自適應(yīng)調(diào)制控制方法,包括決定到無線終端的通信的比特的總數(shù)的目標(biāo)值,目標(biāo)值映射到無線電資源;以及根據(jù)自適應(yīng)調(diào)制決定用于所述無線終端的調(diào)制方案使得基于目標(biāo)值限制要發(fā)送的比特的總數(shù),無線電資源的空白資源減少,并且發(fā)送功率密度變?yōu)楹愣ǖ牟⑶液苄 ?br>
圖I為示出了執(zhí)行自適應(yīng)調(diào)制的通信系統(tǒng)的模型的示意圖。圖2為示出了根據(jù)實施例的系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)的方框圖。圖3為示出了根據(jù)實施例的基站的基本結(jié)構(gòu)的方框圖。圖4為示出了無線電資源的結(jié)構(gòu)的示意圖。圖5為描述泛函及其變化的示意圖。圖6為示出了根據(jù)普通的自適應(yīng)調(diào)制的調(diào)制方案到無線電資源的的映射的示意圖。圖7為示出了實現(xiàn)節(jié)能的自適應(yīng)調(diào)制的示意圖。圖8A為描述應(yīng)用此理論的示例的示意圖。圖8B為描述應(yīng)用此理論的示例的示意圖。圖9A為描述應(yīng)用此理論的第二示例的示意圖。
圖9B為描述應(yīng)用此理論的第二示例的示意圖。圖10為描述根據(jù)實施例的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的示意圖。圖11為描述根據(jù)實施例的基站的結(jié)構(gòu)的示意圖。圖12為示出了映射部分的功能結(jié)構(gòu)的示意圖。圖13為描述映射操作的示例的示意圖。圖14為映射部分103的操作的示例的流程圖,其中一次映射部分201和二次映射部分202依次地嘗試執(zhí)行處理。圖15為描述相對于時間的均衡的示意圖。
圖16為比較圖15的發(fā)送方法(I)和發(fā)送方法(2)的發(fā)送功率的表格。圖17為示出了代表節(jié)能的效果的模擬結(jié)果的曲線圖。圖18為示出了用于模擬的MCS的表格。實施本發(fā)明的最佳方式接下來將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例。圖2為示出了根據(jù)實施例的系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)的方框圖。參照圖2,根據(jù)實施例的移動通信系統(tǒng)具有基站11和無線終端12。圖3為示出了根據(jù)實施例的基站的基本結(jié)構(gòu)的方框圖。參照圖3,基站11具有一次處理部分21和二次處理部分22。此實施例假定為基站11使用無線電資源與無線終端12進行通信的移動通信系統(tǒng)。在基站11中,一次處理部分21執(zhí)行一次自適應(yīng)調(diào)制處理。此后,如果在無線電資源中出現(xiàn)空白資源,則二次處理部分22執(zhí)行二次自適應(yīng)調(diào)制使得空白資源被使用,發(fā)送比特的總數(shù)受到限制,并且發(fā)送功率密度變?yōu)楹愣ǖ牟⑶液苄?。因此,可以有效地減少基站的發(fā)送功率。盡管一次處理部分21執(zhí)行自適應(yīng)調(diào)制,但是本發(fā)明并不局限于此??商娲?,一次處理部分21可以參照預(yù)定的表格,從而在不必執(zhí)行自適應(yīng)調(diào)制和映射的情況下基于用于無線終端12的通信量或緩沖器的隊列長度來直接決定比特的總數(shù)(即,二次處理部分22所針對的比特總數(shù))。可替代地,一次處理部分21可以基于信道質(zhì)量信息執(zhí)行一次自適應(yīng)調(diào)制處理。另一方面,二次處理部分22可執(zhí)行二次自適應(yīng)調(diào)制使得空白資源也被使用,發(fā)送功率密度變?yōu)楹愣ǖ牟⑶液苄?,并且基于信道質(zhì)量從二次自適應(yīng)調(diào)制獲得的比特的總數(shù)變得接近一次自適應(yīng)調(diào)制處理獲得的比特的總數(shù)。在此情況下,無線終端12的調(diào)制階數(shù)可以對應(yīng)于信道質(zhì)量(CQI)而減少??商娲?,二次處理部分22可以依次嘗試控制具有不同的信道質(zhì)量的多個無線終端的自適應(yīng)調(diào)制,使得二次自適應(yīng)調(diào)制獲得的比特的總數(shù)與一次自適應(yīng)調(diào)制處理獲得的比特的總數(shù)相匹配。因此,通過根據(jù)普通技術(shù)等使用一次自適應(yīng)調(diào)制處理中映射的比特的總數(shù)并且添加二次自適應(yīng)調(diào)制,可以實現(xiàn)節(jié)能。可替代地,當(dāng)二次處理部分22依次嘗試控制用于多個無線終端12的自適應(yīng)調(diào)制時,二次處理部分22可以針對優(yōu)先級大于預(yù)定的閾值的無線終端維持由一次處理部分21決定的調(diào)制方案。結(jié)果,由于在其狀態(tài)改善前一直在等待的無線終端的調(diào)度指標(biāo)升高,從而它們的優(yōu)先級升高,因此當(dāng)資源被分配給正在等待并且具有更高的優(yōu)先級的基站11時,基站11可以在不必降低發(fā)送功率密度的情況下發(fā)送數(shù)據(jù)到無線終端。
可替代地,基站11可以具有控制信號通信部分23,其將表示發(fā)送導(dǎo)頻信號的功率密度與二次處理部分22獲得的發(fā)送功率密度之間的差的下行鏈路控制信號發(fā)送到無線終端12。結(jié)果,由于將導(dǎo)頻信號的功率與運載數(shù)據(jù)的信道的功率之間的差作為自適應(yīng)調(diào)制的控制結(jié)果通知給無線終端12,使得發(fā)送功率密度變?yōu)楹愣ǖ牟⑶液苄。虼藷o線終端12可以適當(dāng)?shù)貓?zhí)行解調(diào)處理。可替代地,一次處理部分21可以基于無線終端12的通信量來決定空白資源或可用的無線電資源與總的無線電資源的比值,并且決定要映射到可用的無線電資源并且被發(fā)送的比特的總數(shù)。結(jié)果,由于一次處理部分21可以適當(dāng)?shù)貨Q定比特的總數(shù)作為約束條件,所以一次處理部分21可以適當(dāng)?shù)貓?zhí)行二次自適應(yīng)調(diào)制??商娲?,一次處理部分21可以基于臨時地存儲要發(fā)送的數(shù)據(jù)的發(fā)送緩沖器的隊列長度來決定可用的無線電資源與總的無線電資源的比值或空白資源,并且決定要映射到可用的無線電資源并且被發(fā)送的比特的總數(shù)。結(jié)果,一次處理部分21可以從發(fā)送緩沖器 的隊列長度容易地獲得通信量并且使用通信量作為約束條件??商娲?,二次處理部分22可以控制自適應(yīng)調(diào)制使得發(fā)送功率密度在一個預(yù)定的范圍內(nèi)變成恒定的值。結(jié)果,即使發(fā)送功率密度所變?yōu)榈闹凳请x散的,由于二次處理部分22將發(fā)送功率密度控制在恒定的范圍內(nèi),二次處理部分22可以控制發(fā)送功率密度使得發(fā)送功率被有效地減少。接下來,將從理論角度描述本發(fā)明的該實施例。假定諸如信道增益和干擾分量之類的發(fā)送路徑的狀態(tài)(信道質(zhì)量)隨著無線電資源變化。確切地說,在OFDM(正交頻分復(fù)用)方案中,無線電資源的區(qū)域被限定在頻率方向和時間方向上,如圖4所示。無線電資源在頻率方向上劃分成相干區(qū)域并且在時間方向上劃分成相干時間。在此示例中,使用了“無線電資源與資源塊是可互換的”的表述。映射到資源塊的是自適應(yīng)調(diào)制決定的用于無線終端的調(diào)制方案(MCS等)。每個資源塊包括至少一個副載波并且在時間方向上還包括至少一個符號。假定信道增益和干擾分量在各資源塊中幾乎是恒定的。以資源塊為基礎(chǔ)執(zhí)行調(diào)度和映射。根據(jù)此實施例,盡管基站的功耗可以被有效地減少,但是在連續(xù)的系統(tǒng)中證實了最小的功率量,也就是最佳的節(jié)能。在實際的系統(tǒng)中,嚴(yán)格地使用離散系統(tǒng)。然而,連續(xù)的系統(tǒng)與離散的系統(tǒng)之間的差異被視為從連續(xù)的系統(tǒng)到離散的系統(tǒng)的量化中發(fā)生的誤差。假定當(dāng)具有信息總量b比特的信息通過具有資源塊的數(shù)量為S的資源塊發(fā)送時,資源塊X發(fā)送具有發(fā)送比特的數(shù)量為f(x)的f(x)發(fā)送比特,其中X是在頻率方向和時間方向上展開的資源塊的序數(shù),而f(X)發(fā)送比特被離散地并且一維地重新排列。由于從無線蜂窩(也就是,基站)發(fā)送的信息的總量是b。[數(shù)學(xué)表達(dá)式I]
h ·>·{I.)假定信息總量b比特是恒定的,可以獲得公式(I)的b是定值的約束條件。此外,其積分被定義為以下公式。[數(shù)學(xué)表達(dá)式2]
權(quán)利要求
1.一種采用自適應(yīng)調(diào)制以連接到無線終端的基站,包括 第一處理裝置,所述第一處理裝置決定要發(fā)送到所述無線終端的通信的比特的總數(shù)的目標(biāo)值,所述目標(biāo)值被映射到無線電資源;以及 第二處理裝置,所述第二處理裝置根據(jù)所述自適應(yīng)調(diào)制決定用于所述無線終端的調(diào)制方案以使得要發(fā)送的比特的總數(shù)基于所述目標(biāo)值被限制、所述無線電資源的空白資源減少、并且發(fā)送功率密度變?yōu)楹愣ǖ牟⑶液苄 ?br>
2.如權(quán)利要求I所述的基站, 其中所述第一處理裝置決定所述比特的總數(shù)作為所述目標(biāo)值,其中根據(jù)一次自適應(yīng)調(diào)制處理決定用于所述無線終端的調(diào)制方案,并且 其中當(dāng)根據(jù)所述一次自適應(yīng)調(diào)制處理決定的所述調(diào)制方案被映射到所述無線電資源時,如果所述無線電資源中存在空白資源,則所述第二處理裝置決定根據(jù)二次自適應(yīng)調(diào)制決定的用于所述無線終端的調(diào)制方案,所述二次自適應(yīng)調(diào)制包括并且利用所述空白資源使得所述比特的總數(shù)受到限制、所述發(fā)送功率密度變?yōu)楹愣ǖ牟⑶液苄 ?br>
3.如權(quán)利要求2所述的基站, 其中所述第一處理裝置基于信道質(zhì)量信息執(zhí)行所述一次自適應(yīng)調(diào)制處理,并且 其中所述第二處理裝置執(zhí)行所述二次自適應(yīng)調(diào)制使得所述空白資源也被使用、所述發(fā)送功率密度變?yōu)楹愣ǖ牟⑶液苄?、并且所述二次自適應(yīng)調(diào)制基于所述信道質(zhì)量獲得的比特的總數(shù)變得接近由所述一次自適應(yīng)調(diào)制處理獲得的比特的總數(shù)。
4.如權(quán)利要求3所述的基站, 其中所述第二處理裝置依次嘗試控制用于具有不同的信道質(zhì)量的多個無線終端的自適應(yīng)調(diào)制,使得所述二次自適應(yīng)調(diào)制獲得的所述比特的總數(shù)與所述一次自適應(yīng)調(diào)制處理獲得的比特的總數(shù)相匹配。
5.如權(quán)利要求3或4所述的基站, 其中所述第二處理裝置控制用于優(yōu)先級大于預(yù)定的閾值的無線終端的自適應(yīng)調(diào)制,使得所述第一處理裝置決定的發(fā)送功率密度被維持。
6.如權(quán)利要求I至5中任意一項所述的基站,進一歩包括 控制信號通信裝置,所述控制信號通信裝置發(fā)送表示發(fā)送導(dǎo)頻信號的功率密度與所述第二處理裝置獲得的所述發(fā)送功率密度之間的差異的控制信號。
7.如權(quán)利要求I至6中任意一項所述的基站, 其中所述第一處理裝置決定與要發(fā)送到所述無線終端的通信量相對應(yīng)的所述目標(biāo)值。
8.如權(quán)利要求7所述的基站, 其中所述第一處理裝置決定與所述通信量相對應(yīng)的、可用的無線電資源和所有所述無線電資源的比值或所述空白資源并且通過使用所述可用的無線電資源的映射來決定所述目標(biāo)值。
9.如權(quán)利要求I至6中任意一項所述的基站, 其中所述第一處理裝置決定與臨時地存儲要發(fā)送的數(shù)據(jù)的發(fā)送緩沖器的隊列的長度相對應(yīng)的所述目標(biāo)值。
10.如權(quán)利要求I至9中任意一項所述的基站, 其中所述第二處理裝置控制所述自適應(yīng)調(diào)制使得所述發(fā)送功率密度在ー個預(yù)定的范圍內(nèi)變成恒 定的值。
全文摘要
一種基站采用自適應(yīng)調(diào)制以連接到無線終端。所述基站具有第一處理裝置和第二處理裝置。所述第一處理裝置決定到無線終端的通信的比特的總數(shù)的目標(biāo)值,目標(biāo)值被映射到無線電資源。所述第二處理裝置根據(jù)自適應(yīng)調(diào)制決定用于無線終端的調(diào)制方案使得要發(fā)送的比特總數(shù)基于目標(biāo)值被限制,無線電資源的空白資源減少,并且發(fā)送功率密度變?yōu)楹愣ǖ牟⑶液苄 ?br>
文檔編號H04L27/00GK102783210SQ20118001047
公開日2012年11月14日 申請日期2011年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月23日
發(fā)明者丸次夫 申請人:日本電氣株式會社