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CN1469662A - 移动通信系统的自适应调制编码设备及其方法 - Google Patents

移动通信系统的自适应调制编码设备及其方法 Download PDF

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CN1469662A CNA031491383A CN03149138A CN1469662A CN 1469662 A CN1469662 A CN 1469662A CN A031491383 A CNA031491383 A CN A031491383A CN 03149138 A CN03149138 A CN 03149138A CN 1469662 A CN1469662 A CN 1469662A
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Abstract

在一种移动通信系统的自适应调制编码(AMC)设备和方法中，通过对通过多个接收天线在移动终端接收的信号进行BLAST解码，通过发射天线来估计前向信道特性，并根据估计的前向信道特性来选择前向信道的最佳编码速率和调制方法。基站根据所选的编码速率和调制方法来对按照发射天线数形成的发射数据层进行编码和调制，并通过BLAST解码来把这些发射数据发射到各发射天线。因此，可根据前向信道特性进行最佳编码和调制，并可通过多个天线进行多路发射。因此，可提高发射速率。

Description

移动通信系统的自适应调制编码设备及其方法
技术领域
本发明涉及移动通信系统，特别涉及用于在移动通信系统中提供无线电多媒体通信服务的自适应调制编码设备和方法。
背景技术
在无线电移动通信中，根据对各种多媒体服务的需求，需要大容量的发射数据和加快数据发射速度。因此，急需确定用于有效使用有限频率的方法。其中一种方法是AMC(自适应调制及编码)方案。AMC方案用于根据前向信道特性的变化来改变编码和调制方法。
图1是示出通用移动通信系统的自适应调制编码(AMC)设备的方框图。
自适应调制编码(AMC)设备包括：AMC接收机10，用于通过使用通过接收天线接收的接收信号来估计前向信道特性，根据估计的前向信道特性来选择MCS(调制编码方案)级别，对估计的前向信道特性进行反馈，对接收信号进行解调和解码；以及还包括AMC发射机20，其根据反馈的前向信道特性来选择MCS(调制编码方案)级别，并根据所选的MCS级别来对发射数据进行编码和调制。
该AMC接收机10包括：信道估计器12，用于通过使用通过接收天线11接收的接收信号来估计前向信道特性，并发射估计的前向信道特性；解调器13，用于根据在信道估计器12中估计的前向信道特性来检测解调方法，并根据解调方法来对接收信号进行解调；信道去交织器14，用于对在解调器13中解调的接收数据进行信道去交织；以及解码器15，用于对从信道去交织器14输出的接收数据进行解码。
AMC发射机20包括：MCS级别选择器21，用于根据从AMC接收机10发射的前向信道特性来选择MCS级别；编码器22，用于根据从AMC接收机10反馈的MCS级别所指的编码速率来对发射数据进行编码；信道交织器23，用于根据MCS级别来对在编码器22中编码的发射数据进行信道交织；以及调制器24，用于根据MCS级别所指的调制方法来对从信道交织器23输出的发射数据进行调制，并把该发射数据发射到发射天线25。
AMC接收机10被包括在移动终端内，而AMC发射机20被包括在基站内。
基站可通过反馈接收的来自移动终端的前向信道的SNR来进行MCS级别选择。或者，移动终端可根据估计的前向信道的SNR来进行MCS级别选择，并可进行到基站的反馈。
首先，将对一种用于根据信道特性来对MCS级别进行分类的方法进行说明。
图2示出了一种根据有关SNR(信噪比)级别的帧误码率和吞吐量来对各MCS级别进行分类的方法。
例如，当信道SNR不小于3.25dB并不大于7.25dB时，2/3编码速率-QPSK(四相移相键控)调制方法具有的吞吐量比1/3编码速率-QPSK调制方法大。此外，当信道SNR不小于7.25dB并不大于9.25dB时，2/3编码速率-8PSK(相移键控)调制方法具有的吞吐量比2/3编码速率-QPSK调制方法大。当信道SNR不小于9.25dB时，2/3编码速率-16QAM(正交幅度调制)方法具有的吞吐量比1/3编码速率-QPSK调制方法大。
因此，当信道SNR不大于3.25dB时，选择1/3编码速率-QPSK调制方法，当信道SNR不小于3.25dB并不大于7.25dB时，选择2/3编码速率-QPSK调制方法，当信道SNR不小于7.25dB并不大于9.25dB时，选择2/3编码速率-8PSK调制方法，当信道SNR不小于9.25dB时，选择2/3编码速率-16QAM调制方法。
图3是示出参照图2的MCS级别的表。
如图3所示，MCS级别1表示1/3编码速率-QPSK调制方法，MCS级别2表示2/3编码速率-QPSK调制方法，MCS级别3表示2/3编码速率-8PSK调制方法，以及MCS级别4表示2/3编码速率-16QAM调制方法。
以下将对通用移动通信系统的自适应调制编码(AMC)设备的操作进行说明。
AMC接收机10的信道估计器12通过使用来自接收天线11的接收信号来估计前向信道特性，并且将估计的前向信道特性从移动终端反馈到基站的AMC发射机20。
AMC接收机10的解调器14根据估计的前向信道特性来检测解调方法，并根据检测的解调方法来对接收信号进行解调。解调的接收信号通过信道去交织器14和解码器15被解码。
当AMC发射机20接收从AMC接收机10发射的MCS级别时，AMC发射机20的MCS级别选择器21根据前向信道特性来选择最佳MCS级别，并且根据所选的MCS级别来对前向信道进行编码、信道交织和调制。
AMC发射机20的编码器22根据MCS级别的指定编码速率来对发射数据进行编码，信道交织器23根据MCS级别来对编码的发射数据进行信道交织，并且调制器根据MCS级别的相关调制方法来对发射数据进行调制，并通过发射天线25来发射调制的发射信号(发射码元)。
如上所述，在通用多媒体通信系统的自适应调制编码(AMC)设备中，可简单地通过根据信道特性改变调制和编码方案来提高发射性能。
然而，在采用AMC方案来实现发射性能提高的情况下，其数据发射速度的提高难以与为提供各种快速多媒体服务所需的数据发射速度的加快一致。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的一个目的是提供一种能通过把AMC(自适应调制编码)与针对每个发射天线均具有独立分层结构的BLAST(贝尔实验室分层空时)进行组合来提高前向链路的发射速率的移动通信系统的AMC设备及其方法。
为了实现上述目的，根据本发明的一种移动通信系统的AMC设备包括：AMC接收机，其对来自多个接收天线的接收信号进行BLAST解码，并通过发射天线来估计前向信道特性；以及AMC发射机，其根据估计的前向信道特性来自适应选择编码速率和调制方法，根据所选的编码速率和调制方法，通过发射天线来对按照发射天线数生成的发射信号层进行编码和调制，并通过BLAST编码来把发射信号层同时发射到多个发射天线。
为了实现上述目的，根据本发明的一种移动通信系统的自适应调制编码(AMC)方法，包括：对通过多个接收天线接收的信号进行BLAST解码；通过使用通过发射天线进行BLAST解码的码元，利用发射天线来估计前向信道特性；根据通过发射天线估计的前向信道特性，利用发射天线来自适应地选择前向信道的编码速率和调制方法；根据所选的编码速率和调制方法来对按照发射天线数形成的发射数据层进行编码和调制；以及对这些层的发射数据进行V-BLAST编码。
附图说明
附图是为了能进一步了解本发明而包含的，并且被纳入本说明书中构成本说明书的一部分，这些附图示出了本发明的实施例，并与本说明书一起用于对本发明的原理进行说明。
在附图中：
图1是示出通用移动通信系统的AMC设备构成的方框图；
图2示出了根据信道的SNR级别的每个MCS级别的通用解释方法；
图3是示出通用MCS级别的表；
图4示出了通用D-BLAST传输系统的示意性操作方法；
图5示出了根据本发明的D-BLAST传输系统的示意性操作方法；
图6示出了根据具有两个发射天线的QPSK中的通用BLAST的误码性能；
图7示出了根据具有四个发射天线的QPSK中的通用BLAST的误码性能；
图8是示出根据本发明的移动通信系统的AMC设备构成的方框图；以及
图9示出了根据本发明的移动通信系统的AMC设备的性能。
具体实施方式
首先，将对BLAST(贝尔实验室分层空时)进行说明。
在BLAST中，存在多个发射天线和接收天线，各发射天线均发射彼此不同的数据，并且接收天线检测彼此不同的数据。与使用一个天线的情况相比，可通过增加按照天线数同时发射的数据数目来提高传输性能。
BLAST被分为D(对角)-BLAST和V(垂直的)-BLAST。这两个BLAST对按照发射天线数目顺次输入的发射数据共同进行同时处理，并对这些发射数据进行调制和编码。由于连续输入发射数据，因而形成位串，即层。D-BLAST和V-BLAST之间的区别是用于发射各层的发射天线是否在形成层之后周期性变更。
图4示出了D-BLAST传输系统的示意性操作方法。
该D-BLAST传输系统通过另一发射天线周期性发射从某一层输出的数据。因此，每个层的数据在时空轴线上对角传输。
图5示出了V-BLAST传输系统的示意性操作方法。
V-BLAST传输系统通过特定发射天线来发射各层的数据。因此，每个层的数据在时空轴线上(spital and temporal axes)具有垂直形式。
图6示出了根据具有两个发射天线的QPSK中的通用BLAST的误码性能。
使用BLAST的接收系统可通过使用诸如ZF(迫零)、MMSE(最小均方误差)和INV等那样的方法来检测从各发射天线发射的传输数据。
当接收系统在接收信号检测中补偿信道影响时，在通过使信道应答矩阵的伪逆矩阵与接收信号相乘来仅进行调零(nulling)的INV方法，以及进行调零和取消(MMSE，ZF)的方法中，按照接收天线数来改变误码性能。接收天线数越多，误码性能表现就越好。
图7示出了根据具有四个发射天线的QPSK中的BLAST的误码性能。如图7所示，接收天线数越多，误码性能表现就越好。
如上所述，在BLAST中，采用通过多个天线来独立发送彼此不同的数据的方式，可提高发射速率。
在本发明中，为了提高数据传输容量，将提出一种用于把AMC与BLAST进行组合，并根据BLAST组合来使用有关各前向信道的自适应调制编码方案的方法。
以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行说明。
图8是示出根据本发明的移动通信系统的AMC设备构成的方框图。
如图8所示，根据本发明的移动通信系统的AMC设备包括：AMC接收机100，用于通过检测通过多个接收天线110接收的接收信号，通过发射天线来估计前向信道特性，并对估计的前向信道特性进行反馈；以及包括AMC发射机200，用于根据反馈的前向信道特性，通过发射天线来选择MCS级别，按照发射天线数来形成传输数据层，根据MCS级别，通过发射天线来对发射数据进行编码和调制，并把这些发射数据同时发射到发射天线。
AMC接收机100被包括在移动终端内，并且AMC发射机200被包括在基站内。
AMC接收机100包括：BLAST解码器120，用于通过使用通过多个接收天线接收的接收信号，通过发射天线对符号进行BLAST解码；信道估计器130，用于通过使用从BLAST解码器120输出的码元，通过发射天线来估计前向信道特性；解调器140，用于根据在信道估计器130中估计的前向信道特性来检测解调方法，并根据解调方法，通过发射天线来对来自BLAST解码器120的码元进行解调；信道去交织器150，用于通过发射天线来对在解调器140中解调的数据进行信道去交织；以及解码器160，用于通过发射天线来对从信道去交织器150输出的数据进行解码。
AMC发射机200包括：MCS级别选择器210，用于根据从AMC接收机100反馈的前向信道特性来选择发射天线的MCS级别；编码器220，用于根据所选的MCS级别的相关编码速率，通过发射天线来对发射数据进行编码；信道交织器230，用于根据MCS级别，通过发射天线来对在编码器220中编码的发射数据进行信道交织；调制器240，用于根据MCS级别的相关调制方法，通过发射天线来对从信道交织器230输出的发射数据进行调制；以及BLAST处理单元250，用于把在调制器240中调制的各层传输码元并行发射到相关发射天线260，以使这些传输码元在空时轴线上具有垂直形式。
MCS级别选择器210可包括在基站的AMC发射机200或者移动终端的AMC接收机100内。当MCS级别选择器210可包括在移动终端的AMC接收机100内时，移动终端的AMC接收机100根据估计的前向信道质量来选择发射天线的最佳MCS级别，并把所选的MCS级别反馈到基站。在本发明的本实施例中，MCS级别选择器210被包括在基站的AMC发射机200内。
在根据本发明的使用多个发射天线250和接收天线110的移动通信系统中，自适应调制编码方法可单独应用于每个前向信道，也可共同应用于前向信道。
在此，AMC模式用于使自适应调制编码方法应用于多个前向信道，而且它可分为共同MCS模式和单独MCS模式。该AMC模式可在运行时间中更改。
共同MCS模式使MCS级别共同应用于AMC发射机200的所有发射天线250，即：使自适应调制编码方法共同应用于前向信道。相反，单独MCS模式使各MCS级别应用于AMC发射机200的各发射天线250，即：使每个MCS级别适用于各个前向信道。
在共同MCS模式中，移动终端把有关前向信道特性中的质量最低的前向信道特性的MCS级别反馈到基站。然后，基站选择质量最低的前向信道特性的MCS级别，并把所选的MCS级别共同应用于所有前向信道。
在单独MCS模式中，移动终端估计有关每个前向信道的信道质量，并且基站根据估计的前向信道的信道质量来选择每个MCS级别，并把每个MCS级别应用于每个前向信道。
以下将对根据本发明的移动通信系统的AMC设备的操作进行说明。
该AMC模式是在移动终端和基站之间同时操作的。
AMC接收机100的BLAST解码器120把通过多个接收天线110接收的接收信号构成为接收矢量，在检测特定码元的同时，把其他码元视为干扰信号，估计特定码元，并从接收矢量中减去事先检测的信号分量，因此它在使每个码元的影响最小的同时，通过发射天线来估计每个码元。
AMC接收机100的信道估计器130通过使用从BLAST解码器120输出的码元，通过发射天线来估计前向信道特性，并且AMC接收机100把估计的前向信道特性反馈到基站的AMC发射机200。
AMC接收机100的解调器140根据在信道估计器130中估计的前向信道特性来检测每个前向信道的解调方法，并根据解调方法，通过发射天线来对来自BLAST解码器120的码元进行解调。通过发射天线解调的码元在顺次通过信道去交织器150和解码器160时被解码。
同时，基站的AMC发射机200根据从移动终端反馈的前向信道特性来选择最佳MCS级别。例如，在共同MCS模式中，AMC发射机200根据质量最低的前向信道特性来选择最佳MCS级别，并把所选的MCS级别共同应用于所有前向信道。在单独MCS模式中，AMC发射机200选择有关每个前向信道特性的最佳MCS级别，并把每个MCS级别适用于相关前向信道。
此处，将对根据前向信道特性的MCS级别选择方法进行说明。
参照附图2和3，当前向信道的SNR在3.25dB～7.25dB的范围内时，该MCS级别选择器210选择MCS级别2。当前向信道的SNR在7.25dB～9.25dB的范围内时，MCS级别选择器210选择MCS级别3。
AMC发射机200的编码器220按照发射天线数来对传输数据进行解复用，并对按照发射天线数生成的层的发射数据进行编码。
例如，参照附图3，当选择MCS级别2时，AMC发射机200的编码器220根据MCS级别2的编码速率，对各层的传输数据(通过发射天线的发射数据)进行编码，信道交织器230根据MCS级别2，通过发射天线来对编码的发射数据进行信道交织，并且调制器240根据MCS级别2的调制方法(QPSK)，通过发射天线来对信道交织的发射数据进行调制。
BLAST处理单元250通过发射天线来把发射码元并行发射到各发射天线260，以使通过发射天线调制的发射码元在时空轴线上具有垂直形式。例如，当存在四个发射天线时，通过同时发射四个发射码元，可使发射速率与具有一个发射天线的情况相比快四倍。
如上所述，基站包括多个发射天线，通过按照发射天线数对发射数据进行解复用，通过发射天线来形成3个数据层，根据由移动终端估计的前向信道特性来选择前向信道的MCS级别，根据所选的前向信道的MCS级别来对发射数据层进行编码和调制，并通过多个发射天线来同时发送发射数据层，因此可进一步提高发射速率。
图9示出了根据本发明的移动通信系统的AMC设备的性能。
与包括一个发射天线和一个接收天线在内并使用有关一个前向信道的自适应调制编码方法的常规AMC设备相比，根据本发明的AMC设备对于相同SNR表现为吞吐量好得多。
此外，在根据本发明的AMC设备中，当与两个发射天线(2Tx)相比，在四个发射天线(4Tx)中获得的吞吐量要好得多时，发射天线数越多，根据本发明的AMC设备的发射性能提高得就越大。
如上所述，在本发明中，通过把多个发射天线和接收天线包括在移动终端内；通过对通过接收天线在移动终端接收的信号进行BLAST解码，通过发射天线来估计前向信道特性；根据估计的前向信道特性来选择前向信道的最佳MCS级别；按照发射天线数对将要从基站发射到移动终端的发射数据进行解复用；根据所选的MCS级别，通过发射天线来对解复用的发射数据进行编码和调制；以及通过多个发射天线来同时发射通过发射天线调制的发射码元，可进一步提高数据发射速率。

Claims (12)

1.一种移动通信系统的自适应调制编码(AMC)设备，该设备包括：
AMC接收机，其对来自多个接收天线的接收信号进行BLAST解码，并通过发射天线来估计前向信道特性；以及
AMC发射机，其根据估计的前向信道特性来自适应选择编码速率和调制方法，根据所选的编码速率和调制方法，通过发射天线来对按照发射天线数生成的发射信号层进行编码和调制，并通过BLAST编码来把发射信号层同时发射到多个发射天线。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，AMC接收机被包括在移动终端内，并且AMC发射机被包括在基站内。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，AMC接收机包括：
多个接收天线；
BLAST解码器，它对通过多个接收天线接收的接收信号进行BLAST解码，通过发射天线来检测码元；以及
信道估计器，用于通过使用发射天线进行BLAST解码的码元，通过发射天线来估计前向信道特性。
4.根据权利要求3所述的设备，该编码器进一步包括：
解调器，用于根据在信道估计器中通过发射天线估计的前向信道特性来检测解调方法，并根据解调方法，通过发射天线来对来自BLAST解码器的码元进行解调；
信道去交织器，用于通过发射天线来对在解调器中解调的码元进行信道去交织；以及
解码器，用于通过发射天线来对从信道去交织器输出的数据进行解码。
5.根据权利要求2所述的设备，其中，所述AMC发射机包括：
MCS级别选择器，用于根据通过发射天线估计的前向信道特性，通过发射天线来选择前向信道的最佳编码速率和调制方法；
编码器，用于根据编码速率，通过发射天线来对按照发射天线数形成的发射数据层进行编码；
信道交织器，用于根据编码速率，通过发射天线来对编码的发射数据层进行信道交织；
调制器，用于根据调制方法，通过发射天线来对从信道交织器输出的发射数据层进行调制；
多个发射天线；以及
BLAST处理单元，用于通过BLAST编码来把各层发射码元同时发射到多个发射天线，以使发射码元在时空轴线上具有垂直形式。
6.一种移动通信系统的自适应调制编码(AMC)方法，该方法包括：
对通过多个接收天线接收的信号进行BLAST解码；
通过使用由发射天线进行BLAST解码的码元，通过发射天线来估计前向信道特性；
根据通过发射天线估计的前向信道特性，通过发射天线来自适应选择前向信道的编码速率和调制方法；
根据所选的编码速率和调制方法来对按照发射天线数形成的发射数据层进行编码和调制；以及
对这些层的发射数据进行V-BLAST编码。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，用于选择前向信道的编码速率和调制方法的选择步骤可由移动终端或基站来执行。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述选择步骤包括：
当前向信道的SNR不大于第一阈值时，选择1/3编码速率和QPSK方法；
当前向信道的SNR不小于第一阈值并不大于第二阈值时，选择2/3编码速率和QPSK方法；
当前向信道的SNR不小于第二阈值并不大于第三阈值时，选择2/3编码速率和8PSK方法；以及
当前向信道的SNR不小于第三阈值时，选择2/3编码速率和16QAM方法。
9.根据权利要求6所述的方法，其中，在选择步骤中选择共同应用于所有发射天线的编码速率和调制方法。
10.根据权利要求6所述的方法，其中，在选择步骤中选择应用于每个发射天线的每个编码速率和调制方法。
11.根据权利要求6所述的方法，其中，所述BLAST解码包括：
形成通过多个接收天线接收的接收信号作为接收矢量；
在检测某个码元时，通过把其他码元视为干扰信号来估计该某个码元；以及
从接收矢量中减去第一检测的信号分量。
12.根据权利要求6所述的方法，其中，所述V-BLAST编码包括：
把各层发射数据同时发射到每个发射天线，以使各层发射数据在空时轴线上具有垂直形式。
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