專(zhuān)利名稱(chēng)：用于在多信道通信系統(tǒng)中分配通信的裝置和相關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及在信道上的分配通信數(shù)據(jù)的方式，諸如OFDM 通信系統(tǒng)的子載波或多信道通信系統(tǒng)的其他信道，這些信道表現(xiàn)出 可變的通信條件。更具體地，本發(fā)明涉及在發(fā)送站處以根據(jù)優(yōu)化標(biāo) 準(zhǔn)優(yōu)化數(shù)據(jù)通信的方式自適應(yīng)地分配數(shù)據(jù)的裝置和相關(guān)方法。通過(guò) 選擇將要由LDPC (低密度奇偶校驗(yàn))糾錯(cuò)編碼器表現(xiàn)的編碼速率、 調(diào)制數(shù)據(jù)的調(diào)制級(jí)別以及在信道上傳送數(shù)據(jù)的功率級(jí)別來(lái)進(jìn)行分 配。隨著通信條件改變，基于信道狀態(tài)信息中的改變進(jìn)行通信分配 的自適應(yīng)再分配。
背景技術(shù)：
通信技術(shù)的進(jìn)展已經(jīng)允許開(kāi)發(fā)并且部署各種傳送信息數(shù)據(jù)的通 信系統(tǒng)。數(shù)據(jù)通信在一組通信站之間進(jìn)行，這些通信站包括至少一 個(gè)發(fā)送站以及至少一個(gè)接收站。這些作為通信會(huì)話(huà)的參與方的通信 站通過(guò)通信信道互聯(lián)，在通信會(huì)話(huà)期間，由數(shù)據(jù)通信實(shí)現(xiàn)通信服務(wù)。 由發(fā)送站發(fā)送的數(shù)據(jù)在通信信道上傳送以便傳遞到接收站。并且， 一旦傳遞到接收站，該接收基站就恢復(fù)通信數(shù)據(jù)的信息內(nèi)容。當(dāng)通信系統(tǒng)中使用的在其上傳送數(shù)據(jù)的通信信道由無(wú)線(xiàn)信道組 成時(shí)，該通信系統(tǒng)形成無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)。因?yàn)槭褂脽o(wú)線(xiàn)信道傳送數(shù)據(jù)， 所以不需要線(xiàn)纜對(duì)無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的通信站進(jìn)行互聯(lián)。擺脫使用線(xiàn)纜 連接來(lái)互聯(lián)通信設(shè)備的需要，無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的通信站能夠安置在其間線(xiàn)纜連接不可用的位置處而仍舊允許實(shí)現(xiàn)通信。而且，無(wú)線(xiàn)通信 系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)為移動(dòng)通信系統(tǒng)，其中可按照通信會(huì)話(huà)操作的 一 個(gè)或多 個(gè)通信站具有通信移動(dòng)性。蜂窩通信系統(tǒng)是移動(dòng)通信系統(tǒng)的示例。 已經(jīng)在世界上有人居住的大部分區(qū)域安裝了各種類(lèi)型蜂窩通信系統(tǒng) 的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。大量用戶(hù)通常利用蜂窩通信系統(tǒng)傳送語(yǔ)音和非語(yǔ) 音數(shù)據(jù)。很多時(shí)候，用戶(hù)通過(guò)使用移動(dòng)臺(tái)、利用蜂窩通信系統(tǒng)的網(wǎng) 絡(luò)設(shè)施操作以收發(fā)通信數(shù)據(jù)的移動(dòng)式并且通常是便攜式的設(shè)備進(jìn)行 通信。與移動(dòng)臺(tái)直接通信的蜂窩通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施有時(shí)被稱(chēng)作基 站或基站收發(fā)臺(tái)。當(dāng)移動(dòng)臺(tái)在由蜂窩通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地理區(qū) 域中移動(dòng)時(shí)，移動(dòng)臺(tái)通過(guò)系統(tǒng)的連續(xù)基站的覆蓋區(qū)域。當(dāng)移動(dòng)臺(tái)通 過(guò)由連續(xù)的基站限定的覆蓋區(qū)域時(shí)，在該連續(xù)的基站之間執(zhí)行通信 切換以允許與移動(dòng)臺(tái)和通過(guò)移動(dòng)臺(tái)的連續(xù)通信。已經(jīng)開(kāi)發(fā)了表現(xiàn)出蜂窩通信系統(tǒng)的某些特征的其他類(lèi)型的無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)。在此類(lèi)其他無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中的是無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)(WLAN)。 無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)類(lèi)似于蜂窩通信系統(tǒng)，其中通信服務(wù)通過(guò)與移動(dòng)臺(tái)和通 過(guò)移動(dòng)臺(tái)的數(shù)據(jù)通信來(lái)實(shí)現(xiàn)，該移動(dòng)臺(tái)與WLAN的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施通信。 在WLAN中，移動(dòng)臺(tái)與之通信的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施有時(shí)稱(chēng)作接入點(diǎn)(AP)。 通常構(gòu)建無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)以包括多個(gè)接入點(diǎn)，每個(gè)限定一覆蓋區(qū)域。當(dāng) WLAN中可操作的移動(dòng)臺(tái)在由不同接入點(diǎn)限定的覆蓋區(qū)域之間移動(dòng) 時(shí)，允許進(jìn)行通信切換以提供與移動(dòng)臺(tái)和通過(guò)移動(dòng)臺(tái)的持續(xù)通信。 在蜂窩通信系統(tǒng)、無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)和其他通信系統(tǒng)中，逐漸執(zhí)行或 希望執(zhí)行數(shù)據(jù)密集通信服務(wù)。由于一般的無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)，特別是蜂 窩通信系統(tǒng)和無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)通常都是帶寬受限系統(tǒng)，因此需要最有效 地利用可用于此類(lèi)系統(tǒng)中的通信的有限無(wú)線(xiàn)資源。已經(jīng)提出了有效 地利用分配給無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的帶寬的通信方案。OFDM (正交頻分復(fù) 用)是已經(jīng)開(kāi)發(fā)的有效利用已分配無(wú)線(xiàn)資源的通信方案。在OFDM 通信方案中，定義了多個(gè)正交的或近似正交的子載波，每個(gè)可用于 在其上傳送數(shù)據(jù)。還開(kāi)發(fā)了其他通信方案，通過(guò)這些通信方案可以 更好地利用分配給通信系統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)資源。多信道CDMA (碼分多址)是另一個(gè)此類(lèi)的通信方案，其中信道由唯一的擴(kuò)頻碼定義。在OFDM通信方案中定義的信道以及在其他通信方案中定義的 無(wú)線(xiàn)信道都是非理想的。也即，在傳送的數(shù)據(jù)上引入了失真。該失 真有時(shí)是時(shí)變的。即，有時(shí)候單個(gè)信道的信道條件可能在某些時(shí)候 表現(xiàn)為良好的通信條件并且允許高數(shù)據(jù)通信速率，但是其他時(shí)間表 現(xiàn)為不良的通信條件且僅允許低數(shù)據(jù)通信速率。已經(jīng)提出了所謂的 注水(water-filling)技術(shù)，通過(guò)該技術(shù)向OFDM通信方案的不同子 載波動(dòng)態(tài)分配通信，從而更好地最大化在各自子載波上限定的信道 的通信容量。由于不同子載波上的通信條件的改變，因此進(jìn)行通信 分配的再分配。在實(shí)際中，執(zhí)行注水技術(shù)存在困難。已經(jīng)提出并實(shí) 現(xiàn)了各種自適應(yīng)方法。例如，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)地選擇比特和功率 分配配置(loading profile )以響應(yīng)通信條件。并且，也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了 使用非二進(jìn)制Reed-Soloman( RS )碼的自適應(yīng)編碼。在Reed-Soloman 編碼數(shù)據(jù)上執(zhí)行的編碼操作使用硬判決解碼。由于LDPC (低密度奇偶校驗(yàn))糾錯(cuò)編碼表現(xiàn)出的各種特征，使 得其成為最近關(guān)注的主題。與Reed-Soloman碼結(jié)合使用的自適應(yīng)技 術(shù)不可擴(kuò)展為L(zhǎng)DPC碼，因?yàn)長(zhǎng)DPC解碼操作使用軟判決解碼。如果自適應(yīng)地選擇LDPC碼率以響應(yīng)OFDM或其他多信道通信 方案中的通信條件的方式是可用的，則增加通信系統(tǒng)中的通信容量 將是可能的。本發(fā)明的顯著改善得以形成正是根據(jù)涉及多信道無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng) 中的通信的此背景信息。發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明有利地提供裝置和相關(guān)方法，通過(guò)該裝置和相關(guān) 方法為信道上的通信分配數(shù)據(jù)，這些信道諸如OFDM通信系統(tǒng)的子 載波上限定的信道或者多信道通信系統(tǒng)的其他信道，它們表現(xiàn)出可 變的通信條件。通過(guò)本發(fā)明實(shí)施例的操作，提供了在發(fā)送站處以根據(jù)優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化數(shù)據(jù)通信的方式自適應(yīng)地分配數(shù)據(jù)的方式。在本發(fā)明的一個(gè)方面中，通過(guò)選擇將要由LDPC編碼器表現(xiàn)的 編碼速率、調(diào)制數(shù)據(jù)的調(diào)制級(jí)別以及在信道上傳送的數(shù)據(jù)的功率級(jí) 別進(jìn)行分配。在本發(fā)明的另 一個(gè)方面中，提供了 一種在通信系統(tǒng)的整個(gè)通信 信道自適應(yīng)LDPC碼率以及比特和功率分配的方式，例如，在OFDM 通信系統(tǒng)的整個(gè)子載波上。在獨(dú)立的信道上，例如通信系統(tǒng)中定義 的子載波上傳送的各種比特的比特可靠性進(jìn)行高斯近似(GA)。比 特可靠性的高斯近似用在對(duì)使用LDPC糾錯(cuò)系統(tǒng)的多信道通信系統(tǒng) 中所傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行的自適應(yīng)編碼和調(diào)制中。開(kāi)發(fā)的度量族是基于使用例如BPSK ( 二進(jìn)制相移鍵控)信令的 LDPC碼族的AWGN (平均高斯白噪聲)性能，通過(guò)這些度量調(diào)整 與多信道通信系統(tǒng)協(xié)作的LDPC碼率，在該系統(tǒng)中還可自適應(yīng)地控 制信道調(diào)制以及功率級(jí)別。這些度量進(jìn)行操作以逼近LDPC碼族的 錯(cuò)誤性能以便與使用信道狀態(tài)信息的多信道系統(tǒng)一起使用從而針對(duì) 信道自適應(yīng)地操作。當(dāng)在其中定義了子載波的OFDM系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)時(shí)，這些度量用于 選擇LDPC編碼速率連同調(diào)制數(shù)據(jù)將要使用的調(diào)制級(jí)別以及將要在 各自子載波上傳送的數(shù)據(jù)的功率級(jí)別。例如，在發(fā)送站執(zhí)行度量的實(shí)現(xiàn)。在另一個(gè)實(shí)現(xiàn)中，使用通信 系統(tǒng)的信令在接收站執(zhí)行過(guò)程和裝置的部分。例如，如果關(guān)于LDPC 碼的碼率信息作為傳遞到接收站的控制信令的一部分來(lái)發(fā)送，則接 收站將從該信息中獲益但是不需要實(shí)現(xiàn)與通信分配選擇相關(guān)的結(jié)構(gòu) 或執(zhí)行與其相關(guān)的過(guò)程。在另一個(gè)實(shí)現(xiàn)中，相反地，如果沒(méi)有在控 制信令中發(fā)送所選擇的碼率，或者沒(méi)有向接收站提供，如果接收站 可依照本發(fā)明的實(shí)施例操作，那么替換地獲取信道狀態(tài)信息以確定 碼率、比特和功率分配的選擇。在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，提供用于自適應(yīng)地選擇編碼器的碼 率、將以逐個(gè)子載波為基礎(chǔ)而使用的調(diào)制級(jí)別以及將以逐個(gè)子載波為基礎(chǔ)而使用的功率級(jí)別的方式。確定在給定碼率下獲得所選擇的 數(shù)據(jù)速率所需要的每符號(hào)比特?cái)?shù)。利用確定的比特?cái)?shù)，解決了速率 受限的優(yōu)化問(wèn)題從而確定比特的值，即，在給定不同信道的信道狀 態(tài)信息時(shí)每個(gè)信道的調(diào)制級(jí)別和功率級(jí)別。此后，獲得比特可靠性 測(cè)量，并且接著求解選擇的度量的錯(cuò)誤性能。如果錯(cuò)誤度量小于最 小值，則存儲(chǔ)所選碼率、子載波比特和功率分配。并且，當(dāng)條件改 變時(shí)，重新選擇值，從而為各個(gè)信道進(jìn)行通信分配的再分配。各式各樣的資源分配配置都有可能，例如，在一種配置中針對(duì)給定的碼率實(shí)現(xiàn)等比特以及等功率分配配置(allocation profile )。 在另一種配置中，針對(duì)每個(gè)OFDM符號(hào)保持相同的信息數(shù)據(jù)速率而同時(shí)還考慮針對(duì)每個(gè)信道實(shí)現(xiàn)等比特和可變功率分配配置。并且， 在另一種配置中，針對(duì)每個(gè)符號(hào)保持相同的固定碼率和信息數(shù)據(jù)速 率，并且子載波比特和功率分配配置都服從總功率限制以及最小化 最大子載波SER(誤符號(hào)率)的總速率限制。并且，在一種配置中， 每OFDM符號(hào)的信息數(shù)據(jù)速率相同且具有變化的碼率、子載波比特 和功率分配也是可能的。因此，在這些和其他方面，提供了用于可按照多信道通信方案 操作的發(fā)送站的裝置和相關(guān)方法，以在第 一通信信道和至少第二通 信信道上發(fā)送數(shù)據(jù)比特的表示。編碼器適合于接收該數(shù)據(jù)比特。該 編碼器以選擇的碼率將數(shù)據(jù)比特編碼為編碼形式。選擇器適合于獲 取涉及第一和至少第二信道中的至少一個(gè)的信道狀態(tài)信息的指示。 該選擇器選擇對(duì)第一和至少第二信道中的每一個(gè)的通信分配，在第 一和至少第二信道上傳送數(shù)據(jù)表示的選擇部分。由選擇器進(jìn)行的所 選碼率的選擇是連同選擇的功率級(jí)別和選擇的調(diào)制級(jí)別 一起做出 的，其中編碼器以所選碼率對(duì)數(shù)據(jù)比特進(jìn)行編碼。可以從下面簡(jiǎn)要概述的附圖、本發(fā)明目前優(yōu)選的實(shí)施例的下列理解。


圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例可在其中操作的通信系統(tǒng)的功能性框圖2示出了諸如按照本發(fā)明實(shí)施例操作而生成的表示LDPC碼 的示例性二分圖。圖3示出了對(duì)數(shù)似然比值和高階星座集的信號(hào)強(qiáng)度之間的示例 性關(guān)系的圖示。圖4示出了用于形成根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的操作的查找表的值的 示例性圖形表示。圖5示出了由LDPC碼生成的碼字所表現(xiàn)合成碼率和打孔碼之 間的圖形關(guān)系。圖6示出了表示本發(fā)明的示例性實(shí)施例操作的流程圖。誤比特率之間的示例性關(guān)系的圖示。圖8和圖9示出了表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例操作而提供的性能的 示例性包錯(cuò)誤率性能曲線(xiàn)圖示。
具體實(shí)施方式
首先參考圖l，概括為10的無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)在一組通信站之間(此 處表示為通信站12和通信站14)提供無(wú)線(xiàn)通信。雖然在示例性實(shí)施 中通信站12和14中的每個(gè)都形成雙向無(wú)線(xiàn)收發(fā)器，但是出于描述 本發(fā)明實(shí)施例操作的目的，通信站12將被稱(chēng)作發(fā)送站，通信站14 將被稱(chēng)作接收站14，并且將描述關(guān)于從通信站12向通信站14發(fā)送 數(shù)據(jù)的通信操作。該通信系統(tǒng)形成了多信道通信系統(tǒng)。在示例性實(shí)現(xiàn)中，多信道 通信系統(tǒng)形成OFDM (正交頻分復(fù)用)通信系統(tǒng)，其中定義了多個(gè) 相互正交或近似正交的子載波。部分16表示了在其上將源自通信站 12的數(shù)據(jù)傳送到通信站14的子載波。在可替換的實(shí)現(xiàn)中，通信系統(tǒng)IO形成多信道CDMA(碼分多址)通信系統(tǒng)，其中由擴(kuò)頻碼定義信道。在這種實(shí)現(xiàn)中，部分16也表示 由碼定義的信道。更一般地，通信系統(tǒng)IO表示任何多信道通信方案， 并且部分16表示此類(lèi)通信系統(tǒng)中定義的信道，并且在其操作期間在 這些信道上傳送數(shù)據(jù)。如上所述，信道，也即子載波，不是理想的，并且在其上的數(shù) 據(jù)通信期間引入了失真。提供了分集技術(shù)，使得增大在表現(xiàn)出非理 想通信條件的信道上成功傳送數(shù)據(jù)信息內(nèi)容的可能性。諸如通過(guò)對(duì) 增加了冗余的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼來(lái)增大似然性而提供的發(fā)射分集，使得 即使在向接收站傳送期間丟失了部分?jǐn)?shù)據(jù)，數(shù)據(jù)信息內(nèi)容也是可恢 復(fù)的。然而，冗余的增加是以吞吐量為代價(jià)，因?yàn)樵黾拥娜哂鄿p小 了數(shù)據(jù)可以傳送的速率。當(dāng)通信條件良好時(shí)，需要減少冗余的數(shù)量， 而當(dāng)條件不良時(shí)，需要增加冗余的數(shù)量。而且，當(dāng)通信條件良好時(shí)，用于其通信的調(diào)制數(shù)據(jù)的調(diào)制級(jí)別 可以是高階的，并且數(shù)據(jù)傳送的功率級(jí)別可以相對(duì)較低。當(dāng)通信條 件不好時(shí)，調(diào)制級(jí)別必須是低階的并且功率級(jí)別必須相對(duì)高以便增 加數(shù)據(jù)信息內(nèi)容成功傳送的可能性。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的操作，發(fā)送站能夠自適應(yīng)地修改這三個(gè)參 數(shù)中的任何一個(gè)。此處示出的發(fā)送站包括信息源22,將要傳送的數(shù)據(jù)比特m源自 該信息源22。通過(guò)到FEC (前向糾錯(cuò))LDPC 26的線(xiàn)24提供數(shù)據(jù)比 特。編碼器進(jìn)行操作以對(duì)向其提供的信息比特進(jìn)行編碼并且生成應(yīng) 用于調(diào)制器32的線(xiàn)28上的碼字。調(diào)制器生成線(xiàn)34上的符號(hào)，這些 符號(hào)在混頻器3 6處與功率信號(hào)相乘以形成線(xiàn)3 8上的混頻信號(hào)，該 混頻信號(hào)用于N點(diǎn)IFFT (逆快速傅立葉變換器)48。該變換器將向 其提供的值變換到時(shí)域，并且生成在線(xiàn)44上的時(shí)域表示，并且將時(shí) 域表示提供給循環(huán)前綴添加器46。循環(huán)前綴添加器將循環(huán)前綴添加 到已調(diào)制的符號(hào)，數(shù)模轉(zhuǎn)換器48將結(jié)果值轉(zhuǎn)換為模擬形式，并且將 模擬表示提供給RF部分52,該RF部分對(duì)其上混頻并且放大該表示 以用于在信道16上的通信。接收站包括RF部分56,除了其他操作外，RF部分56進(jìn)行操作 以對(duì)在接收站接收的RF電平數(shù)據(jù)表示進(jìn)行下變換。 一旦進(jìn)行了下變 換，循環(huán)前綴移除器58就移除循環(huán)前綴。然后，快速傅立葉變換器 62執(zhí)行快速傅立葉變換以將所接收的數(shù)據(jù)變換到頻域。此后，均衡 器64均衡所接收的數(shù)據(jù)，并且對(duì)已均衡的值進(jìn)行解碼。如果發(fā)送站 的編碼器執(zhí)行了打孔操作，則解碼操作還包括去打孔(depuncturing ) 操作。接收站還包括發(fā)射部分，其可操作以與發(fā)送站通信。出于本發(fā) 明實(shí)施例操作的目的，接收站的發(fā)射部分72向發(fā)送站提供反饋信息 用于在發(fā)送站的接收部分74的接收。在示例性實(shí)現(xiàn)中響應(yīng)于對(duì)與所 接收數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)的信號(hào)強(qiáng)度、準(zhǔn)確性等相關(guān)聯(lián)的標(biāo)記分析形成反饋 信息。并且， 一旦在發(fā)送站的接收部分74處接收到該反饋信息，則 將其提供給控制器76。在控制器處執(zhí)行操作一起選擇在各自子載波 上或定義的信道上傳送的數(shù)據(jù)的碼率、調(diào)制級(jí)別和功率級(jí)別?？刂破魃删€(xiàn)78上的提供給編碼器26用以選擇編碼器提供的 碼率的信號(hào)。所生成的線(xiàn)78上的信號(hào)例如定義或指示將要使用的打 孔模式。生成的線(xiàn)82上的信號(hào)向調(diào)制器指示將要在各自子載波上傳 送的數(shù)據(jù)將被調(diào)制的調(diào)制類(lèi)型。雖然在圖中將調(diào)制器32示為單個(gè)框， 但是該元素也可以表示為N個(gè)方框的系列，每個(gè)都形成用于不同子 載波的調(diào)制器。而且，控制器生成的線(xiàn)84上的信號(hào)被提供給與不同 的子載波相關(guān)聯(lián)的乘法器36。從而，通過(guò)控制器的適當(dāng)選擇，LDPC 編碼速率、調(diào)制方案和功率級(jí)別都是可選擇的。并且，隨著這些子 載波中任何一個(gè)上的通信條件的改變，控制器允許操作參數(shù)的自適 應(yīng)改變，以便再分配不同子載波上的通信分配。再次:淡到編碼器26，該編碼器生成LDPC碼。LDPC碼是分組 碼，其名稱(chēng)來(lái)源于它們的奇偶校驗(yàn)矩陣((N咖c-K歴c) x N,,c ) 維H，c的稀疏性，其中N，c是碼字元素的數(shù)量(即，碼字長(zhǎng)度)， K，c是包含在每個(gè)碼字中的信元的數(shù)量(例如，如果使用二進(jìn)制字 母表，K,是信息比特的數(shù)量)。當(dāng)描述LDPC碼時(shí)，通常正則和非正則LDPC碼的區(qū)別是明顯 的。正則(m， k) LDPC碼是這樣的碼，其中H，c的每列對(duì)應(yīng)于具 有正好m個(gè)非零元素的變量節(jié)點(diǎn)(即，碼字元素)，并且H，c的每行對(duì)應(yīng)于具有正好k個(gè)非零元素的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)(即，奇偶校驗(yàn)等式)。 另 一方面，非正則LDPC碼允許H,DPt.的行和列的非零元素個(gè)數(shù)不同。非正則碼可以明顯地勝于正則LDPC碼結(jié)構(gòu)。圖2示出了示例性二分圖，通常示為82。當(dāng)討論LDPC碼時(shí)， 經(jīng)常引入二分圖(又名Tanner圖)以提供LDPC碼的圖示。在該二 分圖的表示中，"棱邊(edge)，，是連接對(duì)應(yīng)于奇偶校驗(yàn)矩陣H,,c中的非零元素的"變量節(jié)點(diǎn)"86和"校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)"88的線(xiàn)84。因此， 二分圖中的棱邊84的總數(shù)量等于HiD,c中非零元素的總數(shù)量。此變量-到-校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的關(guān)系對(duì)應(yīng)于碼字元素(變量節(jié)點(diǎn))和相關(guān)聯(lián)的奇偶 校驗(yàn)等式(校驗(yàn)節(jié)點(diǎn))之間的連接。因此，變量節(jié)點(diǎn)僅連接到校驗(yàn) 節(jié)點(diǎn)并且反之亦然(即，變量節(jié)點(diǎn)不直接連接到其他變量節(jié)點(diǎn)上，而是僅通過(guò)相鄰的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)連接)。連接到任何特定變量或校驗(yàn)節(jié) 點(diǎn)的棱邊的數(shù)量決定其對(duì)應(yīng)于H，c的各自列或行中的"1"的數(shù)量的秩。在解碼LDPC碼中，接收器經(jīng)常通過(guò)使用諸如和積(sum-product) 算法之類(lèi)的消息傳播(又名置信度傳播belief-propagation )解碼器來(lái) 應(yīng)用信息比特的"軟解碼"。盡管其比硬判決解碼(例如比特翻轉(zhuǎn)) 更復(fù)雜，但軟判決解碼通常具有超過(guò)硬判決解碼的顯著性能優(yōu)勢(shì)。 由于奇偶校驗(yàn)矩陣的稀疏性，LDPC碼的軟解碼復(fù)雜性實(shí)際上對(duì)于置 信度傳播技術(shù)足夠低。假設(shè)和積解碼器，則存在多種基于碼群的棱 邊多項(xiàng)式A(x)和/ (x)的分析工具(例如高斯近似(GA)和密度演化(DE))用以求解各種奇偶校驗(yàn)矩陣結(jié)構(gòu)的性能。因此，由' (義("),P(力,"(。)"))描述的打孑L LDPC碼群的有效碼率是其中，—°)wdrS 。v—'。在圖1中示出的通信系統(tǒng)IO使用LDPC編碼用于其錯(cuò)誤控制。該系統(tǒng)希望通過(guò)對(duì)根據(jù)單個(gè)LDPC母碼編碼的碼字進(jìn)行打孔而使用 不同的碼率來(lái)傳送每碼字K,個(gè)信息比特，其中單個(gè)LDPC 母碼衍生自速率K匿/N，c的U(x)， "x)),其中N冊(cè)c是碼字的長(zhǎng)度(即，每個(gè)碼字中的元素?cái)?shù)量)。使用LDPC母碼，發(fā)送站12的發(fā)送部分首先將K，c個(gè)信息比特 編碼為N^c個(gè)已編碼比特，其中N，c〉K^。然后，發(fā)送部分選擇 Pf ^p(。)N^個(gè)碼字元素(假設(shè)此處為整數(shù)，不過(guò)如果不是整數(shù)也很容易解決)，通過(guò)從將要調(diào)制的碼字元素中移除這些比特對(duì)其進(jìn) 行打孔并且通過(guò)信道發(fā)送。給定K^c和N，c,打孔計(jì)數(shù)P，。e(0， 1，…，N跳-K跳)，確定有效碼率K羅/ (N，c-P麼)。在信道16的輸出處，接收站14的接收部分觀(guān)察不具有從未發(fā) 送的P，c個(gè)打孔比特的失真碼字。在對(duì)碼字進(jìn)行解碼前，接收部分 通過(guò)將不會(huì)使打孔比特的解碼(即關(guān)于解碼"0"或"1"的控制 (neural))出現(xiàn)偏差的值插回到該P(yáng)iDrc個(gè)打孔位置(例如當(dāng)使用對(duì)數(shù)似然比值作為和積解碼器的輸入時(shí)，是"0")來(lái)重構(gòu)完整的碼字。 通過(guò)使用和積迭代軟解碼器，接收部分接著對(duì)所重構(gòu)的碼字進(jìn)行解 碼，嘗試糾正由于通信信道以及打孔比特而引起的任何錯(cuò)誤。對(duì)于系統(tǒng)支持的每個(gè)碼率，發(fā)送站的發(fā)送部分和接收站的接收 部分都必須預(yù)先知道碼字內(nèi)的打孔位置。針對(duì)每個(gè)特定碼率，可以設(shè)計(jì)定制的打孔序列，不過(guò)這導(dǎo)致為碼率的大集合打孔的長(zhǎng)碼本需 要大的存儲(chǔ)器。在這里描述的示例性方法中，這些P^,c個(gè)打孔位置組成變量節(jié)點(diǎn)的單個(gè)序列，這些變量節(jié)點(diǎn)選擇自經(jīng)由以下部分中描 述的貪心(greedy)算法而構(gòu)建的變量秩的單個(gè)序列。因此，針對(duì)所 有可用碼率的打孔序列，(^LDPC /"^LDPC ，尺LDPC /(wLDPC - 1)，…,"^LDPC /(《LDPC + 1)，《LDPC /尺LDPC }, 形成構(gòu)成長(zhǎng)度為(NiDPC-KijDK:)的單個(gè)打孔序列Sa^度-《臟的封裝子集。^EG ^ 5wLDPC—/TLDI>C—1 ^ ^Wldpc—ATLDPC碼字中的變量秩或變量節(jié)點(diǎn)的位置組成打孔序列sa^n,c -&,c的獨(dú)立元素。實(shí)際上，如果通信系統(tǒng)嚴(yán)格地將最大碼率限制在一以下，則序列的長(zhǎng)度可以短于(N痕-K匿)。為了實(shí)現(xiàn)特定的碼率，通信系統(tǒng)對(duì)具有對(duì)應(yīng)于秩序列中的第一P/,c元素的秩的P^c個(gè)變量節(jié)點(diǎn)進(jìn)行打孔?？梢栽诰€(xiàn)或離線(xiàn)地從打 孔秩序列中選擇變量節(jié)點(diǎn)。因此，實(shí)施可以使用長(zhǎng)度{0，1， ， TVLDPC -《LDPC -1， WlDPC -《LDPC }不同的相鄰子集以獲得所有可能的石馬率，{^^dpc / ldpc ，尺ldpc / ldpc 一 1)，...，尺ldpc / (尺ldpc + ,《ldpc /《LDPC }分別來(lái)自由變量節(jié)點(diǎn)或變量秩組成的單個(gè)打孔序列。針對(duì)給定的變量 秩序列，每個(gè)獨(dú)立秩內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)排列都剛好是該秩序列的不同節(jié) 點(diǎn)實(shí)現(xiàn)。在實(shí)施期間，通信系統(tǒng)最有可能使用變量節(jié)點(diǎn)的單個(gè)序列 而不是變量秩的單個(gè)序列。使用高斯近似(GA)分析工具開(kāi)發(fā)的貪心算法確定了用于低密 度奇偶校驗(yàn)(LDPC)碼的單個(gè)變量秩打孔序列。此方法不同于使用 線(xiàn)性規(guī)劃(LP)和密度演化(DE)技術(shù)的現(xiàn)有方法。而且，本發(fā)明實(shí)施例的方法不同于現(xiàn)有方法，因?yàn)楝F(xiàn)有方法針 對(duì)具有隨機(jī)選擇的節(jié)點(diǎn)的變量秩使用多個(gè)打孔序列，因此需要很大 的存儲(chǔ)量以用于長(zhǎng)度很長(zhǎng)的碼字的碼率的大集合。在本發(fā)明實(shí)施例 的方法中，從單個(gè)打孔序列中獲取變量秩子集，其中下一個(gè)更高速 率的子集包含之前較低速率的子集，如此類(lèi)推。對(duì)于所支持的最高 碼率，那么使用整個(gè)打孔序列。相對(duì)于現(xiàn)有方法，顯著減少了對(duì)于 碼率的大集合所需要的實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器，其中該碼率衍生自單個(gè)母碼。對(duì)于A(yíng)WGN信道，高斯近似(GA)技術(shù)將從變量節(jié)點(diǎn)發(fā)送到校 驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的消息作為獨(dú)立高斯隨機(jī)變量的線(xiàn)性組合來(lái)建模。通過(guò)經(jīng)驗(yàn) 性研究，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)此近似使用迭代和積解碼算法(也稱(chēng)為置信度傳 播)對(duì)于發(fā)送到校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的變量消息是相當(dāng)準(zhǔn)確。僅需要通過(guò)追蹤 消息平均值(means),此近似筒化了在之前密度演化(DE )上的性 能分析，其中密度演化(DE)跟蹤用于設(shè)計(jì)LDPC碼群(ensemble) 的變量和校驗(yàn)消息的整個(gè)概率密度函數(shù)(p.d.f)。高斯近似以傳統(tǒng)方式擴(kuò)展以解決打孔的LDPC碼群，并且包括對(duì)由(;l(x),p(x),tt(。)(x))描述的打孔碼群的誤比特率(BER)分析。 就像使用沒(méi)有打孔的傳統(tǒng)GA，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例用于打孔(碼)群 的方法還通過(guò)解碼器迭代來(lái)跟蹤消息平均值以及零變量消息(打孔 的變量節(jié)點(diǎn))的概率?，F(xiàn)有方法還衍生收斂判據(jù)，該收斂判據(jù)確定 用于收斂的打孔碼的閾值(用于漸近場(chǎng)景中的無(wú)錯(cuò)誤通信的最小 SNR)。此現(xiàn)有打孔方法使用線(xiàn)性規(guī)劃(LP)方法以在給定用于打 孔碼群的閾值時(shí)最大化全部變量節(jié)點(diǎn)的打孔部分。而且，現(xiàn)有方法 使用密度演化(DE)來(lái)設(shè)計(jì)打孔秩序列。因此對(duì)于每個(gè)有效碼率， 打孔序列可以是不同的。現(xiàn)有打孔的L P和D E方法也不考慮實(shí)際對(duì) 有限長(zhǎng)度的碼字可用的碼群的有限集。除了群的收斂閾值之外，現(xiàn)有方法進(jìn)一步基于GA的消息平均衍 生了用于打孔LDPC碼群的誤比特率(BER)的表達(dá)式。用于確定BER表達(dá)式提供了明顯不同于現(xiàn)有方法的方法。在和積解碼期間，針對(duì)打孔LDPC碼群的k"解碼器迭代的平均 值更新等式定義如下<formula>formula see original document page 17</formula>其中- (x)和它的逆f (y)是傳統(tǒng)定義的。^使用此GA平均更新 等式，k"'解碼迭代之后的[6]中的BER表達(dá)式是<formula>formula see original document page 17</formula>未恢復(fù)的打孔符號(hào)<formula>formula see original document page 17</formula>恢復(fù)的打孔符號(hào) 從未打孔的比特 以下描述了上述構(gòu)建由變量秩組成的打孔序列的貪心方法，其中變量秩可以轉(zhuǎn)換為用于給定群的任何給定LDPC實(shí)現(xiàn)的特定變量 節(jié)點(diǎn)序列。第一，對(duì)于每個(gè)可用于打孔的變量秩，計(jì)算需要的平均輸入對(duì) 數(shù)似然比(LLR)值m,々,，其使用用于打孔碼的高斯近似BER表達(dá)式BER^)達(dá)到關(guān)于碼群的i殳計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(有限次迭代內(nèi)的目標(biāo)BER)。第二，在用于打孔的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)選擇變量秩j,該打孔需要最小平均輸入LLR值，并且將該秩附加在打孔序列中。第三，考慮指定碼長(zhǎng)度以及每個(gè)秩的有限數(shù)量的變量節(jié)點(diǎn)，調(diào)整用于打孔變量秩的打孔概率，；rf?；氐降?一 步，并且重復(fù)直到打孔序列長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)于用于隨機(jī)錯(cuò)誤 的二進(jìn)制丟失信道(BEC)閾值(或者如果愿意，可以直到具有1,0 的碼率)。如果打孔變量節(jié)點(diǎn)這部分達(dá)到或超過(guò)BEC閾值，則停止。 注意此貪心算法方法可以使用除了 BEC閾值之外的不同的停止標(biāo) 準(zhǔn)。本發(fā)明實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)在發(fā)送站處執(zhí)行，并且取決于OFDM系統(tǒng) 的信令，可以或可以不在4妄收站處4丸4于。例如，如果LDPC碼的碼 率信息在控制信令中發(fā)送到接收站，則接收站受益但不必在其處實(shí) 現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施例。另一方面，如果沒(méi)有在控制信令中發(fā)送碼率， 則接收站也將使用帶有信道狀態(tài)信息的此裝置，該裝置對(duì)于發(fā)送和 才妻收站都可用，從而確定碼率、比特和功率分配。在接收站14處，在OFDM通信系統(tǒng)中解調(diào)之后，接收站獲得以 下復(fù)數(shù)頻域子載波符號(hào)<formula>formula see original document page 18</formula>，…，W 其中，X,是在k"'子載波上傳輸?shù)膹?fù)數(shù)頻域符號(hào)，H,是相應(yīng)的復(fù)數(shù)頻 率響應(yīng)，并且7^是具有方差a2 =N。/2的復(fù)數(shù)零均值A(chǔ)WGN,其用于獨(dú)立的實(shí)部和虛部部分(即，Ek^1=W。)。然后接收站在用于檢 錯(cuò)和糾錯(cuò)解碼之前使用其信道估計(jì)來(lái)均衡接收的符號(hào)。假設(shè)用于準(zhǔn) 靜態(tài)信道的理想信道狀態(tài)信息(CSI),均衡后接收的子載波符號(hào)是<formula>formula see original document page 18</formula>其代表N個(gè)平行的高斯信道，每個(gè)都具有其自己的零均值獨(dú)立 AWGN。對(duì)于頻率選擇性信道，這導(dǎo)致了橫跨子載波的非均勻噪聲 方差，因此支配數(shù)字通信系統(tǒng)的基于子載波SER (和BER)的優(yōu)化 問(wèn)題族將在下面陳述。示例性實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)10使用M-QAM矩形/交叉星座，該星座具有 用于頻域子載波比特映射的格雷比特映射方案。根據(jù)數(shù)字通信理論， 使用最小距離解碼的M-QAM檢測(cè)器具有由，fe g限定的誤符號(hào)概率&,其中巧^五k^d，、是映射到k"子載波上的比特?cái)?shù)量，并且2(')函數(shù)定義如下,*2、1 ""2") = ~7^= Jexp2 乂for 0 S ;c < co，是因此，對(duì)于給定的子載波比特分配K和頻率響應(yīng)Hp達(dá)到希望的^ 的SER所需的必需子載波功率是" 糾2其中C (')是2(')函數(shù)的逆。類(lèi)似地，對(duì)于給定的子載波功率和頻率響 應(yīng)，子載波可以承載的每個(gè)符號(hào)最大數(shù)量的比特，一H 。fe-w《而同時(shí)保持指定的最小性能S。在以下子部分中，當(dāng)在各種優(yōu)化問(wèn) 題中使用時(shí)，我們將上述表達(dá)式視為等同。首先考慮給定數(shù)據(jù)速率以及子載波SER (誤符號(hào)率)的約束的 情況下的功率最小化。在標(biāo)準(zhǔn)形式中，第一個(gè)功率優(yōu)化問(wèn)題最小化"i 使其符合，二 for /t = 1,2,..., TV是要最小化具有總數(shù)據(jù)速率約束以及瞬時(shí)子載波SER (可能不均勻) 約束的總功率，其中^是關(guān)于子載波k的SER邊界。類(lèi)似于最大化數(shù)據(jù)速率的問(wèn)題，此問(wèn)題和解決方案概括了用于不均勻子載波誤符 號(hào)率邊界的方法，該邊界用于均勻的子載波SER限制。使用拉格朗日乘數(shù)法，該問(wèn)題表示如下a=i i其中義是拉格朗日乘數(shù)法的乘子，但是其針對(duì)總數(shù)據(jù)速率約束，并且 在下列表達(dá)式中表示該解決方案<formula>formula see original document page 20</formula>其最小化了在給定約束下所需的總功率。在大部分傳輸器中，總傳輸器功率預(yù)算將傳輸器限制為某些有 限的功率限制。因此，可以通過(guò)下式對(duì)上述功率方案按比例縮放來(lái) 滿(mǎn)足傳輸器的總功率約束并且因此<formula>formula see original document page 20</formula>這產(chǎn)生了與原始問(wèn)題的要求相比表現(xiàn)出更好的瞬時(shí)錯(cuò)誤特性的解決 方案，因?yàn)樾诺滥軌蛉菀椎刂С纸o定的數(shù)據(jù)速率和錯(cuò)誤約束。然而， 上面呈現(xiàn)的按比例縮放的最小功率解決方案產(chǎn)生了近似相等的子載 波SER,并且就該解決方案最小化了最大瞬時(shí)子栽波SER (MinMaxSER)方面而言是最優(yōu)的。類(lèi)似地，在實(shí)現(xiàn)中的額外關(guān)注 是必要的以調(diào)整子載波比特分配，由于有限的粒度和負(fù)向削波以保 證滿(mǎn)足總速率限制?，F(xiàn)在考慮在給出關(guān)于子載波功率和比特分配的各種限制情況下 最小化平均子載波SER。由于經(jīng)常做出均等的瞬時(shí)子載波錯(cuò)誤概率 是最佳的假設(shè)，所以已經(jīng)在很大程度上忽略了此方法。上述假設(shè)僅 在^-范數(shù)情況中是真實(shí)的，其中最小化平均子載波SER相對(duì)于子載 波SER在A(yíng)-范數(shù)中是最佳的。首先考慮符合總傳輸器功率約束以及給定的子載波比特分配情況下使平均SER (等同于如下示出的總SER)最小化。我們?cè)俅我?標(biāo)準(zhǔn)形式描述該問(wèn)題最小化<formula>formula see original document page 21</formula>符合<formula>formula see original document page 21</formula>給定<formula>formula see original document page 21</formula>或使用拉格朗日乘數(shù)法<formula>formula see original document page 21</formula>但是不像數(shù)據(jù)速率和功率問(wèn)題，這里不存在閉合形式(closed form) 的解決方案。替代的是，采用使用受約束的最速下降和回溯線(xiàn)搜索 (line search)的迭代方案。首先，針對(duì)我們的函數(shù)的n"迭代確定梯 度為<formula>formula see original document page 21</formula>其中每個(gè)元素是使用來(lái)自于矢量<formula>formula see original document page 21</formula>的當(dāng)前子載波功率分配求解的偏導(dǎo)數(shù)<formula>formula see original document page 21</formula>如果<formula>formula see original document page 21</formula>,其中l(wèi),是由所有"1"組成的(lxN)維的矢量，其轉(zhuǎn)置矩陣為A『=l—),那么<formula>formula see original document page 21</formula>現(xiàn)在梯度被投影在產(chǎn)生用于n"'迭代的方向矢量的A的零空間，<formula>formula see original document page 22</formula>并且用于功率分配的更新等式<formula>formula see original document page 22</formula>具有針對(duì)初始的開(kāi)始點(diǎn)的等功率分配，并且其中" 是通過(guò)回溯線(xiàn)搜索找到的n"'迭代的步長(zhǎng)。當(dāng)使用更高階的調(diào)制，諸如矩形/交叉M-QAM星座時(shí)，發(fā)送站 將多個(gè)比特映射到每個(gè)M-QAM符號(hào)上。映射中的每個(gè)比特位置具 有其自己的錯(cuò)誤概率，該錯(cuò)誤概率直接轉(zhuǎn)換為關(guān)于表示為E,/N。的接收的符號(hào)能量對(duì)噪聲的比值的可靠性度量。圖3示出了概括為92的 平均調(diào)整符號(hào)的對(duì)數(shù)似然比值(LLR)對(duì)單位為dB的E,/N。的圖示，該圖用于這樣一個(gè)使用格雷映射64-QAM的星座示例，其中將六比 特映射到該星座中的64個(gè)復(fù)數(shù)中的一個(gè)上?？梢詮腂PSK直到任何 M - Q A M星座針對(duì)每個(gè)調(diào)制階內(nèi)的每個(gè)比特制作類(lèi)似表格。用于每個(gè) 比特的LLR的閉合形式表達(dá)式存在，但其沒(méi)有揭示很多關(guān)于星座內(nèi) 的不同比特可靠性的知識(shí)，這里沒(méi)有提供該表達(dá)式。對(duì)于每個(gè)OFDM符號(hào)，有總數(shù)為R,。,。,的比特映射到N個(gè)頻域子 載波符號(hào)上，其中K數(shù)量的比特映射到k"'子載波上，其中 R,。,。,2lA。當(dāng)傳輸器對(duì)給定的信道狀態(tài)信息(CSI)執(zhí)行自適應(yīng)調(diào) 制時(shí)，在該情況中，比特?cái)?shù)量可以對(duì)于所有子載波相同或者可以在各子載波上不同。因此，在通過(guò)了特定的頻率選擇信道實(shí)現(xiàn)之后， 假設(shè)在離散頻域中Hp其中k=l，2...，N,該R,。,。,個(gè)接收到的比特中的每個(gè)將具有直接涉及所接收的子載波的符號(hào)噪聲比的相應(yīng)可靠性 (平均-LLR)<formula>formula see original document page 22</formula>類(lèi)似地，傳輸器分配到子載波的功率也影響平均-LLR值。對(duì)于歸一化用于每個(gè)子載波的每個(gè)星座，以便星座符號(hào)噪聲比是自然單位的te/^X-l^12/^。)，并且星座中的每個(gè)點(diǎn)等概率地出現(xiàn)。因此，總功率將等于子載波的數(shù)量(即P,。,。,N)。類(lèi)似于比特分配，當(dāng)CSI在受相同功率限制約束的傳輸器處可用時(shí)，傳輸器也可以對(duì)該N個(gè)子載波應(yīng)用功率分配。 在傳輸器使用功率分配技術(shù)的系統(tǒng)中，接收的用于k'^子載波的符號(hào) 噪聲比變?yōu)槠渲蠵,是分配給受總功率限制P,。,。,H力約束的k"'子載波的功率。使用基于高斯近似的自適應(yīng)，其考慮了 M-QAM調(diào)制星座中的 比特可靠性的差異以通過(guò)打孔以及比特和功率分配來(lái)調(diào)整LDPC編 碼速率。盡管不限于使用格雷比特映射，但是根據(jù)本發(fā)明的示例性 實(shí)施例在這里使用格雷比特映射。通過(guò)打孔將LDPC碼率調(diào)整到更高，同時(shí)相反地改變每個(gè)OFDM 符號(hào)上的比特總數(shù)。因此，對(duì)于等量的功率，我們希望保持信息數(shù) 據(jù)速率為常數(shù)以Y更該方法可以與之前的結(jié)果進(jìn)行比4交(即，匹配的 速率和匹配的功率)。通過(guò)增加LDPC的碼率，更少的R"比特映射到用于相同信息 數(shù)據(jù)速率的N個(gè)子載波上，這產(chǎn)生了在接收器處觀(guān)察到更好的平均 比特可靠性。另一方面，如果將碼率調(diào)整得太高以換取較大的w"。，,'， :i，…，&,則系統(tǒng)將由于較高速率的LDPC碼的較低的糾錯(cuò)能力而受到損害。因此，希望確定一種機(jī)制(或多種機(jī)制)和算法，以便 平衡此交換從而得到比使用比特和功率分配的固定碼率系統(tǒng)的性能 更好的性能。如果進(jìn)行近似并且解釋R,。,a/個(gè)比特中的每個(gè)比特以通過(guò)使用 BPSK信令的高斯信道，則包含BPSK BER性能結(jié)果的查找表可以用使用平均單位功率(即^=￡^^|2}=1 ， & = l，2，.."7V ,因此接收的于使用特定LDPC母碼實(shí)現(xiàn)和打孔序列的AWGN噪聲中的特定碼 率。圖4圖形化地示出了概括為96的一個(gè)此類(lèi)查找表(BER對(duì) E/N。)，該查找表在針對(duì)速率為1/2的母碼并且使用打孔秩序列的結(jié)果部分中使用，其由圖5中的繪圖102指示，使用貪心打孔方法 進(jìn)行設(shè)計(jì)。這是有可能的，因?yàn)橛糜贏(yíng)WGN信道中的BPSK的平均 -輸入-LLR和E^/N。之間在GA中的關(guān)系
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通過(guò)在查找表中的點(diǎn)之間進(jìn)行內(nèi)插，BER近似為每個(gè)m"。 i = 1"'"^。13，的函數(shù)，例如
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通過(guò)對(duì)BER""/(^碼率))項(xiàng)進(jìn)行平均，創(chuàng)建的度量提供錯(cuò)誤性能的 某種測(cè)量，我們可以通過(guò)該測(cè)量來(lái)優(yōu)化LDPC碼率以及傳輸器資源 (子載波比特和功率級(jí)別)，
<formula>formula see original document page 24</formula>
類(lèi)似地，在11,。,。/個(gè)比特上的平均 。，''用在單個(gè)查找操作中，作為對(duì)錯(cuò) 誤性能的可替換近似，即
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值得注意，我們也可以使用基于誤碼字率(CER)對(duì)E^/N。的GA查找表來(lái)代替基于BER對(duì)E"N。的GA,例如使用
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構(gòu)造另外的錯(cuò)誤近似并且以與上述使用BER查找表相類(lèi)似的方式將其表示為Z^^'"'"。和'ceR'"'"。。還有另一個(gè)錯(cuò)誤近似是平均噪聲方差的GA。使用比特可靠性測(cè)量2= 1 for z. = 1，...，i totalGA用于推斷所有子載波M-QAM符號(hào)內(nèi)的每個(gè)比特的噪聲方差cr, ~ for z' = l，...，At777f 一 丄"上* 一丄j, '，^、totai通過(guò)進(jìn)行獨(dú)立性假設(shè)，我們的平均噪聲方差是平均以下等式:《=^~~ S a2 - ^~~ 2 (2/m"。，"total W "total /=〗并且計(jì)算有效輸入-平均-LLR是通過(guò)以下GA計(jì)算的 m — ___2Atotol________"。,eff — 2 — 、— -i,然后，"、,"f與查找表("BER對(duì)E/N。"或"CER對(duì)E6/N。")一 起使用，以構(gòu)造在自適應(yīng)LDPC編碼和調(diào)制中使用的以下錯(cuò)誤近似。/B取,'"(附"。,eff，碼率)-BERBER^"叩,cnr、 "。,eff， 一^ ， 乂 j^(4x石馬 率)/c一k。,ef"碼率戸CER夕、(4x碼率)乂圖6示出了概括為108的用于根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例來(lái)自適應(yīng)碼 率、子載波比特和功率的算法。通過(guò)使用初始碼率110即指定的最 小碼率來(lái)開(kāi)始操作。隨后使用從GA查找表中選擇的較高碼率，在 這里通過(guò)重置開(kāi)關(guān)112的開(kāi)關(guān)位置來(lái)指示。隨后的選擇是基于 AWGN信道中的BPSK信令。第一，如方框114指示的，確定在給定當(dāng)前碼率的情況下將符 合指定的數(shù)據(jù)速率(例如，48Mbps等)的每個(gè)OFDM符號(hào)的比特?cái)?shù) 量，R然后，第二，如方框116指示的，使用來(lái)自于在受MinMaxSER (或MinMaxBER)比率約束的優(yōu)化問(wèn)題中的步驟(114)的R論,，該優(yōu)化問(wèn)題確定在給定C SI時(shí)用于所有子載波的比特和功率方案， 即找到在給定I/^VN。， k-l,2…，N的條件下，分別符合總速率和總功率限制R,。,。,二2lA和P,。, ,=2I;的W和P"給定的CSI由線(xiàn)118指示。值得注意，此裝置除了可以與此處提供的方案一起工作之外 還可以與其他自適應(yīng)調(diào)制和功率分配方案一起工作(例如，經(jīng)由調(diào)制閾^i、 MinMaxBER等的自適應(yīng)調(diào)制)，其選3奪由分配標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)120 指示。第三，如方框122指示的，使用b^和PA解決方案連同l/^2/N。， 以及使用由"^"。,''對(duì)￡,/!^。"組成的用于由系統(tǒng)支持的每個(gè)星座的查找表來(lái)確定每個(gè)比特可靠性的測(cè)量，m 。,'' ， f = 1，…，A。吣 第四，如方框124指示的，使用當(dāng)前有效碼率以及附"。，,'，= 1，…，及^，以及使用基于BPSK信令的、根據(jù)選擇的度量由"BER 對(duì)E力/N。"或"CER對(duì)Ea/N。"組成的GA查找表來(lái)求解選擇的錯(cuò)誤'l"生能度量(例^口， "^BER'^)， ^流.' Jc眠 ,,卿 ,'『或,CER''""。.'rr )。第五，如方框126指示的，如果錯(cuò)誤度量小于或等于至此計(jì)算的最小度量，則存儲(chǔ)碼率、子載波比特和功率分配用于返回。對(duì)于 每個(gè)碼率，例如，使用相同的錯(cuò)誤近似度量來(lái)與其他有效碼率進(jìn)行 比較。第六，如方框128指示的，如果還沒(méi)有求解出查找表中的最大 碼率，那么將碼率增加到GA查找表中下一個(gè)較高的碼率并且返回 到第一步。第七，同樣如方框128指示的，如果已經(jīng)求解出查找表中的最 大碼率，那么停止并且返回該碼率、子載波比特和功率解決方案， 該解決方案產(chǎn)生已經(jīng)在搜索期間存儲(chǔ)的最小的錯(cuò)誤度量。使用Zs^，s作為錯(cuò)誤度量，圖7圖形化地示出了碼率的選擇，概 括為136，對(duì)于1/2最小碼率的碼率選擇使用圖4中的其相應(yīng)查找表 以及針對(duì)單個(gè)給定的信道實(shí)現(xiàn)的36Mbps的數(shù)據(jù)速率?？紤]四種資源分配配置第一種是對(duì)于給定碼率的等比特和等功率分配配置。此方法僅 使用遍及子載波的單個(gè)QAM星座，因此對(duì)于固定數(shù)量的子載波具有固定的數(shù)據(jù)速率，并且均勻地將傳輸器功率分配在子載波上。此方 法不需要信道狀態(tài)信息。按照第一種方法，保持每OFDM符號(hào)相同的信息數(shù)據(jù)速率，我 們還考慮根據(jù)該方法設(shè)計(jì)用于每個(gè)信道實(shí)現(xiàn)的等比特和可變功率分 配配置，其最小化了平均子載波SER (MinAvgSER)。此方法僅使 用遍及子載波的單獨(dú)QAM星座并且使用CSI來(lái)改變子載波功率。按照前面兩種方法，再次保持每OFDM符號(hào)相同的固定碼率和 信息數(shù)據(jù)速率，第三種方法通過(guò)上述方法改變受總功率限制和總速 率限制約束的子載波比特和功率分配配置，該方法嘗試最小化最大 子載波SER (MinMaxSER)。類(lèi)似于第二種方法，此方法試圖在傳 輸器處利用CSI。第四種方法保持每OFDM符號(hào)相同的信息數(shù)據(jù)速率，但是它改 變關(guān)于上述算法的碼率、子載波比特和功率分配。使用48Mbps和54Mbps信息數(shù)據(jù)速率的才乘作才莫式，連同在 IEEE802.11a標(biāo)準(zhǔn)中使用的相應(yīng)的巻積碼(CC )和交織器，針對(duì)同 樣大小的分組對(duì)這四種方法進(jìn)行比較。在兩個(gè)仿真中，分組大小對(duì) 應(yīng)于每分組幀的信息比特?cái)?shù)量(每分組203信息字節(jié))。使用固定的LDPC碼率，考慮的前三種配置將每OFDM符號(hào)的 物理比特?cái)?shù)量限制為288 (即，R,。to, = 288用于每子載波6比特的平均值)并且還限制了總功率，使得用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿總€(gè)子載波平均 一個(gè)單位(功率)，例如，P,。,。,-48用于也在這里描述的系統(tǒng)。在兩個(gè)仿真中，這前三種打孔的LDPC碼方法分別4吏用對(duì)應(yīng)于48Mbps 和54Mbps數(shù)據(jù)速率的2/3和3/4的兩個(gè)碼率。使用可變LDPC碼率，第四種方法將每OFDM符號(hào)的比特?cái)?shù)量 限制為不大于288 (即，R,。,。，《288 )并且還限制了總功率，使得用 于數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿總€(gè)子載波平均一個(gè)單位(功率)(即，P,,=48)。 對(duì)于48Mbps模式，對(duì)速率為1/2的LDPC碼打孔直到最小為2/3比 率的碼，并且對(duì)于54Mbps模式，對(duì)速率為1/2的LDPC碼打孔直到 最小為3/4比率的碼。在這兩個(gè)仿真中，有效碼率、子載波比特和功率解決方案遵循使用/5玩."'"。表達(dá)式作為錯(cuò)誤度量的標(biāo)題為"用于 自適應(yīng)碼率、子載波比特和功率的算法"的子部分。圖8和圖9示出了分別用于48Mbps和54Mbps模式的巻積碼與 所述四種方法的誤包率(PER)性能比較。而且，在圖8中概括為 142和圖9中扭克括為146的曲線(xiàn)是如上描述的匹配的比率和功率。對(duì) 于等比特分配方法，每個(gè)子載波調(diào)制使用64-QAM(即，每子載波6 比特)。對(duì)于可變比特分配方法，任何給定子載波上的調(diào)制的范圍 可以從無(wú)調(diào)制(即，在譜零(spectral nulls )中沒(méi)有比特) 一直到最 大12比特， 一般不太可能出現(xiàn)，但是盡管如此，對(duì)于前三種方法， 比特的總數(shù)量仍舊是每OFDM符號(hào)288個(gè)。至于第四種方法，比特的總數(shù)量因此根據(jù)用于碼率調(diào)整的調(diào)整而改變，同時(shí)保持與固定碼 率情形匹配的恒定的信息數(shù)據(jù)速率。對(duì)于48Mbps模式，其中將LDPC碼從速率為1/2的碼打孔到速 率為2/3的碼，該LDPC碼在PER = 0.01時(shí)通過(guò)^f吏用無(wú)自適應(yīng)優(yōu)于 現(xiàn)有的巻積碼和交織器至少ldB,通過(guò)使用全自適應(yīng)(即，比特、 功率和碼率)優(yōu)于現(xiàn)有的巻積碼和交織器高達(dá)2.6dB。更重要地，通 過(guò)使LDPC碼率自適應(yīng)，我們能夠在SNR性能方面相對(duì)固定碼率改 善大概ldB。'對(duì)于54Mbps模式，其中將LDPC碼從速率為1/2的碼打孔到速 率為3/4的碼，該LDPC碼相對(duì)于現(xiàn)有巻積碼和交織器保持優(yōu)良的性 能，在PER = 0.01時(shí)使用全自適應(yīng)(即比特、功率和碼率)其改善 達(dá)到3.5dB。而且對(duì)于LDPC碼，自適應(yīng)碼率方法在SNR性能方面 勝過(guò)固定碼率大概ldB。從圖8和圖9看來(lái)，使用可變比特和可變功率相對(duì)于等比特方 法獲得很大改善。與所有編碼系統(tǒng)使用軟判決解碼一樣，比特分配 和可變功率分配在較高碼率時(shí)變得更加重要，因?yàn)樵诩m錯(cuò)碼內(nèi)只有較少的自由度來(lái)>>服頻譜中的零導(dǎo)致的負(fù)面性能。通過(guò)自適應(yīng)性比 特和功率分配，在這些譜的零中不放置任何比特并且不浪費(fèi)任何功率，從而減少這些零的負(fù)面影響。我們認(rèn)為使用類(lèi)注水方法獲得顯 著增益的其他原因是因?yàn)樵诒忍亓骺磥?lái)，信道表現(xiàn)出更類(lèi)似于設(shè)計(jì) LDPC碼及其打孔序列所針對(duì)的AWGN信道(即，在有效信道中每個(gè)比特平均經(jīng)歷更少的改變)。前面描述了用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并且本發(fā)明的范圍 不必由此描述限制。本發(fā)明的范圍由以下權(quán)利要求書(shū)定義。
權(quán)利要求
1.一種用于能夠按照多信道通信方案進(jìn)行操作的發(fā)送站的裝置，以便在第一通信信道和至少第二通信信道上發(fā)送數(shù)據(jù)比特的表示，所述裝置包括編碼器，適合于接收所述數(shù)據(jù)比特，所述編碼器用于以選擇的碼率將所述數(shù)據(jù)比特編碼為編碼形式；選擇器，適合于獲取涉及所述第一信道和所述至少第二信道中的至少一個(gè)的信道狀態(tài)信息的指示，所述選擇器用于選擇針對(duì)所述第一信道和所述至少第二信道中的每個(gè)的通信分配，在所述第一信道和所述至少第二信道上傳送數(shù)據(jù)表示的選擇部分，其中所述選擇器做出關(guān)于選擇的碼率以及選擇的功率級(jí)別和選擇的調(diào)制級(jí)別的選擇，所述編碼器以所選擇的碼率對(duì)數(shù)據(jù)比特進(jìn)行編碼。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述編碼器包括二進(jìn)制編 碼器，并且其中所述編碼器根據(jù)選擇的編碼方案將數(shù)據(jù)比特編碼成 為的編碼形式包括數(shù)據(jù)比特的二進(jìn)制編碼形式。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中形成所述編碼器的所述二 進(jìn)制編碼器包括具有打孔序列的迭代編碼器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述編碼器包括表現(xiàn)出自 適應(yīng)可選擇編碼速率的低密度奇偶校驗(yàn)LDPC編碼器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述多信道通信方案包括 正交頻分復(fù)用方案，并且其中所述選擇器選擇的通信分配包括針對(duì) 正交頻分復(fù)用方案中定義的第一和至少第二子載波中的每個(gè)的通信 分配。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述多信道通信方案包括 多載波碼分多址CDMA方案，并且其中所述選擇器選擇的通信分配 包括針對(duì)多載波碼分多址C D M A方案中定義的第 一 和至少第二載波 中的每個(gè)的通信分配。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述發(fā)送站進(jìn)一步包括調(diào)制器，所述調(diào)制器用于分別調(diào)制在所述第 一 通信信道和所述至少第 二通信信道上發(fā)送的數(shù)據(jù)比特的表示，并且其中所述選擇器進(jìn)一步 選擇所述選擇的調(diào)制級(jí)別，以所述選擇的調(diào)制級(jí)別分別調(diào)制在所述 第 一 和所述至少第二通信信道上的所述數(shù)據(jù)比特的所述表示。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述選擇器選擇所述通信 分配所根據(jù)的選擇的優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)使得在所述第一和所述至少第二通信 信道上的整體數(shù)據(jù)吞吐率最優(yōu)化。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述選擇器選擇所述通信 分配所根據(jù)的選擇的優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)還使得在所述第一和所述至少第二通信信道上的整體數(shù)據(jù)吞吐率至少在選擇的性能級(jí)別上最優(yōu)化。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述選擇器選擇通信分配 所根據(jù)的選擇的優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)還使得在總功率級(jí)別不低于最大功率級(jí)另'J 時(shí)的整體數(shù)據(jù)吞吐率最優(yōu)化。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述選擇器選擇通信分配 所根據(jù)的選擇的優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)使得在最佳功率級(jí)別時(shí)的整體數(shù)據(jù)吞吐率 最優(yōu)化。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述選擇器選擇通信分 配所根據(jù)的選擇的優(yōu)化方案還使得在吞吐率級(jí)別低于最大吞吐率級(jí) 別時(shí)的整體數(shù)據(jù)吞吐率最優(yōu)化。
13. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述選擇器選擇通信分配 所根據(jù)的選擇的優(yōu)化方案使得優(yōu)化整體數(shù)據(jù)吞吐率以至少達(dá)到最大 誤符號(hào)率級(jí)別之下的誤符號(hào)率。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述選擇器選擇通信分 配所根據(jù)的所述選擇的優(yōu)化方案還使得在整體功率級(jí)別低于最大功 率級(jí)別時(shí)的整體數(shù)據(jù)吞吐率最優(yōu)化。
15. —種幫助能夠按照多信道通信方案進(jìn)行操作的發(fā)送站進(jìn)行發(fā) 送的方法，以便在第 一通信信道和至少第二通信信道上發(fā)送數(shù)據(jù)比 特的表示，所述方法包括以下操作檢測(cè)與所述第一和至少第二通信信道中的至少一個(gè)相關(guān)聯(lián)的信道狀態(tài)信息；響應(yīng)于在所述檢測(cè)操作期間檢測(cè)到的信道狀態(tài)信息，根據(jù)選擇的 優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)選擇編碼方案，按照所選擇的編碼方案將所述數(shù)據(jù)比特編 石馬為編碼形式；以及響應(yīng)于在所述檢測(cè)操作期間檢測(cè)到的信道狀態(tài)信息，根據(jù)所述選 擇的優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)選擇針對(duì)所述第一和至少第二通信信道中的每個(gè)的通 信分配， 一旦已經(jīng)編碼為所述編碼形式，就在所述第一和至少第二 通信信道上傳送所述數(shù)據(jù)的所述表示的選擇部分。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述選擇的編碼方案包 括表現(xiàn)出可選擇編碼速率的低密度奇偶校驗(yàn)L D P C編碼方案，并且 其中選擇所述選擇的編碼方案的所述操作包括選擇編碼速率。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中選擇所述選擇的編碼方 案和選擇所述通信分配的所述操作按照所述選擇的優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)一起執(zhí) 行。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中在選擇所述編碼方案的 所述操作期間選擇的所選編碼方案包括二進(jìn)制編碼方案。
19. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述選擇的優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)包 括優(yōu)化參數(shù)以及約束參數(shù)。
20. —種用于能夠按照頻率復(fù)用通信方案進(jìn)行操作的接收站的裝 置，以便接收在第一通信信道和至少第二通信信道上發(fā)送的已編碼 數(shù)據(jù)比特的表示，所述裝置包括確定器，適合于接收在所述第一和至少第二信道上發(fā)送的已編碼 數(shù)據(jù)比特的指示，所述指示一旦傳遞到所述接收站，所述確定器用 于確定與所述第一和至少第二信道中的至少一個(gè)相關(guān)聯(lián)的信道狀態(tài) 信息；以及配置指示生成器，適合于接收由所述確定器確定的所述信道狀態(tài) 信息，所述配置指示生成器用于生成信道配置指示，所述信道配置 指示由所述接收站使用以對(duì)所述已編碼數(shù)據(jù)比特進(jìn)行操作。
21. —種選擇碼率的裝置，以所選擇的碼率在通信站處對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn) 行編碼，所述裝置包括確定器，適合于接收初始碼率，所述確定器確定在使用所述初始碼率將待傳送的數(shù)據(jù)調(diào)制為符號(hào)時(shí)所述符號(hào)所需要的符號(hào)大?。恍阅苡?jì)算器，適合于接收響應(yīng)于所述確定器做出的確定的數(shù)值， 所述性能計(jì)算器計(jì)算與以所述初始碼率傳送的數(shù)據(jù)通信相關(guān)的性能指示，并且響應(yīng)于所述性能指示，確定碼率增加是否改善通信性能； 以及選擇碼率的選擇器，用于響應(yīng)于所述性能計(jì)算器做出的計(jì)算，選 擇所述選擇的碼率。
全文摘要
用于在諸如OFDM系統(tǒng)之類(lèi)的多信道通信系統(tǒng)中為通信分配通信數(shù)據(jù)的裝置和相關(guān)方法。用于使用LDPC碼的發(fā)送站的自適應(yīng)比特、功率和編碼速率方案，以使選擇的性能標(biāo)準(zhǔn)最優(yōu)的方式來(lái)共同選擇將要在不同的信道上傳送的數(shù)據(jù)的比特、功率和編碼速率。
文檔編號(hào)H04L12/28GK101238694SQ200680028881
公開(kāi)日2008年8月6日 申請(qǐng)日期2006年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月30日
發(fā)明者J·特里, V·斯托爾普曼 申請(qǐng)人:諾基亞公司