用於無線通信系統的聯合前饋和反饋設計的製作方法

2023-06-01 13:52:01 2

專利名稱：用於無線通信系統的聯合前饋和反饋設計的製作方法
技術領域：
本發明主要地涉及無線通信，並且更具體地涉及使用信息來調整 在發射器與接收器之間的通信中使用的一個或者多個參數的無線通信 系統。
背景技術：
眾所周知，需要智能自適應技術來克服無線信道的多徑衰落效應。 例如，已經考慮功率和速率自適應技術來提高吞吐量或者減少錯誤率。
已經研究在發射器和接收器具有理想信道狀態信息(CSI)的情況下衰 落信道的容量和中斷(outage)性能，並且已知在發射器具有關於信道 的信息可改進系統性能。在許多實際無線系統中，已經將信道信息從 接收器反饋到發射器，用於發射功率控制並且因而減少錯誤率。例如 用於無線通信的IS95第三代(3G)碼分多址(CDMA)系統通常將信 道狀態信息從接收器傳達到發射器。通常使用接收器處的估計信道狀 態信息(例如規一化信道增益)的標量量化來提供這一反饋。基於標 量量化，發射器能夠自適應發射參數如發射功率。
一般而言，在實際系統中，從接收器到發射器的反饋比特數是受 限制的。信道狀態信息的估計(例如測量)被量化成多個比特。當前 系統將有限(通常在1-4比特之間)數量的反饋信息用於發射器處的 自適應發射。例如，在蜂窩系統中存在的閉環功率控制就利用了這樣 ;的反饋。接收器處的測量的規一化信道增益的量化獨立於業務特徵和 延遲要求，而沒有自適應於不同場合。因此，認為用於典型無線通信 系統的設計獨立於業務延遲或者服務質量(QoS)要求。
儘管用於無線通信系統的這種反饋信息是有益的，但是還能夠實 現額外改進。

發明內容
本發明提供了對用於無線通信系統的聯合前饋和反饋設計有用的 技術。
在本發明的 一 個示例方面中，公開了 一種方法包括確定發射器中 緩存器的條件以及使用該條件來確定與該條件相對應的信息。該方法 還包括將該信息傳達到接收器。
在另一示例實施例中，公開了一種發射器包括存儲分組的緩存 器、確定緩存器的條件的電路、從接收器接收信息的接收部分以及使 用該條件和信息來確定至少 一個發射參數的電路。執行對條件和至少 一個發射參數的確定以便針對在從發射器到接收器的信道上的分組業 務實現所需延遲約束。
在另 一示例實施例中， 一種發射器包括用於存儲分組的裝置和用 於確定用於存儲分組的裝置的條件的裝置。該發射器還包括用於響應 於該條件來確定與該條件相對應的信息的裝置以及包括用於將該信息 傳達到接收器的裝置。
在另一實施例中，公開了一種有形地實施機器可讀指令的程序的 信號承載介質，這些指令可由處理裝置執行用以執行操作。這些操作 包括確定發射器中緩存器的條件以及使用該條件來確定與該條件相對 應的信息。這些操作還包括將該信息傳達到接收器。
在又一 實施例中，公開了 一種方法包括用於確定發射器中緩存器 的條件的步驟以及用於使用該條件來確定與該條件相對應的信息的步 驟。該方法還包括用於將該信息傳達到接收器的步驟。
在本發明的另一方面中， 一種方法包括接收與發射器中緩存器的 條件相對應的第 一 信息以及確定針對從發射器到接收器的信道的信道 狀態信息。使用第一信息和確定的信道狀態信息來確定第二信息。該 方法還包括將第二信息傳達到發射器。
在另一實施例中，公開了一種接收器包括接收部分、信道估計器 和電路。該接收部分從發射器接收第一信息，該第一信息對應於發射 器的緩存器的條件。該信道估計器確定針對從發射器到接收器的信道
的信道狀態信息。該電路使用第 一信息和信道狀態信息來確定第二信 息。執行對第二信息的確定使得實現針對信道上分組業務的所需延遲 約束。
在另 一 示例實施例中， 一 種接收器包括用於接收與發射器中緩存 器的條件相對應的第一信息的裝置。該接收器還包括用於確定針對從 發射器到接收器的信道的信道狀態信息的裝置。該接收器還包括用於 響應於第一信息和確定的信道狀態信息來確定第二信息的裝置。該接 收器還包括用於將第二信息傳達到發射器的裝置。
在 一 個示例實施例中，公開了另 一 方法包括用於接收與發射器中 緩存器的條件相對應的第 一信息的步驟以及用於確定針對從發射器到 接收器的信道的信道狀態信息的步驟。該方法還包括用於通過使用第 一信息和確定的信道狀態信息來確定第二信息的步驟。該方法還包括 用於將第二信息傳達到發射器的步驟。
在另 一 示例實施例中，公開了有形地實施機器可讀指令的程序的 另一信號承載介質，這些指令可由處理裝置執行用以執行操作。這些 搡作包括接收與發射器中緩存器的條件相對應的第 一信息以及確定針 對從發射器到接收器的信道的信道狀態信息。這些操作還包括通過使 用第 一 信息和確定的信道狀態信息來確定第二信息。這些操作還包括 將第二信息傳達到發射器。
在本發明的另一方面中，公開了一種方法包括收集針對在發射 器與接收器之間的信道的信道狀態信息統計和發射速率統計。使用信 道狀態信息統計和發射速率統計來執行以下操作確定用來基於發射 器的緩存器的條件來計算第一信息的第一函數；確定用來基於信道狀
態信息和第 一 信息來計算第二信息的第二函數；以及確定用來基於第
二信息和緩存器的條件來計算發射功率和發射速率的第三函數。


本發明實施例的前述和其它方面在結合附圖來閱讀時的如下示例
實施方式的詳細描述中變得更清楚，在附圖中 圖1是根據本發明示例實施例的示例無線通信系統的框圖； 圖2A、 2B、 2C、 2D、 2E和2F是代表所考慮的閾值函數的具體 形式的曲線圖3是就兩個分組的緩存器大小以及各種數量的反饋(FB)和前 饋(FF)信息而言的總損失概率的曲線圖4是就三個分組的緩存器大小和兩個比特的FB信息而言的總損 失概率的曲線圖5是就三個分組的緩存器大小和三個比特的FB信息而言的總損 失概率的曲線圖6A是根據本發明示例實施例允許多速率發射的發射器的發射 部分的一部分的框圖6B、 6C和6D是圖6A中所示發射部分中使用的不同速率的例
子；
圖7A是針對每時隙的分組數目就圖6A中所示多速率方案而言的 分組錯誤率的曲線圖7B是使用圖7A來確定的就每時隙的分組數目(u)而言的發 射功率的曲線圖8是針對圖6A中所示多速率方案，分組錯誤率相對於延遲的曲 線圖9是就三個分組的延遲而言針對圖6A中所示多速率方案，分組 錯誤率相對於信噪比(SNR)的曲線圖10是就兩個分組的延遲而言針對圖6A中所示多速率方案，分 組錯誤率相對於信噪比(SNR)的曲線圖；以及
圖11是用於無線通信系統的聯合前饋和反饋的方法的流程圖。
具體實施例方式
如前所述，在某些無線通信系統中將關於信道狀態信息(例如規 一化信道增益)的反饋信息從接收器發送到發射器。接收器通過使用 量化器通常將信道狀態信息量化成1-4個比特並且將這些比特作為反
饋信息發送到發射器。發射器然後使用該反饋信息來調整發射參數如 發射功率。
這些方案有兩個主要缺點。首先，沒有基於業務的延遲要求來優 化量化器係數。量化器係數用來確定將多少比特用於反饋信息。其次， 沒有基於接收器對發射緩存器條件的了解來進行量化器係數的自適應。
對照而言，本發明的某些示例實施例能夠糾正這些問題。本發明 的 一 個示例實施例添加了傳送關於緩存器條件的信息的從發射器到接 收器的新邏輯前饋信道。本發明的另 一示例實施例提出 一種設計反饋
(FB)和前々齎(FF)通信系統的統一方式。在這一示例實施例中，本 發明將服務質量(QoS)提供(例如以滿足延遲保障的形式)結合到發 射速率和發射功率自適應的設計中。
示例的建議自適應技術適用於包括蜂窩、網狀網絡和廣域網 (WLAN)的許多不同無線應用中。然而，建議的自適應技術主要地 用於如下系統中，這些系統有可能將有限速率的信道反饋信息從接收 器發送到發射器。另外，如果由於信道的快速衰落性質而不存在從接 收器到發射器的反饋可能，則本發明的技術可能無用武之地。示例的 建議自適應技術適用於許多不同類型的業務，包括恆定比特速率業務 和可變比特速率(VBR)業務。後一類型的業務例如包括視頻業務如 運動圖片專家組(MPEG)和網際網路業務跟蹤。
某些建議技術能夠用來改進上行鏈路和下行鏈路的性能。描述了 本發明的一個示例實施例用於簡單點到點無線通信系統，雖然這裡呈 現的技術可以用於其它系統如多輸入多輸出(MIMO)系統。在圖1 中示出了示例建議無線通信系統100的示意圖。無線通信系統100包 括通過信道140來通信的發射器110和接收器150。這裡信道140將被 認為是衰落信道。應當注意，如果需要則能夠將發射器IIO和接收器 150合併到收發器中。
發射器110包括用來保持通常以脈沖串方式到達的分組135的緩 存器120。緩存器120如下具體所述具有選定的大小為丄個分組135。
為求簡明，將假設分組135的最大所需延遲將是緩存器120的大小丄。 緩存器120的大小L是所要實現的所需延遲約束。應當注意，實際的 緩存器大小可以不同於該所需延遲約束。然而，這裡假設如果緩存器 120已經具有L個分組135,則第丄+1個分組135將被丟棄。當丟棄分 組135時，在一個示例實施例中採用以下兩種措施之一通過更高層 協議(例如傳輸控制協議或者TCP、實時傳送控制協議)來重發所丟 棄的分組135或者如果數據是實時視頻/音頻則丟失的分組無關緊要。 如下所述，總的丟失分組取決於中斷率。假設滿足所需延遲約束直至 某些損失。所需延遲約束有時稱為統計服務質量(QoS)約束，例如設 計一個方案使得最多百分之五的分組違反為三的延遲界限(例如丄)。 緩存器120耦合到前饋(FF)過程145,該過程如下具體所述使 用表示為e(.)的函數。簡言之。FF過程145確定緩存器120的條件(例 如並且將對應於該條件的信息(例如& )作為FF信息193傳達到 接收器150。
發射器IIO還包括調度器125和發射部分130。在一個示例實施例 中，調度器125使用發射速率170，該發射速率確定在一個時隙期間發 射多少分組135。發射部分130包括在信道140上發射信息的期間並且 在一個時隙期間使用的發射功率180。調度器125和發射部分130各耦 合到反饋(FB)過程175。 FB過程175從發射器IIO的接收部分174 接收反饋信息194。通常，如下具體所述，將使用一個函數來確定發射 速率170和發射功率180,但是也有可能使用多個函數。在圖1的例子 中，該函數是/C)，而發射速率170和發射功率180取決於反饋(FB) 過程175。雖然未示出，但是發射部分130也將包含本領域技術人員已 知的附加項，比如調製器、信道編碼器、糾錯設備等。
接收器150包括接收部分155、信道估計器160、信道量化器165 和發射部分166。信道量化器165使用函數g(')來確定FB信息192。 這在下文中有具體描述。如下另外討論的，定義函數/(')和 是為了針對在發射器IIO與接收器150之間的分組業務實現所需延遲 約束(例如緩存器120的大小丄)。發射器110和接收器150的部分
或者全部可以實施為包括硬體(比如集成電路和/或可編程門陣列)、 軟體(比如加載到數位訊號處理器或者其它處理器中的過程)或者其 一些組合的電路。
在一個示例實施例中，發射器110適於確定(例如使用FF過程 145)緩存器120中分組135的數量&、使用前饋比特數iV/來量化(例 如使用FF過程145)這一數量以及將緩存器120中分組135的這一量 化數量^傳達到接收器150。
緩存器120中分組135的數量^是用來確定由發射器110向接收 器150傳達的前饋(FF)信息193的緩存器條件的一個例子。緩存器 條件的另一例子是緩存器120中餘留的空間數量。例如，假設在大小 為丄的緩存器中有一個分組。於是(丄-l)或者一可以是該緩存器的條件。 作為另一例子，該條件可以是緩存器120的狀態，比如如果緩存器 120通常在緩存器120中具有一個分組135則為"正常"，如果在緩存器 120中多於一個分組135則為"不正常"，或者如果緩存器120已滿(例 如在緩存器120中有丄個分組)則為"已滿"。就後者而言可能的是， 對於"正常"緩存器狀態沒有使用FF信息193，但對於"不正常"和"已滿" 緩存器狀態則使用FF信息193。作為附加例子，該條件能夠指示在時 間窗中到達的分組135的數目、指示緩存器中分組的最大等待時間或 者指示緩存器中分組135的最早延遲到期定時器。為求簡明，將在下 文給出的例子中使用緩衝器120中分組135的數量&。量化數量&是 與緩存器120的條件相對應的信息的例子。
對緩存器120的條件《,和對與該條件相對應的信息(例如^的量 化)的確定在圖1中表示為按照FF過程145來執行。FF過程145可 以由包括硬體、軟體或其組合的電路實現。FF過程145可以由緩存器 120 (例如由緩存器120實現的過程)、調度器125、發射部分130執 行或者通過適合於這些操作的任何其它技術/設備來執行。例如，發射 器110可以至少部分地由數位訊號處理器(DSP)實現，而緩存器120 可以實現為先進先出設備(FIFO) 。 FIFO能夠在FIFO接收分組135 時引起DSP中斷使能。DSP然後能夠執行與該中斷相對應的中斷過程 (例如FF過程145),而該中斷過程能夠確定緩存器120中分組135 的當前數目並且量化這一數目。
在圖1的例子中，FB過程175可以例如是如下具體所述在DSP 中確定發射速率170的另一過程。FB過程175可以實現為包括硬體、 軟體或者其組合的電路並且可以實現為獨立過程或者在調度器125、發 射部分130或者發射器IIO的任何其它部分中具有FB過程175的部分 或者全部。如下具體所述，FB過程175使用發射速率170和對信道狀 態信息的估計(例如》)的量化值(例如A)來確定發射功率180。在 時隙期間，發射部分130以發射功率180發射如數目由發射速率170 所確定的多個分組135。產生信號；c,並且該信號通過信道140行進。
接收器150通過信道140接收信號為。接收部分155使用所接收 的信號力以及其它技術如本領域已知的解調和糾錯來產生輸出分組
190。信道估計器160產生根據^—"^來確定的對規一化信道增益的估 計y,,其中/^是覆信道增益而"是標準偏差。規一化信道增益的估計 是信道狀態信息的 一個例子並且也將用作這裡的信道狀態信息。然而 有可能使用其它信道狀態信息，比如對於實現恆定幅度星座
(constellation)的情況而言，於是可能想要反饋相位》或者相位差。 此外，規一化信道增益也可以稱為信道衰減，而這裡也能夠使用用於 確定信道衰減的技術。信道量化器165使用函數g(')並且基於緩存器 120中分組135的量化數量^和規一化信道增益的估計》來確定具有比 特個數M的信道狀態信息的量化值& 。
應當注意，規一化信道增益的估計的量化值A通常通過反饋信道 192從發射部分166傳達到接收部分174並且可以通過允許在接收器 150與發射器之間通信的任何機制來傳達。接收部分174然後將量化值 六傳達到FB過程175。
緩存器120中分組135的量化數量&通常通過前饋信道191來傳 達並且可以通過允許在發射器110與接收器150之間通信的任何機制 來傳達。通常，分組135的量化數量麼被傳達到發射部分130 (例如通 過與緩存器120相關聯的過程)，而發射部分130使用前饋信道191 將分組135的量化數量《'傳達到接收器150的接收部分155。接收部分 155然後將分組135的量化數量々'轉發到信道均衡器165。圖1示出了 在FF過程145與信道均4軒器165之間出現的前饋信道191以1更輔助描 述和理解本發明的實施例。
應當注意，信道140通常是用於從發射器IIO到接收器150的"實 際"數據傳送(例如分組業務)的慢衰落信道。假設以無錯方式在"旁，， 信道上發送反饋(FB )信息194 (例如六)和前饋(FF )信息193 (例 如麼)。"旁"信道中的小錯誤的影響將不會劇烈地影響建議系統的性 能。FB信息194和FF信息193通常是少數比特，而在信道140上的 實際數據速率可能以千比特(Kb)或者兆比特(Mb)計或者甚至更高。
多數系統具有在各數據幀中將少數比特的FB信息194從接收器發 送到發射器的能力，其中在單個時隙期間傳達各幀。應當注意，各"幀" 將包含數目視調度器125而定的多個分組。在圖1中，無線通信系統 IOO通常在各幀中將FF信息193從發射器IIO發射到接收器150。考 慮簡單的單徑瑞利衰落信道140。在接收器150處將信道增益隨著接收 的FF信息193 —起測量和處理(例如作為^見一化信道增益的估計》) 並且生成FB信息194。為求簡明，假設FB信息194為估計的規一化 信道增益的標量量化版本。如下文具體所述，基於FF信息193、估計 的信道狀態》和所用優化架構來確定信道量化器165所用閾值。在發 射器110， FB信息194與緩存器條件(例如&)相結合地用來優化發 射速率170和發射功率180。接著描述用來確定FF信息193和FB信 息194以及有關功率和速率控制機制的優化架構。
考慮單用戶時隙的系統(例如無線通信系統100 ),在該系統中恰 好一個固定大小為i 的分組在每個時隙的開頭到達大小為L的分組 135緩存器。這一建議方案適用於直接方式下的可變速率業務到達。對 於VBR業務而言需要的主要差異將是&和n的計算。在時間Z時緩 存器120中分組135的數目如下所述表示為&。使用如下慣例，即如 果在分組135到達的同一時隙中發射該分組135則延遲等於一。假設 先到來先服務策略，因此假設緩存器大小丄等於絕對延遲界限"。
假設如下塊衰落信道模型，在該模型中覆信道增益/Z,對於也是一
個時隙長度的rc個連續符號是恆定的。假設覆信道增益/Z,獨立於一個
一個時隙來變化。發射信號X,依賴於在時間/發射的分組數目以及所 用編碼和調製方案。接收的覆信號為給定為力—'^+"其中^是附加噪 聲。發射信號X,、接收信號》和附加噪聲^是維復向量。假設&
的實部和虛部為獨立的各具有方差1/2的零均值高斯。另外，假設加
性噪聲A為零均值和協方差^&的循環對稱高斯，其中I『c是大小為
rc的單位矩陣。
已經表明在x,與為之間的條件互信息是實際代碼性能的良好指示
符；此互信息給定如下
其中》是在接收器處對信道狀態的估計(如上所述)而屍,是發射 功率180。在以下例子中，將認為信道狀態的估計》為規一化信道增益， 但也可以使用信道狀態的其它估計。
分組135到達發射器110在接收器150解碼不成功的總概率n依 賴於由緩存器120的溢出以及實際編碼方案的幀錯誤率所造成的分組 損失的概率。作為幀錯誤率指示符的中斷概率可以考慮為如下。中斷 概率限定如下n。=Pr{/0,，x//7,)<i }。通過使用這一在理論上限定的
中斷概率，可以抽象化出所使用的實際編碼方案。總損失概率給定如
下n二緩存器溢出的概率+信道中的中斷概率。對於每時隙恆定到達
一個分組，緩存器溢出概率給定為4(1-^^1)。對於所示理論計算，信 道140中的中斷概率等於零。在實際方案中，中斷概率將依賴於所選 幀錯誤率。
現在考慮一類發射方案，在這些方案中基於發射器處的信道了解 以及緩存器狀態來自適應比如發射速率170和發射功率180這兩個發 射參數。對於緩存器大小乙各種可能發射速率是O、 /.....丄個分組
/時隙。FB和FF的比特數被選擇為滿足+ 。如下具體所
述， 一旦確定發射速率170，發射功率180就被選4奪為避免信道140
中的中斷。在接收器150使用信道狀態的估計》和FF信息193將信道 狀態的估計》量化為有限個數的比特作為量化值A。例如，信道狀態 的估計可以是規一化信道增益。基於在接收器可用的緩存器信息^來 選擇信道量化器165所用量化閾值。在發射器110和接收器150的動 作能夠表示為如下
^ 二g(^，&)，和 S, =efe)。
函數/(*)、 g(.)和e(.)的設計是決定系統性能的重要因素，而這裡 說明了 一個示例情況，在該情況下這些函數被選擇為最小化分組損失 概率以及針對在發射器110與接收器150之間的分組135業務實現所 需延遲約束(例如緩存器120的大小丄)。應當注意，發射速率170 是fe，？,)的函數，而發射功率180P,是所選發射速率170和fe""的函數。 函數/fe，A)用來選擇發射速率170和發射功率180，於是能夠分解成
多個子函數，例如P產(？,， 速率)和速率=乂^'^。 感興趣的優化問題能夠表述如下
S3n其中給定4屍^屍o，
其中五[《]是A的期望值而A是發射器的最大功率。起初，無線通
信系統IOO集中為具有少量比特的FF信息193(例如iV廣l或者2比特)。 因此，在一個示例實施例中僅假設函數e(')為簡單的閾值函數。所考慮 的這類函數/、 g涉及到選擇閾值化i,1《Z《7c《L,使得在時隙t期間， 如果《產^並且化i《Yt〈Yk,i+i，即如果緩存器120具有k個分組135並且
規一化信道增益落在某些閾值之間，則發射/個分組。如果規一化信 道增益Yt〈Yw，則在緩存器狀態A不發射分組。為求記法簡明，令 ^o-0,丫k,k+i-oc V/c。對於閾^直也施加自然約束，也就是對於Km而言 Yk,i《Yk>m,即當規一化信道增益丫t較高時發射專交多分組135。
在圖2A-2F中圖示了用於/(.)、 g(')和e(')的閾值化方案。闞值化 方案將一個或者多個輸入量化成預定數目的比特組合之一。閾值也是
接收器處標量量化器(例如信道量化器165) Yt的有界區。視Nb和Nf
的值而定，選擇其它閾值卩i，^…，PK,其中K = 2 +Wfc-(l + ，)。這些
閾值如下所述輔助功率控制。圖2D圖示了適用於確定發射功率180 的閾值方案。
圖2E示出了適用於g。)的閾值化的例子。在圖2E的例子中，如 果規一化信道增益y小於"w而麼為2，則？ = 000。圖2F示出了適用於 e(，)的閾值化的例子。
考慮如下發射方案(例如取決於/),在這些方案中在信道140中
不發生中斷，而僅歸因於由緩存器溢出所造成的分組丟棄。因此n。-o
並且EHT[6。通過選擇足夠的發射功率180以保證瞬間互信息大於A從
而能夠保證信道140中的零中斷。在形式上為"'=- ,其中 Yw《yt <yk,)+i,而(3為落在丫w與Yt之間的最大閾值並且鄉會定為
/ = arg max x
由於假設在每個時隙期間恰好一個分組135到達，所以僅在緩存 器狀態^^下發生緩存器溢出。隊列狀態^形成了具有丄+/個狀態的 穩態馬爾可夫鏈。限定為巧產P" ^+。'1的在不同隊列狀態之間的過 渡概率^能夠計算如下
l一e-了'.'
l — e-&, = _/ =丄 0 e/犯
表示為A的處於緩存器狀態《H的穩態概率(也稱為馬爾可夫鏈
的不變分布)然後計算如下 Cs-s。
其中S-[SoS/S2…S^]'而c是(丄+"^:(X+〃矩陣，其第z'行、第y'列為
&.。因此，視閾值Yv而定的分組損失概率給定如下
巧''
n=n6 = &》,=& (1 -)
然後使用數值技術來解決優化問題；例如使用MATLAB中的標準 內置最小化函數。針對緩存器大小、FB和FF速率的各種組合在圖3-5 中給出優化結果。例如，圖3中的"FB二2"意味著FB速率為在每時隙 兩比特FB信息194，而"FFy意味著FF速率為每時隙一比特FF^[言息 193。應當重申，有限緩存器大小造成平均分組延遲的界限。另外，如 果考慮先到來先服務策略，則有限緩存器大小也對絕對分組延遲施加 上界。
從圖3-5中清楚可見，添加甚至一比特FF信息193也能夠極大地 減少中斷概率(在一些情況下約為一 dB)，因此在具有有限數量FB 信息194和FF信息193的實際系統中實現它們仍然能夠帶來性能的實
質性改進。圖2A至圖6中的參數選擇滿足條件^+"^^一z 。在實 際場合下，如果沒有足夠的FF或者FB比特可用，則仍然能夠使用所 建議的技術，但這是通過將緩存器的佔用率限制為少於整個容量以使 得有效緩存器大小滿足上面給出的關係式來實現的。
上文已經參照圖1-5描述了示例無線通信系統100。圖6A-10描述 了圖6A所示另一示例實施例。
現在參照圖6A,示出了發射器(例如發射器110)的發射部分600 (例如發射部分130)的一部分600。發射部分600允許多速率發射。 該部分600包括信道編碼模塊620,該模塊接受輸入比特並且產生編碼 比特625。可變速率調製模塊630通過使用圖6B(兩比特)、圖6C (四 比特)或者圖6D (六比特)中所示調製方案之一來產生輸出比特640。 對於^f吏用該部分600的無線通信系統(例如無線通信系統100 )々殳i免如 下(1 )分組大小為25比特；(2 )信道代碼為速率V2巻積碼；(3) 約束長度為3而以八進位數字為單位的生成器多項式是[5 7]; (4)有 瑞利衰落信道；(5)在接收器有理想CSI; (6) —個時隙=50個信道 符號；(7)分組到達速率恆定；以及(8)有三個不同發射速率。
現在參照圖7A,示出了就每時隙分組數目而言針對圖6A中所示
多速率方案的分組錯誤率的曲線圖。圖7B示出了使用圖7A來確定的 就每時隙分組數目(u)而言的發射功率的曲線圖。例如，通過使用選 定705的分組錯誤率0.05來選擇點710。在圖7A和7B的例子中沒有 使用FF信息193。圖7B中的點710、 720、 730對應於圖7A的點711、 721和731。
問題表述同上，不同之處在於以不同方式確定發射功率180屍,如
formula see original document page 25
n，給定5fe卩^。 其中yTif一/^7 是信道中的幀錯誤率(FER)。另外，總的分組損
失率n為緩存器溢出概率+/,道一屍五;？ (7-緩存器溢出概率)。
一個示例問題解決方案包括實現小數目的^值，因此易於優化
e(.)。在第一情況下，可以固定信道FER，然後能夠優化/(.)和g(')。 此外，可以執行數值優化。使用這些示例技術，可以確定相對於延遲 的分組錯誤率(圖8)、針對三個分組的延遲相對於信噪比(SNR)的 分組錯誤率(圖9)以及針對兩個分組的延遲相對於SNR的分組錯誤 率(圖10)。按時隙測量延遲(例如其中一個時隙具有7;個符號)。 應當注意，按照SMl-P/cj2，功率和SNR對於固定噪聲方差而言是等 效的。圖9和圖IO表明添加一個FF比特就改進了分組錯誤率。
現在參照圖11,示出了用於無線通信系統聯合前饋和反饋的方法 1100。方法1100能夠例如使用於參照圖1和圖6A描述的系統中。在 步驟1110中確定如上所述的發射器和接收器函數e(')、 /(')和g(')。這 樣的確定能夠發生在發射器110中、發生在接收器150中、發生在發 射器110和接收器150兩者中或者發生在一個或者一些其它位置。通
常，這些函數的確定包括在給定對S]《？。時按照SS n的優化；然而，
並非必須執行優化。
一旦已經確定發射器和接收器函數，然後將把發射器函數(例如
<')和/(*))以及接收器函數(例如加載到發射器和接收器中，
分別為步驟1115和1145。步驟1115-1140由發射器(例如發射器110) 執行而步驟1145-1170由接收器(例如接收器150)執行。應當注意， 發射器110能夠具有接收功能(例如接收部分174)而接收器150類似 地能夠具有發射器功能(例如發射部分166)。
在步驟1120中確定緩存器120的條件。如上所述，通常通過確定 緩存器120中分組135的數量&來執行步驟1120，但是其它技術也是 可能的。在步驟1125中確定FF信息193 (例如通過確定緩存器120 中分組135的量化數量A)並且將該信息從發射器110發射到接收器 150。
在步驟1130中，發射器110從接收器150接收FB信息194。發 射器110在步驟1135中通過使用發射器函數<*)和/(')來確定發射速 率170和發射功率180。在步驟1140中以在步驟1135中確定的發射速 率170 (例如或者低於該發射速率)和發射功率180 (例如或者至少以 該發射功率)發射信號。
接收器在步驟1150中接收信號，該信號通常是在先前時隙中由發 射器IIO發射的信號。接收器1150在步驟1155中確定信道狀態信息。 接收器在步驟1160中也接收所發射的FF信息193。注意到步驟1160 能夠在當前時隙中(例如恰在步驟1150之前)發生或者能夠在先前時 隙(例如在步驟1150之前的時隙)中發生。
在步驟1165中，使用接收器函數g(')來確定FB信息194，該函數 使用在步驟1155中確定的信道狀態信息和在步驟1165中接收的FF信 息193。在步驟1170中，接收器150將FB信息194發射到發射器110。
儘管這裡已經描述標量量化，但是應當注意，可以使用其它技術。 例如，可以使用向量量化。通常，向量量化在確定當前時隙中的量化 時將使用來自先前時隙(例如還可能使用來自當前時隙)的信息。
圖ll假設在操作發射器IIO和接收器150之前執行步驟1110。如 果預先知道信道統計和業務統計，就能夠預先完成發射器和接收器函 數的確定(步驟1110)。也能夠在其它時間執行發射器和接收器函數
的確定。例如，也能夠發生的是實時使用滑動窗來執行信道統計(例 如在時間段中的信道狀態信息)和業務統計(例如在該時間段中的發
射速率170)。因此，能夠實時實現步驟1110中的函數確定。另外， 也能夠在慢得多的時間尺度上完成步驟1110中的函數確定，因此每當 執行步驟1110時，能夠使發射器IIO和接收器150具有相同函數e(-)、 《')和g(')。
如上所述，可以通過電路來實現包括其裝置和步驟的本發明實施 例，該電路比如是可由各發射器IIO和接收器150中的一個或者多個 處理器(例如，信號處理器)執行的計算機軟體、軟體或者軟體和硬 件的組合。另外就此而言應當注意，圖11的流程圖中的各個框可以代 表用於執行指定任務的程序步驟或者互連的邏輯電路、塊和功能或者 程序步驟和邏輯電路、塊和功能的組合。此外，本發明的實施例可以 實現為信號承載介質，該介質有形地實施機器可讀指令的程序，這些 指令可由處理裝置(例如發射器110和/或接收器150)執行以便執行 用於無線通信系統的聯合前饋和反饋設計的操作。
構思用於實施本發明的最佳方法和裝置的既完全又具啟發性的描述。 然而，鑑於當結合附圖和所附權利要求來閱讀時的以上描述，各種修 改和改造對於本領域技術人員而言可以變得明顯。然而，對本發明之 教導的所有這些和相似修改仍將落入本發明的範圍內。
作為可以使用的#"改的例子，上文糹會出的函悽t可以為非線性的。 例如，函數e(.)也能夠包括非線性組合對於一比特FF信息193, qt-0，l,4可以由^-l來代表，而q「2,3可以由《-2來代表。
另外，本發明優選實施例的 一 些特徵在沒有對應使用其它特徵的 情況下仍然能夠有利地加以利用。這樣，以上描述應當淨皮^人為是^義對 本發明的原理進行說明而不是進行限制。
權利要求
1.一種方法，包括確定發射器中緩存器的條件；使用所述條件來確定與所述條件相對應的信息；以及將所述信息傳達到接收器。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中 所述信息是第一信息； 所述方法還包4舌從所述接收器接收第二信息，所述第二信息的特徵在於使 用所述第 一 信息以及針對在所述接收器與發射器之間的信道的 信道狀態信息來確定；使用所述第一信息和第二信息來確定發射速率和發射功率。
3. 根據權利要求2所述的方法，其中所述緩存器存儲分組，以 及其中執行對所述第 一信息和第二信息、所述發射速率和所述發射 功率的確定以便針對在所述發射器與接收器之間的所述信道上的分 組業務實現所需延遲約束。
4. 根據權利要求3所述的方法，其中確定信息還包括通過向用於所述條件的值應用第 一 函數來確定 所述第一信息；所述第二信息的特徵在於使用第二函數來確定，所述第二函數 被應用於所述第 一 信息以及針對所述接收器與發射器之間的所述信 道的所述信道狀態信息；使用所述第 一 信息和第二信息來確定發射速率和發射功率還包 括通過使用向所述第一信息和第二信息應用的第三函數來確定發射 速率和發射功率；以及執行所述第一函數、第二函數和第三函數以便實現所述所需延 遲約束。
5. 根據權利要求1所述的方法，其中 所述緩存器存儲分組；確定條件還包括確定所述緩存器中存儲的分組的數目； 確定與所述條件相對應的信息還包括將所述分組的數目量化成 預定數目的比特組合中的一個比特組合；以及傳達還包括通過信道將所述一 個比特組合傳達到所述接收器。
6. 根據權利要求1所述的方法，其中 所述緩存器存儲分組；確定所述條件還包括確定在時間窗內到達的分組的數目；確定與所述條件相對應的信息還包括將在所述時間窗中到達的所述分組的數目量化成預定數目的比特組合中的一個比特組合；以及傳達還包括通過信道將所述一 個比特組合傳達到所述接收器。
7. 根據權利要求1所述的方法，其中 所述緩存器存儲分組；確定所述條件還包括確定所述緩存器中分組的最長等待時間； 確定與所述條件相對應的信息還包括將所述緩存器中分組的所述最長等待時間量化成預定數目的比特組合中的一個比特組合；以及傳達還包括通過信道將所述一 個比特組合傳達到所述接收器。
8. 根據權利要求1所述的方法，其中確定與所述條件相對應的信息還包括使用預定函數將用於所述 條件的值量化成預定數目的比特組合中的給定的一個比特組合；以 及
9. 根據權利要求1所述的方法，其中所述信息是第一信息，其 中所述緩存器存儲分組，以及其中所述方法還包括從所述接收器接收第二信息；使用所述緩存器的所述條件和所述第二信息來確定發射功率； 以及的至少 一 個分組傳達到所述接收器。
10. 根據權利要求1所述的方法，其中所述信息是第一信息， 其中所述緩存器存儲分組，以及其中所述方法還包括從所述接收器接收第二信息；使用所述緩存器的所述條件和所述第二信息來確定發射速率；以及通過信道將數目滿足或者低於所述發射速率的分組傳達到所述 接收器。
11. 根據權利要求1所述的方法，其中所述信息是第一信息， 其中所述緩存器存儲分組，以及其中所述方法還包括從所述接收器接收第二信息；使用所述緩存器的所述條件和所述第二信息來確定發射功率和 發射速率；以及以至少為所述確定的發射功率的功率通過信道將數目滿足或者 低於所述發射速率的分組傳達到接收器。
12. 根據權利要求11所述的方法，其中所述第一信息包括 個比特，所述第二信息包括M個比特，所述緩存器的選定大小為丄，而tV/和A^被選擇為滿足^ + "^一戶 。
13. 根據權利要求11所述的方法，其中確定發射功率和發射速率還包括通過至少一個函數^，^)來確定發射功率和發射速率，其中 &對應於所述緩存器的所述條件而義對應於所述第二信息。
14. 一種發射器，包括存儲分組的緩存器、確定所述緩存器的 條件的電路、從接收器接收信息的接收部分以及使用所述條件和所 述信息來確定至少 一個發射參數的電路，其中執行對所述條件和所 述至少一個發射參數的確定以針對在從所述發射器到所述接收器的 信道上的分組業務實現所需延遲約束。
15. 根據權利要求14所述的發射器，其中所述信息是第一信息， 其中確定所述綾存器的所述條件的所述電路使用所述條件來確定與 所述條件相對應的第二信息，以及其中所述發射器還包括耦合到所 述緩存器和確定所述緩存器的所述條件的所述電路的發射部分，所 述發射部分將所述第二信息傳達到接收器。
16. 根據權利要求15所述的發射器，其中 所述至少一個參數包括發射功率； 所述緩存器存儲分組；確定所述至少 一 個發射參數的所述電路使用所述緩存器的所述 條件和所述第一信息來確定所述發射功率；以及所述緩存器中的至少 一個分組傳達到所述接收器；其中執行對所述條件和所述發射功率的確定以便實現所述所需 延遲約束。
17. 根據權利要求15所述的發射器，其中 所述至少 一 個參數包括發射速率； 所述緩存器存儲分組；所述發射器還包括在所述緩存器與所述發射部分之間耦合的調 度器；確定所述至少 一 個發射參數的所述電路使用所述緩存器的所述 條件和所述第一信息來確定所述發射速率；以及所述發射部分通過信道將所述調度器所提供的多個分組傳達到 所迷接收器，其中所述分組的數目滿足或者低於所述發射速率；其中執行所述第一過程和第二過程以便實現所需延遲約束。
18. —種發射器，包括 用於存儲分組的裝置；用於確定用於存儲分組的裝置的條件的裝置；以及用於將所信息傳達到接收器的裝置；
19. 根據權利要求18所述的發射器，其中 所述信息是第一信息； 所述發射器還包括用於從所述接收器接收第二信息的裝置；用於響應於所述緩存器的所述條件和所述第二信息來確定發射 功率和發射速率的裝置；以及用於以至少為所述確定的發射功率的功率通過信道將數目滿足 或者低於所述發射速率的分組傳達到所述接收器的裝置。
20. —種信號承載介質，有形地實施可由處理裝置執行以便執 行如下操作的機器可讀指令的程序確定所述發射器中緩存器的條件；將所述信息傳達到接收器。
21. 根據權利要求20所述的信號承載介質，其中所述信息是第 一信息，其中所述緩存器存儲分組，以及其中所述操作還包括從所述接收器接收第二信息；使用所述緩存器的所述條件和所述第二信息來確定發射功率和發射速率；以及以至少為所述確定的發射功率的功率通過信道將數目滿足或者 低於所述發射速率的分組傳達到所述接收器。
22. —種方法，包括用於確定發射器中緩存器的條件的步驟；信息的步驟；以及用於將所述信息傳達到接收器的步驟。
23.根據權利要求22所述的方法，其中所述信息是第一信息， 其中所述緩存器存儲分組，以及其中所述方法還包括 用於從所述接收器接收第二信息的步驟；用於使用所述緩存器的所述條件和所述第二信息來確定發射功率和發射速率的步驟；以及或者低於所述發射速率的分組傳達到所述接收器的步驟。
24. —種方法，包括接收與發射器中緩存器的條件相對應的第 一 信息； 確定針對從所述發射器到接收器的信道的信道狀態信息； 使用所述第 一 信息和所述確定的信道狀態信息來確定第二信 息；以及將所述第二信息傳達到所述發射器。
25. 根據權利要求24所述的方法，其中確定第二信息還包括使 用將所述信道狀態信息和所述第一信息量化成所述第二信息的函 數，其中所述第二信息包括預定多個比特組合中的 一個比特組合。
26. 根據權利要求25所述的方法，其中所述緩存器存儲分組， 所述函數使用對闞值H的選擇，1S/^A《丄，其中^是所述第一信 息，丄是針對選定緩存器大小的分組數目，》是信道狀態信息，使得 在時隙,期間，如果麼=&並且^,1《Yt〈化i+i，則將/個分組從所述發 射器發射到所述接收器。
27. 根據權利要求24所述的方法，其中所述第一信息包括iV/ 個比特，所述第二信息包括M個比特，所述緩存器的選定大小為丄，而 和A^被選擇為滿足、1 "^"卜 。
28. 根據權利要求24所述的方法，其中 所述第一信息通過第一函數來確定；確定第二信息還包括使用第二函數，所述第二函數通過使用所 述第 一信息和所述確定的信道狀態信息來確定所述第二信息；通過所述信道並且使用一發射功率將多個分組從所述發射器傳 達到所述接收器；所述多個分組的數目使用發射速率來確定；所述發射速率和發射功率通過使用第三函數來確定。
29. 根據權利要求28所述的方法，其中執行所述第一函數、第 二函數和第三函數以便針對在所述信道上的分組業務實現所需延遲 約束。
30. —種接收器，包括接收部分、信道估計器和電路，所述接 收部分從發射器接收第 一信息，所述第 一信息對應於所述發射器的 緩存器的條件，所述信道估計器確定針對從所述發射器到所述接收 器的信道的信道狀態信息，所述電路使用所述第 一 信息和信道狀態 信息來確定第二信息，執行對所述第二信息的確定使得實現針對所 述信道上分組業務的所需延遲約束。
31. 根據權利要求36所述的接收器，還包括將所述第二信息傳 達到所述發射器的發射部分。
32. 根據權利要求31所述的接收器，其中確定所述第二信息的 所述電路還包括將所述信道狀態信息和所述第一信息量化成所述第 二信息的信道量化器，其中所述第二信息包括預定多個比特組合中 的一個比特組合。
33. 根據權利要求32所述的接收器，其中所述緩存器存儲分組， 所述量化器使用用以將所述信道狀態信息和所述第一信息量化成所 述第二信息的函數，所述函數使用對閾值^的選擇，1《/《ASZ， 其中々,是所述第一信息，丄是針對選定緩存器大小的分組數目，l是 信道狀態信息，使得在時隙,期間，如果^-A並且Yk,i^Yt〈^!+i,則 將/個分組從所述發射器發射到所述接收器。
34. 根據權利要求30所述的接收器，其中所述第一信息包括 綺個比特，所述第二信息包括M個比特，所述緩存器的選定大小為丄，而綺和A^被選擇為滿足V+"^一戶^ 。
35. 根據權利要求30所述的接收器，其中 所述第一信息通過第一函數來確定；確定第二信息的所述電路還包括使用第二函數的信道量化器， 所述第二函數通過使用所述第一信息和所述確定的信道狀態信息來 確定所述第二信息；通過所述信道並且使用一發射功率將多個分組從所述發射器傳 達到所述接收器；所述多個分組的數目使用發射速率來確定；以及所述發射速率和發射功率通過使用第三函數來確定；以及其中執行所述第 一 函數、第二函數和第三函數以針對在所述信道上的分組業務實現所述所需延遲約束。
36. —種接收器，包括用於接收與發射器中緩存器的條件相對應的第 一信息的裝置； 用於確定針對從所述發射器到所述接收器的信道的信道狀態信 息的裝置；用於響應於所述第一信息和所述確定的信道狀態信息來確定第 二信息的裝置；以及用於將所述第二信息傳達到所述發射器的裝置。
37. 根據權利要求36所述的接收器，其中用於確定第二信息的 所述裝置還包括用於將所述信道狀態信息和所述第一信息量化成所 述第二信息的裝置，其中所述第二信息包括預定多個比特組合中的 一個比特組合。
38. —種方法，包括用於接收與發射器中緩存器的條件相對應的第 一信息的步驟； 用於確定針對從所述發射器到接收器的信道的信道狀態信息的 步驟；用於使用所述第一信息和所述確定的信道狀態信息來確定第二 信息的步驟；以及用於將所述第二信息傳達到所述發射器的步驟。
39. 根據權利要求38所述的方法，其中用於確定第二信息的所 述步驟還包括用於將所述信道狀態信息和所述第一信息量化成所述 第二信息的步驟，其中所述第二信息包括預定多個比特組合中的一 個比特組合。
40. —種信號承載介質，有形地實施可由處理裝置執行以便執 行如下操作的機器可讀指令的程序接收與發射器中緩存器的條件相對應的第 一信息； 確定針對從所述發射器到接收器的信道的信道狀態信息； 使用所述第 一 信息和所述確定的信道狀態信息來確定第二信 息；以及將所述第二信息傳達到所述發射器。
41. 根據權利要求40所述的信號承載介質，其中確定第二信息 還包括將所述信道狀態信息和所述第一信息量化成所述第二信息， 其中所述第二信息包括預定多個比特組合中的一個比特組合。
42. —種方法，包括收集針對在發射器與接收器之間的信道的信道狀態信息統計和 發射速率統計；使用所述信道狀態信息統計和發射速率統計來執行以下操作確定用來基於所述發射器的緩存器的條件來計算第一信息 的第一函數；確定用來基於信道狀態信息和所述第 一信息來計算第二信 息的第二函數；確定用來基於所述第二信息和所述緩存器的所述條件來計 算發射功率和發射速率的第三函數。
43. 根據權利要求30所述的方法，還包括將所述第一函數和 第三函數傳達到所述發射器而將所述第二函數傳達到所述接收器。
44. 根據權利要求42所述的方法，其中 所述條件包括&;所述第一函數包括麼-efe);所述第二函數包括A = g & ，麼\其中所述信道狀態信息包括》；以及所述第三函數包括屍,=/(&，^，其中發射功率包括A而發射速 率也使用/fe，w來確定。
45. 根據權利要求44所述的方法，其中< )、 A')和g(')確定如下formula see original document page 11,給定對formula see original document page 11，其中n是緩存器溢出的概率，而屍。是 所述發射器的最大功率。
46.根據權利要求42所述的方法，其中所述條件包括&;所述緩存器存儲分組；所述第一函數包括從仏確定麼的閾值函數，所述第二函數和第 三函數使用所選闊值li, lS/《A;《i:，其中丄是針對選定緩存器大小的分組數目，丫f是信道狀態信息，使得在時隙,期間，如果對於所 述第二函數而言《,=、如果對於所述第三函數而言《產、並且formula see original document page 11,則發射/個分組。
全文摘要
第一方法包括確定發射器中緩存器的條件；使用該條件來確定與該條件相對應的信息；以及將該信息傳達到接收器。公開了第二方法包括接收與發射器中緩存器的條件相對應的第一信息；確定針對從發射器到接收器的信道的信道狀態信息；使用第一信息和確定的信道狀態信息來確定第二信息；以及將第二信息傳達到發射器。第二信息和緩存器的條件可以由發射器用來確定至少一個發射參數，例如用於從發射器到接收器的信號的發射速率和發射功率中的一個或者兩個參數。可以實現針對信道上分組業務的所需延遲約束。
文檔編號H04L1/12GK101185276SQ200680018639
公開日2008年5月21日 申請日期2006年4月5日 優先權日2005年4月15日
發明者A·裡德, D·雷詹, G·D·曼德雅姆 申請人:諾基亞公司