专利名称：一种调制编码配置的选择方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及各种无线通信系统，具体涉及一种调制编码配置的选择方法和装置。
背景技术：
在无线通信系统中，链路自适应技术根据控制信道所反馈的信道质量信息 (Channel Quality Indicator, CQI)来选择适当的调制方式与编码码率的组合，使得系统 的吞吐量达到最大，这种技术被称为编码调制配置(Modulation Coding Scheme, MCS)选 择。MCS选择需要采用一种有效信噪比映射方法(Effective SNR Ma卯ing，ESM)预测当前 信道状态下的误块率(Block Error Rate, BLER)性能，从而来选择适当的调制方式和编码 码率。 无线通信系统中的信道受移动速度和多径的影响，常常具有时间选择性和频率选 择性。在OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)系统中，各子载波上的SNR 值在整个频带内变化的非常明显，终端的高速移动以及HARQ重传都将造成一个译码块内 的SNR的变化。等效SNR映射使得在不同信道下一个编码块内变化的符号SNR值映射成一 个等效的SNR值，这个等效SNR与对应BLER的关系曲线可近似为AWGN信道下的SNR-BLER 的关系曲线。这样就可以将各种衰落信道等效为AWGN信道进行研究。这个过程也称之为 链路级到系统级的映射过程。常用的方法有指数型等效SNR映射(E邓onential Effective SNR Mapping,EESM)和基于互信息的等效SNR映射(Mutual Information-based Effective SNR Ma卯ing， MIESM)。等效SNR映射过程可以参考图1所示，其工作过程如下
在系统级仿真中，频率选择性信道经过接收端均衡后得到每个子载波上的信扰比 (SINR)，从而得到每个子信道上的平均信扰比(); 用EESM方法或者MIESM方法，将多个子信道上的烦&映射为一个等效SNR值，然 后在AWGN参考曲线上查找与这个等效SNR值相对应的BLERAWffl ; 系统级的BLER与BLERAweN有这样的关系BLER " BLERAweN。据此就可预测到系统 性能，从而进行链路层自适应、调度、HARQ等。
等效SNR映射的数学表达式为纖《=①《①(纖")) SNReff表示等效SNR值，SINRn表示第n个子载波上的SINR值；N为OFDM系统中所
用的子载波个数，①( )表示可逆的映射函数。
EESM方法的数学表达式为
S扁"丫
丁j」 (2 ) 式(2)中13为依赖于调制方式和码率以及编码块长的优化调整因子。EESM方法 在每个子载波选择调制方式上不够灵活，并且P调整比较复杂。
MIESM方法的数学表达式为
3 纖1#=一/ 111
1 w<formula>formula see original document page 4</formula>
」 (3)
式(3)中，m(n)表示第n个子载波上的调制符号所携带的比特数；SI (SINRn，m(n))
表示符号互信息。 设M表示调制方式所对应的星座点个数，U表示第n个子载波上均值为零，分量方 (2SINRn)的复高斯噪声，则符号互信息SI(SINRn，m(n))可以由下面的公式(4)得到
差为L
<formula>formula see original document page 4</formula>
QPSK、16QAM、64QAM调制方式下的符号互信息与SNR的关系曲线见图2所示。 1 w
令滅=:5>/0皿 ,("》 、为平均符号互信息。 "=
(5 )
(4) 由符号互信息可以得到接收到的每比特平均互信息RBIR(Received Bitlnformation Rate)为 <formula>formula see original document page 4</formula> 由于RBIR与BLER之间的关系只依赖于编码所采用的码率而与调制方式无关，所 以根据不论子载波上的符号采用哪一种调制方式，根据RBIR就直接可以预测系统的BLER 性能，不需要先映射为SNReff再预测BLER。 MIESM相对EESM能够更为精确的将各种衰落信道等效为AWGN信道，因此用MISEM 进行MCS选择。现有的选择方法是根据平均符号互信息的大小首先确定调制方式，然后再 选择码率，方法如下 1、根据一系列子载波上的(…SINRn…h根据公式(5)和(6)，对应每种调制方式 m，分别计算出MI迈和RBIR迈; 2、在目标BLER下，经统计发现，系统的码率值与该系统的RBIR之间通常存在一个 偏移量S，并且在不同的码率下，偏移量S基本保持不变。因此可以通过在步骤l中计算 得到的RBIRm中减去S ，从而获取其对应的码率值RBIRm'，即RBIRm' = RBIRm- S ;
3、设调制符号所携带的比特数为M(m)，则对应每种调制方式，得到一个MIm'= M(m) RBIR迈'。取^^arg"x(M/J,'即为Mcs所选择的调制方式。 对应于m'的码率集合中，取码率低于RBIIV '但与RBIRm,'最为接近的码率作 为MCS所选择的码率。如果码率都高于RBIRm,，则设置最低码率为MCS所选择的编码码率。
上述基于MIESM的MCS选择方法存在缺陷。分析如下 如图2所示，QPSK、16QAM、64QAM的符号互信息曲线可以大致分为四个阶段第一 段在5dB之前，QPSK、16QAM、64QAM调制的符号互信息都在上升，QPSK的符号互信息略高于其他两种调制方式；第二段在5dB到10dB之间，该阶段16QAM的符号互信息要略高于64QAM 的符号互信息，QPSK的符号互信息最低，处于平台2 ;第三段在10dB与20dB之间，64QAM的 符号互信息继续上升，而16QAM的符号互信息逐渐达到平台4，；第四段在20dB之后，64QAM 的符号互信息达到平台6。 计算MI/ = MIm-M S ，实质上拉大了分别在第一段和第二段中符号互信息最高 的QPSK、16QAM与另外两种调制方式的符号互信息差异，如图3所示。 由此可以得到这样一个结论比较不同调制方式的MIm'来确定要选择的调制方 式，实质上还是比较不同调制方式每符号所携带的互信息。这种方法所具有的缺陷是
(1)忽略了系统性能BLER这一限制条件。由于高阶调制的MI/会高于低阶调制 的MI/ ，例如在第二段从5dB开始，MIwMM'会高于MI鹏K'，所以会选择16QAM调制。但是 此时采用16QAM的调制方式的BLER会比较高，并不满足系统对BLER性能的要求。因此仅 仅比较MI/的大小，常常会选择了并不适合当前信道状态，不满足系统BLER性能的高阶调 制。 (2)上述方法在唯一确定了调制方式之后再进行码率的选择，将选择调制方式与 编码码率完全分割开来。而往往系统给定的是多种调制方式与编码码率的组合方案。
(3)进行MCS选择的精确度低。由于S是一个估计值，不是非常精确。而在图3 中，常常根据不同调制方式之间的微小差异来进行调制方式的选择。 一旦调制方式选择错 误，进一步会影响码率的选择。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种MCS的选择方法和装置，能够选择出适应信道状态 的调制方式与码率，满足系统对性能的要求，同时使得系统吞吐量最大。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案
—种调制编码配置的选择方法，包括 预先针对每种误块率，在各种调制方式下，保存AWGN信道下各个待选码率对应的 每比特平均互信息RBIR; 对应每种调制方式m，执行如下操作 根据所有子载波的SINR确定该调制方式当前对应的RBIRm，并根据目标误块率 BLER，确定该调制方式下，所述AWGN信道下各个待选码率对应的RBIR ;在确定的该调制方 式下各个待选码率对应的RBIR中，选择不大于、且最接近该调制方式当前对应的RBIRm的 RBIR，并确定所选择的RBIR对应的码率作为该调制方式的配合码率； 计算每种调制方式下调制符号所携带的比特数与该调制方式的配合码率之积，并 在所有乘积结果中选择最大值，将该最大值所对应的调制方式和配合码率作为调制编码配 置的选择结果。 较佳地，对于任一调制方式，若不存在不大于RBIRm的RBIR，则判断该调制方式是 否为最低阶调制方式，若是，则确定该调制方式下的所有待选码率中的最小值作为该调制 方式的配合码率；否则，确定该调制方式的配合码率为0。
较佳地，所述确定调制方式m当前对应的RBIRm为
7^/^ =^~~^-，其中，m(n)表示第n个子载波上的调制符号所携带的
比特数，N为系统中所用的子载波总数。 —种调制编码配置的选择装置，包括均衡器、比较器、与各种调制方式一一对应 的RBIR计算器、存储器和码率选择器； 均衡器，用于确定所有子载波的SINR，并输出给所有RBIR计算器； 任一调制方式对应的存储器，用于针对每种误块率，在相应调制方式下，保存AWGH
信道下各个待选码率对应的每比特平均互信息RBIR ; 任一调制方式对应的RBIR计算器，用于根据接收的所有子载波的SINR，确定相应 调制方式当前对应的RBIRm，并输出给相应调制方式对应的码率选择器；
任一调制方式对应的码率选择器，用于根据目标误块率，在相应调制方式对应的 存储器中提取所述各个待选码率对应的RBIR ;并在提取的各个待选码率对应的RBIR中，选 择不大于、且最接近所述RBIR计算器输入的RBIRm的RBIR，并确定所选择的RBIR对应的码 率作为相应调制方式的配合码率，输出给所述比较器； 所述比较器，用于计算每种调制方式下调制符号所携带的比特数与该调制方式对 应的码率选择器输入的配合码率之积，并在所有乘积结果中选择最大值，将该最大值所对 应的调制方式和配合码率作为调制编码配置的选择结果。 较佳地，任一调制方式对应的码率选择器，进一步用于在不存在不大于RBIRm的 RBIR时，判断相应调制方式是否为最低阶调制方式，若是，则确定相应调制方式下的所有待 选码率中的最小值作为该调制方式的配合码率；否则，确定相应调制方式的配合码率为0。
由上述技术方案可见，本发明中，预先针对每种误块率，在各种调制方式下，保存 AWGN信道下各个待选码率对应的RBIR ;然后，对应每种调制方式m，根据所有子载波的SINR 确定该调制方式当前对应的RBIRm，并根据目标误码率，确定该调制方式下，所述各个待选 码率对应的RBIR ;在确定的该调制方式下各个待选码率对应的RBIR中，选择不大于、且最 接近该调制方式当前对应的RBI&的RBIR，并确定所选择的RBIR对应的码率作为该调制方 式的配合码率；最后，计算每种调制方式下调制符号所携带的比特数与该调制方式的配合 码率之积，并在所有乘积结果中选择最大值，将该最大值所对应的调制方式和码率作为调 制编码配置的选择结果。通过上述方式，根据目标BLER要求，在各种调制方式下选择最合 适的码率作为配合码率，再从所有调制方式和配合码率的组合中进行MCS选择，从而能够 在保证BLER性能的前提下，使得频谱效率最高，吞吐量最大。
图1为等效SNR映射过程的示意图。 图2为QPSK、16QAM、64QAM调制方式下的符号互信息与SNR的关系曲线示意图。 图3为本发明中调制编码配置的选择方法的具体流程图。 图4为本发明中调制编码配置的选择装置的具体结构图。 图5是LTE系统中11种组合方案在AWGN信道下的RBIR BLER参考曲线。
6
图6为LTE系统中11种组合方案在AWGN信道下的SNR与BLER的关系曲线。
图7为依照本发明的方法进行MCS选择时系统吞吐量与等效SNR的关系曲线。
具体实施例方式
为使本发明的目的、技术手段和优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明做进 一步详细说明。 本发明的基本思想是在目标BLER下，首先确定各种调制方式匹配最合适的配合 码率，再在各种调制方式与配合码率中进行MCS选择。 图3为本发明中调制编码配置的选择方法的具体流程图。如图1所示，该方法包 括 步骤301 ，预先针对每种误块率，在各种调制方式下，保存AWGN信道下各个待选码 率对应的RBIR。 在每种调制方式下，都存在一个码率集合，其中包括可以与该调制方式进行组合 的所有待选码率。 本步骤中，预先为每种误块率下的各种调制方式保存一个列表，其中记录AWGN信 道下相应调制方式的码率集合中各个待选码率所对应的RBIR。其中，AWGN信道下各个待选 码率所对应的RBIR可以根据图5所示的参考曲线获得。图5是LTE系统的11种调制编码 组合方案在AWGN信道下的RBIR BLER参考曲线，获得该曲线的仿真参数为采用Turbo 编码，Max-Log-MAP译码算法，8次迭代。 对应每种调制方式分别执行步骤302 304，确定目标BLER下与各种调制方式最
适合的码率，即配合码率，接下来以任一调制方式m为例进行说明 步骤302，根据所有子载波上的SINR，对应调制方式m，分别计算RBIRm。 本步骤中，根据SINR计算调制方式m对应的RBIR的方式与现有方式相同，即可以
利用公式(6)进行计算。 步骤303，根据目标BLER，提取调制方式m下所保存的各个待选码率对应的RBIR。
步骤304，在步骤103中提取的所有RBIR中，选择不大于、且最接近该调制方式当 前对应的RBIRm的RBIR，并确定所选择的RBIR对应的码率作为该调制方式的配合码率CRm。
本步骤中，将步骤302中计算得到的与步骤303中提取的所有RBIR进行比较，选 择不大于、且最接近该调制方式当前对应的RBIRm的一个RBIR值，将该RBIR值对应的码率 即为与调制方式m最适合的码率，即调制方式m的配合码率。将该调制方式与配合码率的 组合作为最终MCS的待选组合。 另外，若本步骤中经过比较发现，不存在不大于、且最接近该调制方式当前对应的 RBI&的RBIR，则优选地，进一步判断调制方式m是否为最低阶调制方式，若是，则确定该调 制方式下的所有待选码率中的最小值作为该调制方式的配合码率CRm ;否则，确定该调制方 式的配合码率CRm为O 通过上述步骤302 304，选择每种调制方式的配合码率CRm。 步骤305，对每一调制方式m，计算该调制方式下调制符号所携带的比特数与该调
制方式的CRm之积。 本步骤中，对每一调制方式m，计算M(m) CRm，其中，为M(m)为调制方式m下调制符号所携带的比特数。 步骤306，在步骤305得到的所有乘积结果中选择最大值，将该最大值所对应的调 制方式和配合码率作为调制编码配置的选择结果。 至此，本发明中的MCS选择方法流程结束。应用上述方式进行MCS选择后，系统吞 吐量的计算公式为Throughput = M(m) (1-BLER)。 以上即为本发明中MCS选择方法的具体实施方式
，另外，本发明还提供了一种MCS 选择装置，如图4所示，该装置包括均衡器、比较器、与各种调制方式一一对应的RBIR计算 器、存储器和码率选择器。 在该装置中，均衡器，用于确定所有子载波的SINR，并输出给所有RBIR计算器；
任一调制方式对应的存储器，用于针对每种误块率，在相应调制方式下，保存AWGN 信道下各个待选码率对应的每比特平均互信息RBIR ; 任一调制方式对应的RBIR计算器，用于根据接收的所有子载波的SINR，确定相应 调制方式当前对应的RBIRm，并输出给相应调制方式对应的码率选择器；
任一调制方式对应的码率选择器，用于根据目标误块率，在相应调制方式对应的 存储器中提取所述各个待选码率对应的RBIR ;并在提取的各个待选码率对应的RBIR中，选 择不大于、且最接近所述RBIR计算器输入的RBIRm的RBIR，并确定所选择的RBIR对应的码 率作为相应调制方式的配合码率，输出给所述比较器； 比较器，用于计算每种调制方式下调制符号所携带的比特数与该调制方式对应的 码率选择器输入的配合码率之积，并在所有乘积结果中选择最大值，将该最大值所对应的 调制方式和配合码率作为调制编码配置的选择结果。 其中，优选地，任一调制方式对应的码率选择器，进一步用于在不存在不大于 RBIRm的RBIR时，判断相应调制方式是否为最低阶调制方式，若是，则确定相应调制方式下 的所有待选码率中的最小值作为该调制方式的配合码率；否则，确定相应调制方式的配合 码率为0。 由上述本发明的具体实现可见，本发明的方法和装置能够根据信道状态信息合理 的选择调制方式和编码码率，在保证BLER性能的前提下，使得频谱效率最高，吞吐量最大。
本发明适用于各种无线通信系统中的链路自适应技术，包括3G技术，LTE， LTE-Advanced， IMT-Advance等；并适用于各种信道编码方案，例如Turbo码，LDPC码、巻积码等。 以下给出利用本发明的方法和装置实现的3GPP LTE系统在下行链路上的MCS选 择。并与背景技术中的现有MCS选择方法进行比较。 3GPP LTE协议中给出了 15种调制方式与码率组合的方案，除去CQI = 1，2，3用于 控制信道，以及CQI = 15这四种情况。 如前所述，图5是11种组合方案在AWGN信道下的RBIR BLER参考曲线，采用 Turbo编码，Max-Log-MAP译码算法，8次迭代。给定的目标BLER为0. 1，由该曲线中RBIR 与码率的关系可得到S "0.11。按照背景技术中的现有MCS选择方法进行选择和本专利 给出的选择结果分别如下 在TU信道下，移动台的移动速度为3km/h。根据在某时刻上一组子载波的(… SINRn'"}，根据公式(5)和(6)，计算得到QPSK、16QAM、64QAM调制方式下的MI鹏K二 1. 3759，
8MI16QAM = 1. 6429， MI64QAM = 1. 6628 ;RBIRQPSK = 0. 6880， RBIR16QAM = 0. 4107， RBIR柳舰= 0.2771。 用现有MCS选择方法进行选择，首先计算出MI。psK' = 1. 1559，MI16QM' = 1.2029， MI64QAM' = 1.0028 ;然后比较MI,' ，MI16QAM' ，MI柳；，由于MI卿/最大，因此选择的调 制方式为16QAM调制；由于MI，am' /4 = 0. 3007，低于16QAM调制下的所有码率，则选择最 低码率O. 3691。现有方法MCS选择结果的是16QAM调制，码率0. 3691。
用本发明给出的MCS选择方法进行选择首先计算出在QPSK调制下RBIRQPSK = 0. 6880，并在QPSK调制的三种码率中进行选择，选择结果为CRQPSK = 0. 5879 ;接下来，计算 出16QAM调制下RBIR16QM = 0. 4147，并在16QAM的三种码率中进行选择，选择结果为CR16QAM =0 ;然后，计算出64QAM调制下RBIR64QAM = 0. 2771，并在64QAM调制的五种码率中进行选 择，得到CR64QAM = 0 ;最后，对三种调制方式进行比较，确定MCS选择的结果是QPSK调制，码 率为0. 5879。 比较现有MCS选择与本发明的MCS选择当前的信道状态，根据公式(3)，可以得 到等效的信噪比在3dB左右，根据图6可见，在QPSK调制、码率0. 5789(即曲线603)的情 况下，相应的BLER性能在0. 1以下，而在16QAM调制、码率0. 3691 (即曲线604)的情况下， 相应的BLER性能远高于O. l，需要启动重传，从而导致吞吐量下降。而由图7所示的采用本 发明的方法和装置在上例的11种组合方案中进行MCS选择的系统吞吐量曲线示例可见，本 发明所提供的MCS选择方法更为合理，保证了系统的BLER性能，同时也使得吞吐量最大。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发 明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围 之内。
权利要求
一种调制编码配置的选择方法，其特征在于，该方法包括预先针对每种误块率，在各种调制方式下，保存AWGN信道下各个待选码率对应的每比特平均互信息RBIR；对应每种调制方式m，执行如下操作根据所有子载波的SINR确定该调制方式当前对应的RBIRm，并根据目标误块率BLER，确定该调制方式下，所述AWGN信道下各个待选码率对应的RBIR；在确定的该调制方式下各个待选码率对应的RBIR中，选择不大于、且最接近该调制方式当前对应的RBIRm的RBIR，并确定所选择的RBIR对应的码率作为该调制方式的配合码率；计算每种调制方式下调制符号所携带的比特数与该调制方式的配合码率之积，并在所有乘积结果中选择最大值，将该最大值所对应的调制方式和配合码率作为调制编码配置的选择结果。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于任一调制方式，若不存在不大于 RBIRm的RBIR，则判断该调制方式是否为最低阶调制方式，若是，则确定该调制方式下的所 有待选码率中的最小值作为该调制方式的配合码率；否则，确定该调制方式的配合码率为 0。
3. 根据权利要求l所述的方法，其特征在于，所述确定调制方式m当前对应的RBIRm为 <formula>formula see original document page 2</formula>其中，m(n)表示第n个子载波上的调制符号所携带的比特数，N为系统中所用的子载波总数。
4. 一种调制编码配置的选择装置，其特征在于，该装置包括均衡器、比较器、与各种调制方式一一对应的RBIR计算器、存储器和码率选择器；均衡器，用于确定所有子载波的SINR，并输出给所有RBIR计算器； 任一调制方式对应的存储器，用于针对每种误块率，在相应调制方式下，保存AWGH信道下各个待选码率对应的每比特平均互信息RBIR ;任一调制方式对应的RBIR计算器，用于根据接收的所有子载波的SINR，确定相应调制方式当前对应的RBIRm，并输出给相应调制方式对应的码率选择器；任一调制方式对应的码率选择器，用于根据目标误块率，在相应调制方式对应的存储器中提取所述各个待选码率对应的RBIR ;并在提取的各个待选码率对应的RBIR中，选择不大于、且最接近所述RBIR计算器输入的RBI&的RBIR，并确定所选择的RBIR对应的码率作为相应调制方式的配合码率，输出给所述比较器；所述比较器，用于计算每种调制方式下调制符号所携带的比特数与该调制方式对应的码率选择器输入的配合码率之积，并在所有乘积结果中选择最大值，将该最大值所对应的调制方式和配合码率作为调制编码配置的选择结果。
5. 根据权利要求4所述的装置，其特征在于，任一调制方式对应的码率选择器，进一步 用于在不存在不大于RBI&的RBIR时，判断相应调制方式是否为最低阶调制方式，若是，则 确定相应调制方式下的所有待选码率中的最小值作为该调制方式的配合码率；否则，确定 相应调制方式的配合码率为0。
全文摘要
本发明公开了一种调制编码配置的选择方法，包括对应每种调制方式m，根据所有子载波的SINR确定该调制方式当前对应的RBIRm，并根据目标误码率，确定该调制方式下，所述各个待选码率对应的RBIR；在确定的该调制方式下各个待选码率对应的RBIR中，选择该调制方式的配合码率；最后，计算每种调制方式下调制符号所携带的比特数与该调制方式的配合码率之积，并在所有乘积结果中选择最大值，将该最大值所对应的调制方式和码率作为调制编码配置的选择结果。本发明还提供了一种调制编码配置的选择装置。应用本发明，能够在保证BLER性能的前提下，使得频谱效率最高，吞吐量最大。
文档编号H04L1/16GK101764682SQ200810241060
公开日2010年6月30日 申请日期2008年12月25日 优先权日2008年12月25日
发明者张曦林, 郑辰 申请人:普天信息技术研究院有限公司