专利名称：用于通信系统的速率适应方法
技术领域：
本发明涉及一种通信系统的应用，尤其涉及一种通信系统的速率适应方法。
背景技术：
—般通信系统，尤其是无线通信系统，其传输环境会受到各种外在因素(例如气 候、接收距离、行进速度和噪声等)而不断改变，因此通信系统初始设置的传输速率未必符 合之后的传输环境。如果改变后的传输环境可接受优于初始传输速率的传输速率，则所述 通信系统便浪费了可供利用的传输资源。反之，如果改变后的传输环境无法接受优于初始 传输速率的传输速率，则所述通信系统的通过量(throughput)将大幅下降。因此，有必要 针对不断变化的传输环境适时适应通信系统的传输速率。 常规的传输速率适应方法多半采用发送探测信号或观察固定时间的接收信号质 量以决定更新的传输速率。自动速率后退算法(auto rate fallback, ARF)及自适应自动 速率后退算法(adaptive ARF， AARF)发送探测包(probe packet)已决定是否可达到更快 的传输速率，或在发生连续传输失败的情况下降低传输速率。取样速率算法(Sample Rate) 周期性地发送根据不同调制方法和传输速率的探测包，并根据所述探测包的接收状态决定 正常包的传输速率。然而上述常规技术均需发送额外的探测包而降低通过量，因此并不实 用。 0noe算法、自适应多重速率重试(adaptive multi rate retry, AMRR)算法、 Madwifi算法及稳健速率适应算法(robust rate adaptation algorithm,RRAA)是另一常 规的传输速率适应方法。0noe算法在包错误率低于10%连续数次后增加传输速率，或在平 均包重试(retry)次数超过1时降低传输速率。自适应多重速率重试算法及Madwifi算法 采用两个包接收成功率的临界值以决定增加或降低传输速率。稳健速率适应算法根据传输 信号的确认信号(ACK)及包接收成功率决定传输速率。然而上述常规技术均需等待或统计 一段时间的传输质量，例如Madwifi、AMRR和RRAA算法需至少10个包以上才能决定传输速 率。因此，所述算法的收敛速度过慢。 鉴于上述常规技术的缺点，有必要设计一种传输速率适应方法，其不仅不会降低 通过量，且可迅速收敛到最佳传输速率。
发明内容
本发明的一实施例揭示用于通信系统的传输速率适应方法，其在接收到确认信号
或未确认信号时更新传输信号信噪比的概率密度函数，并根据所述概率密度函数更新所述
传输信号的传输速率，所以与常规技术相比能更准确、更快收敛且不影响通过量。 本发明的一实施例的用于通信系统的传输速率适应方法包含以下步骤根据传输
信号的接收状态及所述传输信号的信噪比的概率密度函数更新所述概率密度函数；以及根
据所述更新的概率密度函数更新所述传输信号的传输速率。 本发明的另一实施例的用于通信系统的传输速率适应方法包含以下步骤初始步骤，用于设置传输速率信噪比的初始概率密度函数；传输速率更新步骤，用于更新传输速 率；以及概率密度函数更新步骤，用于更新所述概率密度函数。
图1显示本发明的一实施例的通信系统的传输速率适应方法；
图2显示本发明的一实施例的传输信号的初始概率密度函数； 图3显示本发明的一实施例中，对应不同传输速率且不同传输速率下，接收到确 认信号的条件概率分布； 图4显示本发明的一实施例中，对应不同传输速率且不同传输速率下，接收到未 确认信号的条件概率分布； 图5显示本发明的一实施例的传输速率适应方法的模拟结果；
图6显示本发明的一实施例的根据概率密度函数决定传输速率的方法；
图7显示本发明的另一实施例的根据概率密度函数决定传输速率的方法
图8显示本发明的另一实施例的根据概率密度函数决定传输速率的方法
图9显示本发明的另一实施例的根据概率密度函数决定传输速率的方法；及
图10显示本发明的另一实施例的根据概率密度函数决定传输速率的方法。
具体实施例方式
图1显示本发明的一实施例的通信系统的传输速率适应方法。在步骤101，设置 传输信号的信噪比(signal to noise ratio, SNR)的初始概率密度函数(probability densityfunction， PDF)，并进入步骤102。在步骤102，根据所述概率密度函数，决定所述 传输信号的传输速率，并进入步骤103。在步骤103，根据传输信号的确认信号或未确认信 号(NACK)及所述传输信号的信噪比的概率密度函数，更新所述概率密度函数，并回到步骤 102。 —通信系统的传输信号的信噪比的概率密度函数可在已知所接收信号强度指示 (received signal strength indication, RSSI)、所传送包的传输速率及对应的确认信号
或未确认信号下，定义为
<formula>formula see original document page 6</formula>
其中MCS为传输速率，N为到目前为止已传送的包数。又，根据条件概率的公式
<formula>formula see original document page 6</formula> 将上述公式代入所述概率密度函数的公式，可得到以下公式
p(纖I腐/，錢，織)="纖I ,。 其中p(SNRlRSSI)是在未知任何所述传输信号的确认信号或未确认信号及传输 速率时，所述传输信号的信噪比的概率密度函数，即所述传输信号的信噪比的初始概率密 度函数。p(ACK|MCS，SNR)是在已知一传输速率下，对应不同的传输信号信噪比的接收到确 认信号的概率分布，并可由事先运算得知。P(ACKlMCS)是在已知一传输速率下，接收到确认 信号的概率，其也可由事先运算得知。 再次参看图l，在步骤101时，根据不同的RSSI设置传输信号的信噪比的初始概 率密度函数P(SNRlRSSI)。图2例示两个不同的初始概率密度函数。图2A的传输信号信 噪比的概率密度函数的平均值为24dB。图2B的传输信号信噪比的概率密度函数的平均值 为16dB。在步骤102时，根据所述初始概率密度函数p(SNRlRSSI)，决定所述传输信号的 传输速率MCS"在步骤103时，如果收到所述传输信号的确认信号，则将原概率密度函数 p(SNR|RSSI)乘上p(ACKlMCSp SNR)并除以p (ACK | MCS》以得到更新的概率密度函数。如 果在步骤103时收到未确认信号或在特定时间内无任何接收信号，即判断为接收到未确认 信号。此时则将原概率密度函数乘上P(NACKlMCSp SNR)，即l-p (ACK | MCS丄，SNR)，并除以 p(NACKlMCS》，即l-p(ACKlMCS》，以得到更新的概率密度函数。在更新所述传输信号信噪 比的概率密度函数后，便根据所述概率密度函数决定新的传输速率，如步骤102所述。
图3显示对应不同传输速率下，p(ACKlMCS， SNR)的概率分布。如图3所示，在 固定SNR情况下，传输速率较高的传输信号，其接收到确认信号的概率较低。图4显示对 应不同传输速率下，p(NACKlMCS， SNR)的概率分布。如图4所示，p(NACK|MCS， SNR)即为 l_p(ackImcs， snr)。 图5显示根据本实施例的传输速率适应方法的模拟结果。由于所述概率 p(ACKlMCS)及p(NACKlMCS)并非SNR的函数，所以除以所述概率的步骤仅影响所述概率密 度函数P(SNRlRSSI，ACKs，MCSs)的值而并不影响其形状。因此，在本实施例的模拟中即省 略所述除法的动作以节省运算量。图5A 5D显示更新到第2次、第3次、第10次及第20 次的未经修正的概率密度函数，即所述概率密度函数的形状。如图5所示，经过多次更新 后，所述概率密度函数的标准差逐渐縮小；且在形状上显示出越集中，代表所述概率密度函 数逐渐收敛。 由于本实施例的传输速率适应方法是利用所有先前的确认信号，与常规技术仅统 计固定时间内的确认信号相比，本实施例的传输速率适应方法的准确率比常规技术高，且 能提供较佳的传输速率。 图6显示步骤102中一种根据概率密度函数决定传输速率的方法。在步骤601， 根据所述更新的概率密度函数的最大值，分别计算不同传输速率接收到确认信号的条件概 率，并进入步骤602。在步骤602，选取使所述确认信号的条件概率最接近0.5的传输速率 以作为所述传输信号的传输速率。所述方法可由以下等式表示"ewMCS = arg min(l 0.5 — pra6(AC7i: I MCS， SA^ ) I)其中SNR可由以下等式表示 膽=arg腿(戸&(膽I AC创)
SWR 。 换句话说，本方法利用相似于消息理论中的熵(entropy)的概念，选取能提供所
述通信系统最多消息的传输速率，以加速所述概率密度函数的收敛速度。 图7显示步骤102中另一种根据概率密度函数决定传输速率的方法。在步骤701，
根据所述更新的概率密度函数的最大值，分别计算不同传输速率接收到确认信号的条件概
率，并进入步骤702。在步骤702，使各所述确认信号的条件概率和对应的传输速率相乘以
得到各传输速率所对应的通过量，并进入步骤703。在步骤703，选取最大的通过量所对应
的传输速率以作为所述传输信号的传输速率。所述方法可由以下等式表示wewA/CS = arg max(datorafe(MCS) x /7r0Z ( ACKI MCS， SiVW))
A/CS 。 换句话说，本方法在每一次的更新中选取能使所述通信系统达到最大通过量的传 输速率。 图8显示步骤102中另一种根据概率密度函数决定传输速率的方法。在步骤801， 根据所述更新的概率密度函数的平均值，分别计算不同传输速率接收到确认信号的条件概 率，并进入步骤802。在步骤802，选取使所述确认信号的条件概率最接近0.5的传输速率 以作为所述传输信号的传输速率。所述方法可由以下等式表示wevvMCS = arg min(l 0.5 — praWACK IMCS) I) 其中prob(ACK|MCS)可由以下等式表示prob (ACK|MCS) = / prob(ACK|MCS， SNR)P(SNR|ACKs)dSNR。 本方法类似于图6的方法，其也选取能提供所述通信系统最多消息的传输速率， 以加速所述概率密度函数的收敛速度。然而不同于图6的方法，本方法并非取SNR的最大 值，而是将SNR积分后取所述条件概率prob (ACK | MCS)对SNR的平均值。
图9显示步骤102中另一种根据概率密度函数决定传输速率的方法。在步骤901， 根据所述更新的概率密度函数的平均值，分别计算不同传输速率接收到确认信号的条件概 率，并进入步骤902。在步骤902，使各所述确认信号的条件概率和对应的传输速率相乘以 得到各传输速率所对应的通过量，并进入步骤903。在步骤903，选取最大的通过量所对应 的传输速率以作为所述传输信号的传输速率。所述方法可由以下等式表示
「0044，"，MCS = arg max(d齒rafe(AfCS) x戸&(ACX I MCS1)) 其中prob (ACK I MCS)可由以下等式表示prob (ACK|MCS) = / prob(ACK|MCS， SNR)P (SNR|ACKs)dSNR。 本方法类似于图7的方法，其在每一次的更新中选取能使所述通信系统达到最大 通过量的传输速率。然而不同于图7的方法，本方法并非取SNR的最大值，而是将SNR积分 后取所述条件概率prob (ACK I MCS)对SNR的平均值。 图10显示步骤102中另一种根据概率密度函数决定传输速率的方法。在步骤
8IOOI，分别计算以不同传输速率接收到确认信号的条件概率的熵的期望值，并进入步骤1002。在步骤1002，选取使所述熵的期望值最小的传输速率以作为所述传输信号的传输速率。所述方法可由以下等式表示 "，M<^ = ar^in^(W^M^^)))，其中e (entr()py (MCS))可由以下等式表示E (entropy (MCS)) = prob (ACK | MCS) X entropy (P (SNR | oldprobings，固ACK，固MCS)) + (l-prob (ACK|MCS)) X entropy (P (SNR I oldprobings, newNACK， newMCS))，其中old probings为RSSI、MCSs禾口 ACKs。 本方法通过选取熵期望值最小的传输速率，使得计算出的传输信号信噪比的概率
密度函数最接近真实的传输信号信噪比的概率密度函数，因而达到加快收敛速度的目的。 综上所述，本实施例的传输速率适应方法并无利用探测信号，所以不会降低通过
量。另一方面，本实施例的传输速率适应方法在接收到确认信号或未确认信号后便更新传
输速率，所以其收敛速度比常规技术快。此外，本实施例的传输速率适应方法根据所有的确
认信号或未确认信号进行适应，而非仅统计短期的确认信号或未确认信号，所以不易受到
暂时性传输环境波动的影响，而能比常规技术更新到更适合的传输速率。 本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而所属领域的技术人员仍可能基于
本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰。因此，本发明的保护范围
应不限于实施例所揭示者，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并由所附权利要求
书涵盖。
权利要求
一种用于通信系统的传输速率适应方法，其特征在于其包含以下步骤根据传输信号的接收状态及所述传输信号的信噪比的概率密度函数更新所述概率密度函数；以及根据所述更新的概率密度函数更新所述传输信号的传输速率。
2. 根据权利要求1所述的传输速率适应方法，其特征在于其中所述传输信号的接收状 态包含是否接收确认信号或未确认信号。
3. 根据权利要求1所述的传输速率适应方法，其特征在于其中所述更新概率密度函数 的步骤是在接收到确认信号或未确认信号时进行。
4. 根据权利要求2或3所述的传输速率适应方法，其特征在于其中如果在固定时间内 未接收到所述确认信号或所述未确认信号，则视为接收到未确认信号。
5. 根据权利要求1所述的传输速率适应方法，其特征在于其中所述概率密度函数可由 以下等式表示<formula>formula see original document page 2</formula>为传输信号的信噪比，rssi为所接收信号强度指示，ack为接收到的确认信号，mcs为传输 速率，而n为更新次数。
6. 根据权利要求1所述的传输速率适应方法，其特征在于其中所述概率密度函数的更 新步骤是在将更新前的概率密度函数乘上已知传输速率和传输速率信噪比的情况下，接收 到确认信号的条件概率。
7. 根据权利要求6所述的传输速率适应方法，其特征在于其中所述概率密度函数的更 新步骤进一步包含在将更新前的概率密度函数除以已知传输速率的情况下，接收到确认信 号的条件概率。
8. 根据权利要求7所述的传输速率适应方法，其特征在于其中所述概率密度函数的更 新步骤可由以下等式表示;^， I W孤，AC&， MC&) = Pd I / 孤)Q 其中snr为传输信号的信噪比，rssi为所接收信号强度指示，ack为接收到的确认信号，mcs为传输 速率，而n为更新次数。
9. 根据权利要求1所述的传输速率适应方法，其特征在于其中所述更新传输速率的步 骤，包含以下步骤根据所述更新的概率密度函数的最大值，分别计算不同传输速率接收到确认信号的条 件概率；以及选取使所述确认信号的条件概率最接近O. 5的传输速率，用作所述传输信号的传输速率。
10. 根据权利要求9所述的传输速率适应方法，其特征在于其中所述更新的传输速率 可由以下等式表示<formula>formula see original document page 3</formula> I)其中ACK为接收到的确认信 号，MCS为传输速率，SNR为传输信号的信噪比的最大值，并可由以下等式表示 ■sw/ 。
11. 根据权利要求1所述的传输速率适应方法，其特征在于其中所述更新传输速率的步骤包含以下步骤根据所述更新的概率密度函数的最大值，分别计算不同传输速率接收到确认信号的条 件概率；使各所述确认信号的条件概率和对应的传输速率相乘以得到各传输速率所对应的通过量；以及选取最大的通过量所对应的传输速率以作为所述传输信号的传输速率。
12. 根据权利要求11所述的传输速率适应方法，其特征在于其中所述更新的传输速率 可由以下等式表示wewMCS = arg max(datora&(MCS) x ; ra&(ACATI MC5， SiV/ ))其中ack为接收到的确认信号，MCS为传输速率，SNR为传输信号的信噪比。
13. 根据权利要求1所述的传输速率适应方法，其特征在于其中所述更新传输速率的 步骤包含以下步骤根据所述更新的概率密度函数的平均值，分别计算不同传输速率接收到确认信号的条 件概率；以及选取使所述确认信号的条件概率最接近0. 5的传输速率，用作所述传输信号的传输速率。
14. 根据权利要求13所述的传输速率适应方法，其特征在于其中所述更新的传输速率 可由以下等式表示<formula>formula see original document page 3</formula>为传输速率，而prob(ACKlMCS)可由以下等式表示prob (ACK I MCS) = / prob (ACK | MCS， SNR) P (SNR | ACKs) dSNR，其中SNR为传输信号的信 噪比。
15. 根据权利要求1所述的传输速率适应方法，其特征在于其中所述更新传输速率的 步骤包含以下步骤根据所述更新的概率密度函数的平均值，分别计算不同传输速率接收到确认信号的条 件概率；使各所述确认信号的条件概率和对应的传输速率相乘以得到各传输速率所对应的通 过量；以及选取最大的通过量所对应的传输速率，用作所述传输信号的传输速率。
16. 根据权利要求15所述的传输速率适应方法，其特征在于其中所述更新的传输速率 可由以下等式表示<formula>formula see original document page 3</formula>认信号，MCS为传输速率，而prob(ACKlMCS)可由以下等式表示prob (ACKIMCS) = / prob (ACK | MCS， SNR) P (SNR | ACKs) dSNR，其中SNR为传输信号的信 噪比。
17. 根据权利要求1所述的传输速率适应方法，其特征在于其中所述更新传输速率的 步骤包含以下步骤分别计算以不同传输速率接收到确认信号的条件概率的熵的期望值；以及 选取使所述熵的期望值最小的传输速率以作为所述传输信号的传输速率。
18. 根据权利要求17所述的传输速率适应方法，其特征在于其中所述更新的传输速率 可由以下等式表示w，MCT = ai^^in^(e"/ra/73;(MC^))其中MCS为传输速率，而E (entropy (MCS))可由以下等式表示E(entropy(MCS)) = prob(ACK|MCS)X entropy (P (SNR I RSSI， oldMCSs， oldACKs，固ACK，固MCS)) +(l-prob(ACKIMCS))X entropy (P (SNR | oldMCS， oldNACKs， newNACK， newMCS))，其中ACK为接收到的确认信号，NACK为接收到的未确认信号，而SNR为传输信号的信 噪比。
19. 根据权利要求1所述的传输速率适应方法，其特征在于其进一步包含以下步骤 根据所接收信号强度指示，设置传输速率信噪比的初始概率密度函数。
全文摘要
一种用于通信系统的传输速率适应方法，其包含以下步骤根据传输信号的接收状态及所述传输信号的信噪比的概率密度函数来更新所述概率密度函数；以及根据所述更新的概率密度函数来更新所述传输信号的传输速率。
文档编号H04L1/16GK101753255SQ200810188120
公开日2010年6月23日 申请日期2008年12月18日 优先权日2008年12月18日
发明者杜勇赐, 陈俊才 申请人:雷凌科技股份有限公司