专利名称：在具有动态比特分配的多载波系统中降低信令花费的方法及所属的发射/接收装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在具有动态比特分配的多载波系统中降低信令花费的方法及所属的发射/接收装置，尤其是涉及一种在具有自适应比特加载的OFDM数据传输系统中减少信令开销的方法及装置。
常规的数字多载波系统使用具有不同频率的许多子载波或子信道来发射和接收数字信号。在此，发射机将一个发射信号划分成许多分量，并给每个分量分配一个确定的子载波，再按照其分量对每个子载波进行编码，并通过一个或多个传输信道传输每个子载波。
在此，可在一个确定的子载波上进行编码的最大的信息量就子载波而言是信/噪比(SNR)的函数。但是，一个传输信道的信噪比却与频率有关，以致于在一个子载波上可编码的最大的信息量从子载波到子载波是不同的。
所谓的比特加载方法(比特加载)在这种关系中根据譬如在子载波上占支配地位的信/噪比可有目的地分配相应的比特或比特值给子载波或子信道。在此，比特加载算法提供了供所谓的比特分配表(BAT)所用的值，该比特分配表(BAT)为各个子载波给出了需编码的信息量或把该信息量分配给各个子载波。
图1按照现有技术示出了多载波系统的简化方框图。在此，多载波系统主要由一个发射机1、一个传输媒体或信道2和一个接收机3组成。在采用带通系统时，也可选择性地使用一个具有RF调制器5和RF解调器6的RF调制系统4。
按照图1需传输的串行输入数据首先譬如用一个串/并行变换器10变换成并行的数据流。接着，根据发射端的比特分配表15通过编码级11对该并行数据流编码。准确地说是给每个载波分配一个信号空间星座，该信号空间星座与占支配地位的信/噪比有关，并且在常规的多载波系统中作为比特分配表的形式而只在初始阶段或训练阶段用一种比特加载算法来确定或最佳化。随后，这种类型(在频域)的编码信号在脉冲形成器12中形成合适的传输脉冲并由时域调制器13变换为时域，由此譬如产生多载波信号。接着由一个累加器14合并该多载波信号。
在图1中与发射机1对称建立的接收机3上，所接收的信号或输入数据值的子信道或子载波首先被分开，再由频域调制器16重新变换为频域后用一个接收滤波器17(低通)进行低通滤波，并在经过多个未示出的其它处理级后输送给判定器18。在训练阶段推导出紧连在判定器18之前的判定器-输入数据值，并借助一个噪声方差确定装置7与接收端已知的参考信号或参考数据值(RefX)相比较，由此测定相应判定器输入数据值的噪声方差或噪声功率。接收端的比特分配表9以该噪声方差为基础通过一个比特加载装置8或一个在其中执行的比特加载算法来说明或进行匹配。在此，发射端的比特分配表15譬如通过在传输BAT信令期间产生的返回信道或控制信道与接收端的比特分配表9取得平衡。判定器18在此譬如用来将不准确的判定器输入数据值分配到所用传输格式(如4QAM)的预定值集的一个(准确的)值上。于是，紧接在后面的解码级19譬如可根据比特分配表9的值对所接收的数据进行解码，其中并/串变换器20将并行数据流重新变换成串行数据流。
为实现自适应数据传输系统，这种类型的比特分配表不仅一次性地可在初始阶段或训练阶段进行确定，而且可根据传输信道2的相应的信道特性或传输特性按预定的时间间隔连续地进行确定，由此可获得一个动态的比特分配表。通常在此都按照信道特性的变化或有规律的时段测定相应的传输特性，确定所属的比特分配表和在传输BAT信令期间通过返回信道或控制信道使该比特分配表取得平衡。但是，由于这种类型的比特分配表具有一个相当高的数据量，所以同时也降低了多载波系统的有用数据率。
因此，本发明所基于的任务是，提供一种在具有动态比特分配的多载波系统中降低信令花费的方法及所属的发射/接收装置，其中减少了信令开销或改进了有用数据率。
按照本发明关于方法用权利要求1所述的措施解决，关于接收装置用权利要求10所述的特征解决，关于发射装置用权利要求13所述的特征解决。
尤其是为存储多个加标的比特分配表而使用BAT存储装置，在将所测得的比特分配表与BAT存储装置中存储的、已加标的比特分配表一致的情况下，只传输所属的指数以在传送信令期间实现BAT平衡，由此大大减少了在传送信令期间所传输的数据量，并由此可得到较高的有用数据率。
此外，优选在所测得的比特分配表与已存储的和已加标的比特分配表不一致的情况下，可检验一定数目的在BAT存储装置中存储的比特分配表，其中在超过最大数目的所存储的比特分配表时，可确定与下一个存储的比特分配表的差，并且为在传送信令期间实现BAT平衡只传输该差和下一个存储的比特分配表的指数。用这种方式在BAT存储装置中存储量有限的情况下可重新获得最佳的平衡，其中信令数据得到减少和有用数据率的使用得到改进。
优选比特分配表包括多个子载波群和在每个子载波群上都有多个所属的群比特值，由此与给每个子载波分配一个所属的比特值的比特分配表相反，在传送BAT信令期间可重新减少供BAT平衡用的所需的数据量，并且由此可提高有用数据率。
优选多载波系统由一个OFDM数据传输系统(正交频分多路复用)组成，其中特别使用一种自适应调制。
优选BAT存储装置譬如在ROM中具有一个预存的、预先确定的固定的比特分配表区。因此，已经预先静态地存储优选的可能的比特星座，由此对某些使用情况进一步达到最佳化。
在其它权利要求中，表明了本发明的其它优选方案的特征。
下面根据实施例就附图详细说明本发明。
图中图1按照现有技术示出了多载波系统的简化方框图；图2按照第一实施例示出了展示主要方法步骤的简化流程图；图3按照第二实施例示出了展示主要方法步骤的简化流程图；图4示出了本发明所述的接收机的简化方框图；以及图5示出了本发明所述的发射机的简化方框图。
下面就具有自适应比特加载的OFDM数据传输系统(正交频分多路复用)说明本发明，其中原则上却也可使用其它的多载波系统、譬如MC-CDMA调制(多载波码分多址)或CDMA调制(码分多址)。
OFDM数据传输技术提供了通过具有符号间干扰的信道进行高效的通信的可能性。这种技术表明不仅在使用无线传输时(譬如DAB、DVB-T、超级线路/2)，而且在进行有线数据传输时(譬如ADSL、UDSL)都可作为合适的备选技术。同样，在使用低压电网进行信息技术应用时也可使用该传输技术。这种数据传输系统譬如已知可作为所谓的“电力线”传输系统。
在具有自适应比特加载的OFDM数据传输系统中可如此计算数据率数据率＝(NNUTZ×BCARRIER)/(N/B+TGUARD)，其中NNUTZ＝有用子载波数，BCARRIER＝每个有用子载波的平均比特，N＝子载波数，B＝系统带宽(HZ)，TGUARD＝保护时间间隔(秒)。
如果现在每个有用子载波最大传输m比特，则在一定的时间间隔t内，必须从接收机到发射机传输每个有用子载波的调制有效位数(Modulations-wertigkeit)。如果从尽可能可靠的传输出发，则最多使用每个有用子载波的1个比特来传输该信令。由此，所拥有的数据率减少到数据率*＝(NNUTZ×BCARRIER)/(N/B+TGUARD)×(1-m×(N/B+TGUARD/t))以此，用譬如N/B+TGUARD＝0.138msm＝3t＝5mS就可得到总数据率所拥有的数据率*为0.9232。
在此，m确定了用于确定相应调制字符表内的状态的比特数。
首先，本发明的出发点在于，虽然信道特性可变，但总还是会再出现类似的情况，正如尤其在低压电网或所谓的电力网中那样。在此，按照本发明减少了在具有自适应比特加载的OFDM数据传输系统中的信令开销。
实施例1图2按照第一实施例示出了展示主要方法步骤的简化流程图以降低多载波系统的信令花费。
按照图2首先在步骤S1测定传输信道的相应的传输特性，并在该信道特性的基础上在下一步骤S2中测定相应的比特分配表或所谓的比特加载星座BAT。在最简单的情况下，这种比特分配表是由给多个子载波分配的多个比特值组成。
在相应的传输开始时，在接收机和发射机之间传输分别为当前的比特分配表BAT，并且不仅在接收机中而且在发射机中都作为表目存储在所谓的BAT存储装置中或所谓的比特加载查询表LUT中。
为实现接收机和发射机之间的BAT平衡，在下一个必要的BAT信令内，按照图2在步骤S3中首先要检验比特加载星座或所测定的比特分配表BAT是否已经作为表目存于BAT存储装置LUT中。准确地说，在此实现将测定的比特分配表BAT与在BAT存储装置LUT中存储的比特分配表相比较。如果在该步骤S3中确定了测定的比特分配表与存储的比特分配表的一个不一致，则首先在步骤S4中将测定的比特分配表BAT存储在BAT存储装置LUT中以附加到已存储的比特分配表上，此外还进行加标。准确地说，在存储每个比特分配表BAT时分配一个指数1，该指数优选由一个递增的数值组成。于是，在BAT存储装置中和比特加载查询表LUT中存储的值选择如下
在随后的步骤S5中，为在传送信令期间实现BAT平衡将所测定的比特分配表BAT与所分配的指数I一起传输，并且存储在发射端的BAT存储装置LUTs中。接着，程序流程重新返回到步骤S1，其中要重新测定信道特性和在有变化时在步骤S2确定所属的比特分配表。
在此，在步骤S3中重新测定新的比特分配表是否已经存在BAT存储装置中，如果还不是这种情况，则可譬如用新的指数I＝2重新存储该新的比特分配表，并且譬如为达到平衡将其按如下方式传输到发射机
在迄今所采用的这种方法中，尚未获得提高有用数据率，因为譬如在现有技术中当传送信令时必须传输比特分配表BAT的全部数据组。
但是如果尤其在已经在BAT存储装置LUT中存储了多个比特分配表BAT的稍后时刻，使测定的比特分配表与在BAT存储装置LUT中存储的比特分配表取得一致，则按照本发明仅传输一致的、已存储的比特分配表BAT的指数I以在传送信令时实现BAT平衡。如果譬如在BAT存储装置LUT中只有比特分配表的32个表目和由此只有32个指数，则因此在理想的情况下，为了对比特加载星座或比特分配表传送完整的信令只还需要5个比特，而不是譬如m×NNUTZ＝3×256＝768比特。所以就大大降低了信令开销和近似地使所拥有的有用数据率与OFDM数据传输系统的数据率相同。
实施例2图3按照第二实施例示出了展示主要方法步骤的简化流程图，其中相同的参考符号表示相同或类似的方法步骤，并且下面不再详述。
按照图3在步骤S1中还要重新测定或确定相应信道的传输特性，其中首先考虑信/噪比SNR。在所测定的信道特性的基础上，在步骤S2中测定或确定所属的比特分配表或比特加载星座BAT，以便在相应的子载波上获得小的比特误码率或在信道上获得最大的数据率。如图2所示的一样，在步骤S3中要检验所测定的比特分配表BAT是否已存在于BAT存储装置LUT中，其中在所测定的比特分配表与所存储的比特分配表一致的情况下，在步骤S6中只传输已存在比特分配表内的所属的指数I。对于已存在于BAT存储装置中的比特分配表，以此就可如实施例1那样获得相同的减少的信令开销。
但是，按照图3在所测定的比特分配表与所存储的比特分配表不一致的情况下，在步骤S3`中进一步检验如下一些在BAT存储装置LUT中所存储的比特分配表，以致于只将最大数目的比特分配表存储在BAT存储装置中。以这种方式譬如就可在发射端和接收端大大地减少存储容量。
在超过最大数目MAX的、BAT存储装置中所存储的比特分配表BAT时，或当达到存储装置的容量时，在步骤S7中要确定与下一个所存储的比特分配表相比的差D。准确地说，譬如所测定的比特分配表与所有已存储的比特分配表做如下比较，以致于在相应的子载波中的相应的比特值的差最小。作为下一个所存储的比特分配表譬如可选择如下存储的比特分配表，其每个子载波所确定的差的平均值最小。
在此，差D由相应的子载波号码以及与当前的比特星座相比得到的所属差值中得出。如果需传输的比特的由此所得出的总数比传输全部比特分配表BAT大，则可实现传输所测定的比特分配表。但是如果不是这种情况，则按照步骤S8传输预先测定的差D，所述的差D的组成为子载波号码以及所属的差值和在考虑差时所考虑的下一个比特分配表的指数。在发射端从所传输的信息中(该信息由所述的指数和与下一个比特分配表的差组成)重构所测定的比特分配表，并使该表与信道特性匹配。在不同大小的存储装置中，在发射端或接收端可将如此重构的比特分配表附加地存储在BAT存储装置中。
反之如果按照图3在步骤S3`中确定还未达到最大数目的所存储的比特分配表，则在步骤S4中重新存储和加标所测定的比特分配表，以及在步骤S5中传输该测定的比特分配表以便在传送信令期间实现BAT平衡。
以这种方式可重新获得在OFDM数据传输系统中减少信令开销，以此来进一步提高有用数据率。
合理地传输指数I(M＝表目数)以及可变的子载波的编号(L)所达到的极限计算如下m×NNUTZ＞1d(M)+(L×1d(NNUTZ)×m)L＜(M×NNUTZ-1d(M)/(1d(NNUTZ×m))L＜32用譬如NNUTZ＝256，m＝3和M＝32得出，这种类型的传输只有当最大有31个子载波变化或与所测定的比特分配表不同时才有意义。
扩展该实施方案可以使BAT存储装置部分地是静态的，或者使其具有一个预先确定的、固定的比特分配表区。准确地说，已经存有一个可能的比特星座或比特分配表区，由此可实现有目的地与相应的信道特性匹配。再则，对于存储装置或查询表LUT的静态部分不需要使用写/读存储器RAM，可借助广泛地只读存储装置(ROM)来实现BAT存储装置，用该存储装置使L(几乎总是)小于极限值(m×NNUTZ-1d(M))/(1d(NNUTZ×m))。
实施例3为进一步减少信令开销，除现说明的方法以外也可进行智能求差。譬如可进一步降低信令花费，方式是对子信道群或子载波群进行比特分配和功率分配。这具有的优点在于，将1个比特综合成为一个子载波群可使信令花费降低因数1。
因此，比特分配表从现在起就由具有多个所属的群比特值的多个子载波群组成。但是这种成组地分配调制方法原则上会导致对信道特性的自适应性较差，因此可预料会提高比特误码率。尤其在电力线传输环境中根据其带宽窄，信道的频率选择性就很小，以致于也只会出现相邻子载波之间的信/噪比SNR的缓慢变化。原则上比特分配是面向信息组或群的最小SNR，由此对群的最差的子载波来说也可保障有一个满意的比特误码率。首先，在这种减少信令开销的情况下，可实现用具有功率缩放的CHOW CIOFFI和BINGHAM的比特加载算法进行分配或比特分配。
如果实施这种成组地分配调制方法和在此放弃功率匹配，则对于信令来说，当使用上述假设的调制有效位数和代码率时将小于OFDM系统的20％。这可能允许附加使用扩展技术以在强干扰的信道上传递比特加载信息或比特分配表BAT。
下面说明接收和发射装置以实施上述的方法。
图4示出了接收机的简化方框图，其中参考符号8表示一个比特加载装置以进行比特加载算法。譬如在这个比特加载装置8中以信/噪比为基础测定分别为当前的比特分配表BAT，并将其传送到接收控制装置SER以分析所产生的比特分配表BAT。接收控制装置譬如是一个微处理器或微计算机。此外，接收机具有一个BAT存储装置LUTR以存储多个比特分配表BAT1-BATX以及所属的指数I＝1-X。为与相应的信道特性相匹配，譬如可根据相应的比特分配表BAT如此地控制图1按现有技术所示的已知的功能块，以获得与信道相应的传输特性的最佳匹配。
因此，当由比特加载装置8产生的比特分配表BAT与一个在BAT存储装置LUTR中存储的比特分配表BAT1-BATx一致时，为在传送信令期间实现BAT平衡而仅传输一个指数I。
如果不是这种情况，则按照图2和3所述的方法对所产生的比特分配表BAT加标，并共同与指数I一起存储在BAT存储装置LUTR中且允许进行传输。
此外，按照图4可如此进行求差和/或对所测定的比特分配表进行分组，以便测定和传输与下一个比特分配表相比所得到的差D，和/或按照上面所述的方法对所产生的比特分配表进行分组。在每种情况中都可得到一个减少的数据量，因为或者必须仅传输指数I，或必须传输具有与下一个比特分配表相比所得到的差D的指数I。
图5示出了本发明所述的发射装置的简化的方框图，其中相同的参考符号表示相同的或类似的单元，且在下面不再重复说明。
按照图5在发射机中通过返回或控制信道接收比特分配表BAT、指数I和/或差D，并有一个发射控制装置SES相应地分析上述的方法。准确地说是在接收具有所属指数I的比特分配表时，将这个值存储在发射端的BAT存储装置LUTS中，由此可得到接收端的BAT存储装置的拷贝。对于只传输指数I的情况，发射控制装置SES如此控制BAT存储装置LUTS，以使未画出的功能块10-14使用在相应的指数I之中存储的比特分配表BAT来达到与信道特性的匹配。此外，在求差和/或智能求差的情况下，应由发射控制装置SES如此分析所传输的指数I和所属的差，以借助指数I选出在BAT存储装置中的下一个比特分配表并且传送给BAT更新装置AKT。随后，在使用额外传输的差值D和下一个比特分配表BAT3的情况下，在BAT更新装置AKT中重构当前的比特分配表BATakt并且输出该当前的比特分配表BATakt以与信道特性相匹配。用同样方式，发射控制装置可解算分别在接收装置中对比特分配表所进行的分组，并进行相应的匹配。以这种方式在一个具有动态比特分配的多载波系统中可在成本上便宜地减少信令开销并改进有用数据率。
本发明出于清楚明了的原因只对在一个方向上的数据传输作了说明。但是同样也涉及到相反方向上的数据传输。此外，借助一个OFDM数据传输系统对本发明进行了说明。但却不限于此，更确切地说它还包括具有动态比特分配的所有其它无线或有线多载波系统。
权利要求
1.在具有动态比特分配的多载波系统中降低信令花费的方法，采取的步骤有a)测定传输信道的传输特性(S1)；b)根据所测定的传输特性测定比特分配表(BAT)(S2)；c)将所测定的比特分配表(BAT)与在存储装置(LUT)中存储的并加标的比特分配表相比较(S3)；其中d)在所测定的比特分配表与所存储的比特分配表的一个达到一致的情况下，只传输相一致的存储的比特分配表(BAT)的一个指数(I)，以在传送信令期间实现BAT平衡(S6)。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于进一步的步骤在所测定的比特分配表与所存储的比特分配表的一个不一致的情况下e)检验在BAT存储装置(LUT)中存储的多个比特分配表(S3`)；其中当超过最大数目(MAX)的在BAT存储装置(LUT)中存储的比特分配表时f1)确定与下一个所存储的比特分配表的差(D)(S7)；和f2)传输所述的差(D)和下一个所存储的比特分配表的指数(I)(S8)。
3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于进一步的步骤在未超过最大数目(MAX)的在BAT存储装置(LUT)中存储的比特分配表时g1)将所测定的比特分配表存储在BAT存储装置(LUT)中和分配一个指数(S4)；和g2)传输具有所分配的指数(I)的所测定的比特分配表以在传送信令期间实现BAT平衡(S5)。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于进一步的步骤在所测定的比特分配表与所存储的比特分配表的一个不一致的情况下g1)将所测定的比特分配表存储在BAT存储装置(LUT)中和分配一个指数(S4)；和g2)传输具有所分配的指数(I)的所测定的比特分配表以在传送信令期间实现BAT平衡(S5)。
5.按照权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于比特分配表具有多个子载波和在每个子载波上都有多个所属的比特值。
6.按照权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于比特分配表具有多个子载波群和在每个子载波群上都有多个所属的群比特值。
7.按照权利要求1-6之一所述的方法，其特征在于用比特分配表来实现自适应调制。
8.按照权利要求1-7之一所述的方法，其特征在于多载波系统是一个OFDM-、MC-CDMA-和/或CDMA-数据传输系统。
9.按照权利要求1-8之一所述的方法，其特征在于BAT存储装置(LUT)具有一个预先固定地确定的比特分配表区。
10.在具有动态比特分配的多载波系统中降低信令花费的接收装置，具有一个比特加载装置(8)，用以根据所测定的信道特性产生比特分配表(BAT)；一个接收控制装置(SER)，用以分析所产生的比特分配表(BAT)；以及一个BAT存储装置(LUT)，用以存储多个比特分配表，其特征在于BAT存储装置(LUT)还对每个比特分配表都存储一个指数(I)，当所产生的比特分配表与在BAT存储装置(LUT)中所存储的比特分配表的一个一致时，接收控制装置(SER)只输出一个指数(I)以在用于传输的信令期间实现BAT平衡(S5)，以及根据所产生的比特分配表与变化的信道特性进行匹配。
11.按照权利要求10所述的接收装置，其特征在于当所产生的比特分配表与在BAT存储装置(LUT)中所存储的比特分配表的一个不一致时，接收控制装置(SER)将具有所属的指数(I)的所产生的比特分配表存储在BAT存储装置(LUT)中，并且输出该表以在用于传输的信令期间实现BAT平衡。
12.按照权利要求10或11所述的接收装置，其特征在于接收控制装置(SER)检验在BAT存储装置(LUT)中存储的多个比特分配表，并且在超过最大数目(MAX)的在BAT存储装置(LUT)中存储的比特分配表时确定与下一个存储的比特分配表的差(D)，并且输出该下一个比特分配表的指数(I)以及该与下一个存储的比特分配表的差(D)，以在用于传输的信令(S5)期间实现BAT平衡。
13.在具有动态比特分配的多载波系统中降低信令花费的发射装置，具有一个发射控制装置(SES)，用以分析一个所接收的比特分配表和/或一个指数(I)和/或一个与下一个比特分配表的差(D)；以及一个BAT存储装置(LUT)，用以存储所接收的比特分配表和所属的指数，其中根据在所接收的指数(I)中所存储的比特分配表来实现与所变化的信道特性相匹配。
14.按照权利要求13所述的发射装置，其特征为一个BAT更新装置(AKT)，用来根据所接收的差(D)更新通过所接收的指数(I)选出的比特分配表。
15.按照权利要求10-14之一所述的发射和/或接收装置，其特征在于多载波系统是一个OFDM-、MC-CDMA-和/或CDMA-数据传输系统。
16.按照权利要求10-15之一所述的发射和/或接收装置，其特征在于借助自适应调制装置对变化的信道特性实现匹配。
全文摘要
本发明涉及在每个子载波都具有动态比特分配的多载波系统中降低信令花费的方法以及所属的发射/接收装置，其中配备有指数(I)的所测定的比特分配表(BAT)存储在BAT存储装置(LUT)中。为减少信令开销在现有的比特分配表中只传输所属的指数(I)(S6)。
文档编号H04L27/26GK1518821SQ01823373
公开日2004年8月4日 申请日期2001年4月27日 优先权日2001年4月27日
发明者E·波林斯, W·格雷廷, R·凯恩, G·罗姆巴迪, E 波林斯, 淄, 钒偷 申请人:西门子公司