专利名称：在无线通信系统中选择调制和编码方案的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及无线数据通信系统，并且更具体而言涉及用于选择调制和编码方案(MCS)的方法和设备。
背景技术：
诸如CDMA2000的先进无线通信系统可以从多种调制和编码方案(MCS)中选择适合于每种发射的调制和编码方案。MCS的选择是特别受到关注的，这是由于为第一用户选择的MCS不仅可以影响该用户的最大数据速率，而且还可以影响该系统中的其他用户的最大数据速率。尽管现有技术的数据通信系统专注于每次为一个用户选择MCS，然而这潜在地造成对整个系统吞吐量的损失。
因此，所需要的是用于选择调制和编码方案的方法和设备，该方法和设备将会提高整个系统的吞吐量，同时获取对宝贵无线带宽的更多利用。
附图用来进一步描述多种实施例，并用于解释根据本发明的多种原理和所有优点，其中在全部分离的视图中，类似的参考数字涉及相同或功能类似的元件，附图与下文的详细叙述相结合，并被并入申请文件部分，形成申请文件的一部分。
图1是示例性的调度器的电气框图。
图2描述了调制和编码方案的选择框图。
图3是描述调度器操作的示例性流程图。
具体实施例方式
总的来说，本发明的公开内容涉及通信系统，该通信系统使用接收机来提供对通信单元的服务，或者更具体地说，是提供对在其中操作的用户的服务。更具体地，将论述和公开多种发明概念和原理，它们被具体化为用于选择在配备有这种通信系统的设备中使用的调制和编码方案的方法和设备。受到特殊关注的通信系统是那些正在布置和开发的通信系统，诸如W-CDMA(宽带-CDMA)、CDMA2000、2.5G(2.5代)、3G、UMTS(通用移动通信业务)系统及其演变，这些系统使用了扩展频谱的信号，尽管这些概念和原理可以应用于其它系统和设备。
所提供的目前的公开内容，是以允许方式(enabling fashion)来进一步解释根据本发明构造和使用多种实施例的最佳模式。更多提供的公开内容是用于增强对发明原理和优点的理解和认识，而不是以任何方式限制本发明。本发明是通过附加的权利要求书来唯一地定义，这包括在该申请未决期间进行的任何修正、以及在发布(issue)申请时这些权利要求的所有等同形式。
能够进一步认识到，如果有使用相关术语的情况，所使用的相关术语，诸如第一和第二、顶部和底部等，仅仅被用于区分彼此实体或动作(action)，并不必需地要求或暗示在这些实体或动作之间任何实际的这种关系或顺序。使用常规数字信号处理器、或在一个或多个常规数字信号处理器(DSP)中、或使用诸如定制或专用IC的集成电路(IC)，就能够最佳地实现许多本发明的功能和许多本发明的原理。预期普通技术人员在本文公开的概念和原理的指导下，尽管由于例如可用时间、当前技术和经济考虑的因素，会使普通技术人员可能付出很多努力和进行多种设计选择，但是普通技术人员将能够很容易地编程这种DSP，或者使用最小的实验量生成这种IC。因此，为了减少和最小化任何使根据本发明的原理和概念变得不明确的危险，如果有这种DSP和IC的论述，这种DSP和IC的更多论述将被限制为关于由优选实施例所使用的原理和概念的基本要素(essential)。
诸如CDMA2000的先进无线通信系统可以从多种调制和编码方案中选择适合于每种发射的调制和编码方案。调制和编码方案(MCS)定义了调制类型、以及编码率、信道码的数量和时隙持续时间，该调制类型例如是BPSK、QPSK、16QAM、64QAM等，编码率例如是0.2、0.25、0.3等，信道码的数量例如是20，时隙持续时间例如是1.25ms、2.5ms，6ms。例如，在CDMA2000 Release C中具有127个预定的MCS选择。
在CDMA中，信道码是彼此正交的数学函数，例如Walsh码，信道码定义了通信信道。我们将认识到，在TDMA系统中，通信信道是通过时隙来定义，在FDMA系统中，通信信道是通过频率来定义。因此，这里使用的术语“码”被广义地定义为包含CDMA信道码、TDMA时隙和FDMA频率，这取决于通信系统的类型。在像IS-95的语音系统中，一个码与一个信道相关联，该信道被分配给一个用户。在高数据速率的系统中，给信道分配多个码(code)，以实现高的数据速率；即，信道具有发射相当于多个语音呼叫的数据的能力。存在每次可以发射固定数量的用户。例如，在CDMA2000中每次可以发射仅仅两个用户。这两个用户共享28个Walsh码的池。它们的MCS确定每个用户将使用多少个码。每个MCS需要对应的已知数量的发射功率。存在可被分配给(一个或多个)用户的最大可用发射功率。一旦选择MCS，则确定所需要的功率。它必须小于最大可用发射功率，否则就不能使用MCS。
简短来说，在根据本发明的一个实施例中，根据例如周知的优先级标准，例如正比公平(Proportional Fair)，对需要数据发射的用户区分优先次序。然后，调度器为队列中的第一用户(最高优先级用户)确定所有的MCS候选，这些MCS候选将提供可用资源的最大数据速率。接下来，调度器为队列中的第二用户(第二最高优先级用户)确定所有的MCS候选，这些MCS候选将给第二用户提供经过每个第一用户MCS候选所剩余的资源的最大数据速率。然后，调度器选择第一用户的MCS候选中的、提供关于第二用户的最高最大(hightestmaximize)数据速率的一个MCS候选，作为第一用户的最佳MCS。继续这个过程，直到达到了最大的CDMA用户限度或没有更多可用的资源。
参照图1，电气框图描述了根据本发明的示例性调度器100，该调度器包括用于控制调度器的处理器104。调度器100还包括存储器106，该存储器106被耦合到处理器104并且包括软件程序108，该软件程序包含用于对处理器104编程的可执行指令和数据。软件程序108包括MCS列表110和每个MCS的属性，该MCS列表110定义了调度器100可使用的MCS选择，每个MCS的属性包括所需要的发射功率和所使用的编码数。正如在本文下面进一步公开的内容，软件程序108还包括用于对处理器104编程的MCS选择程序112，用以根据本发明选择关于每个用户的MCS。此外，软件程序108包括用于对处理器104编程的系统接口通信程序114，用以控制系统接口102通过常规的通信链路116与无线通信系统进行通信，以便与无线通信系统协作，从而根据本发明来选择MCS。
我们现在公开根据本发明的用于有效MCS选择和调度的技术。假定在当前队列中存在N个用户，并且将他们根据诸如正比公平标准等周知的标准来区分优先次序。我们将认识到，可以替换地使用除区分用户的优先次序的其它标准，例如使用最大C/I标准。通过使关于给定可用资源(例如，功率和码)的数据速率的最大化(maximize)、以获得最大速率的MCS候选的集合，来选择第一(最高优先级)用户的MCS 其中M是所有可用的MCS的集合(set)， 是资源约束，
P(m)≤P1(2)C(m)≤C1该资源约束优选与其它约束结合，诸如重新发射约束和持续时间约束，其中P(m)和C(m)是MCS等级m的所需功率和码数，P1，C1是分组数据用户的总的可用功率和码，并且R(m)＝L(m)/T(m) (3)是MCS等级m所提供的数据速率，其中，L(m)和T(m)分别是对应的编码分组大小和持续时间。注意到，在候选集合(1)中的所有MCS提供了相同的最大数据速率， 也就是说，对于第一用户，对于给定的资源约束，在候选集合中选择的MCS并不影响第一用户的数据速率。然而，所选择的MCS可以影响第二用户的MCS选择和数据速率。因此，第一用户的MCS优选是来自使第二用户的数据速率最大化(maximize)的候选集合中的MCS。
我们得出MCS候选集合的组(group)，该MCS候选集合使关于在第一用户候选集合(1)中每个MCS的第二用户数据速率最大化(maximize) 其中 其中 是资源约束P(m)≤P2(m1[k1])＝P1-P(m1[k1])(6)C(m)≤C2(m1[k1])＝C1-C(m1[k1])该资源约束与诸如重新发射约束和持续时间约束的其它约束结合。对 的对应数据速率是 并且 对应于 的数据速率。
然后，我们得出第一用户的最佳MCS，它提供第二用户的最大数据速率κ1=argmaxk1∈{1,2,···,K1}{γk12}.----(9)]]>第一用户的最佳MCS是m1[κ1]. (10)具有最大数据速率γκ12的对应的MCS候选集合(set)是 类似地，为了从(11)中的候选集合中确定第二用户的最佳MCS，我们首先为第三用户得出在(11)中关于第二用户MCS候选的最大MCS候选集合的群(group) 其中 其中 又是资源约束P(m)≤P3(mκ12[k2])=P(m1[κ1])-P2(mκ12[k2])]]>(14)C(m)≤C3(mκ12[k2])=C(m1[κ1])-C2(mκ12[k2])]]>加上其它约束。 的对应数据速率是 其中 对应于 现在通过使第三用户数据速率最大化(maximize)，我们可以选择第二用户的最佳MCSκ2=argmaxk2∈{1,2,···,Kκ12}{γk23}.----(17)]]>第二用户的最佳MCS是mκ12[κ2]
第三用户的对应最大速率MCS候选集合是 它与γκ23的最大数据速率相关联。
通常，我们得出第n-1个用户的MCS候选集合 与(20)中的MCS候选对应的第n个用户最大数据速率MCS集合的群(group)是 其中 对应于第n-1个用户的MCS候选，mκn-2n-1[kn-1]，并且 是第n个用户的约束集合(set)，它包含资源约束P(m)≤Pn(mκn-1n[kn-1])=P(mn-2[κn-2])-Pn-1(mκN-2n-1[kn-1])]]>C(m)≤Cn(mκn-1n[kn-1])=C(mn-2[κn-2])-cn-1(mκn-2n-1[kn-1])]]>加上其它约束。对应的数据速率是 其中 是与MCS候选集合 对应的数据速率。
通过使第n个用户数据速率最大化(maximize)，我们现在可以从(22)中的候选集合中选择第n-1个用户的最佳MCSκn-1=argmaxkn-1∈{1,2,···Kκn-2n-1}{γkn-1n},----(25)]]>即，mκn-2n-1[κn-1].
因此，对第n个用户的对应最大速率MCS候选集合是 它具有相关联的数据速率γκn-1n。
如果第n个用户不是最后用户，也就是n＜N，那么通过重复上述的过程，即，通过首先得出与在(26)中第n个用户的MCS候选集合对应的第n+1个用户的最大数据速率MCS候选集合的集合(set)，就可以完成它的最佳MCS选择 其中 它具有对应的数据速率 其中 然后，选择第n个用户的MCS，以使第n+1个用户的数据速率最大化(maximize)κn=argmaxkn∈{1,2,···,Kκn-1n}{γknn+1}----(31)]]>或mkn-1n[kn]如果第n个用户是最后用户，即，n＝N，并且由于在(26)中的这些MCS候选提供了相同的数据速率，因此通过选择具有最少需要功率的MCS，就能够简单地实现最佳化κN=argminkN∈{1,2,···KκN-1N}p(mκN-1N[kN])----(32)]]>或mkN-1N[kN]在图2中对本文以上公开的技术进行概括。第一行202代表第一(最高优先级)用户的最大速率MCS候选集合。类似地，第二行和第三行204、206分别代表第二和第三用户的最大速率MCS候选集合，同时，在208、210行中分别描述了仅次于最后用户和最后用户的最大速率MCS候选集合(set)。
还注意到，中心列212代表每个用户的最大速率MCS候选集合的最佳MCS，即，产生关于下一后续行中用户最高的最大数据速率的MCS。
参照图3，示例性的流程图300描述了根据本发明的调度器100的操作。流程从用户计数的初始化302开始。接着，处理器104确定304可用的资源约束。然后，在给定可用资源约束的情况下，处理器104确定306使第一用户的数据速率最大化(maximize)的MCS候选集合。在步骤308，处理器104检验第一用户的候选MCS集合是否为空。如果第一用户的候选MCS集合是空的，则在步骤310处理器104移动到下一个用户，流程返回到步骤306。如果第一用户的候选MCS集合不是空的，则流程移动到步骤312，在步骤312中，用户计数器递增1。在步骤314，处理器104确定在第一用户的候选集合中应用每个MCS之后所剩余的资源约束。然后，处理器104形成316关于第n个用户的MCS候选集合的群(group)，一个候选集合用于在前用户的最佳候选集合的每个MCS。(注意到在第一用户的情况下，“最佳”候选集合是唯一(only)的候选集合)在步骤318，处理器104检验该群(group)是否为空。如果该群(group)是空的，则处理器104前进320到下一个用户，并且流程返回到步骤314。如果该群(group)不是空的，则流程移动到步骤322，以确定在前用户的最佳候选集合的哪个MCS会导致关于第n个用户的最高的最大数据速率。然后，将导致最高数据速率的MCS选择324作为在前用户的最佳MCS。然后，处理器从第n个用户的MCS候选集合的群(group)中，选择326与在前用户的最佳MCS对应的MCS候选集合，作为第n个用户的MCS最佳候选集合。然后，处理器检验328第n个用户是否是最后用户。如果不是最后用户，则流程返回到步骤312。如果是最后用户，则处理器104确定330最后用户的候选集合的哪个MCS需要最少的发射功率，并选择322它作为对最后用户的最佳MCS。
因此，从前述公开的内容中应当清楚地看到，本发明提供了一种用于在无线通信系统中选择调制和编码方案的方法和设备。该方法和设备以最优化系统中所有用户的数据速率的方式，有利地选择调制和编码方案。
本文公开的内容是用来解释如何形成和使用根据本发明的多种实施例，而不是用于限制其真实、预期和公正的范围和精神。前面的叙述并没有被意图是穷举的，或者是将本发明限制为公开的确切形式。按照上述的教导可以进行多种修改和变化。所选取和叙述的实施例是用于提供对本发明原理和其实际应用的最佳描述，并使本领域的普通技术人员能够利用在多种实施例中的本发明和利用具有多种修改的本发明，这些修改例如被适用于预期的特定使用。所有这种修改和变化都涵盖在本发明的范围内，正如由附加的权利要求书及其所有的等同形式所确定的范围，这是由于在该专利申请未决的期间可能对权利要求进行修正，所述等同形式是根据以公正、合法和合理方式授权的权利要求的宽度来解释权利要求时的所有等同形式。
权利要求
1.一种用于选择调制和编码方案(MCS)的方法，用于在无线通信系统中发送消息时使用，所述方法包括根据所述无线通信系统的可用资源约束，确定第一MCS集合，每个该第一MCS集合产生第一用户的最大数据速率；针对所述第一集合的每个MCS，形成第二MCS集合，该第二MCS集合根据在将该MCS应用到所述第一用户时保留的第一剩余资源来产生第二用户的所述最大数据速率，从而产生第二MCS集合的群；以及在产生所述第二集合群之后，从所述第一集合中选择所述第一用户的第一最佳MCS，该第一最佳MCS与所述第二集合群中的、允许所述第二用户最高最大数据速率的一个第二集合相对应。
2.如权利要求1的方法，进一步包括选择所述第二集合群中的、允许所述第二用户最高最大数据速率的一个第二集合，作为所述第二用户的最佳第二MCS集合；针对所述最佳第二集合中的每个MCS，形成第三MCS集合，该第三MCS集合根据在将所述最佳第二MCS集合应用到所述第二用户时保留的第二剩余资源，来产生第三用户的所述最大数据速率，从而产生第三MCS集合的群；以及在产生所述第三集合群之后，从所述最佳第二集合中选择所述第二用户的第二最佳MCS，该第二最佳MCS与所述第三集合群中的、允许所述第三用户最高最大数据速率的一个第三集合相对应。
3.如权利要求1的方法，进一步包括确定最后的MCS集合，该最后MCS集合产生了最后用户的所述最大数据速率；以及从使所需功率最小化的所述最后集合中选择MCS，作为所述最后用户的最后最佳MCS。
4.如权利要求1的方法，进一步包括从可用于使用的最大编码数和可被分配的最大发射功率的至少一个中，确定所述可用资源约束中的一个。
5.一种用于选择调制和编码方案(MCS)的调度器，用于在无线通信系统中发送消息时使用，所述调度器包括处理器，用于控制所述调度器；存储器，其被耦合到所述处理器，并且包含用于对所述处理器编程的可执行指令和数据；以及系统接口，其被耦合到所述处理器，用于使所述处理器与所述无线通信系统接口，其中所述处理器被编程用于根据所述无线通信系统的可用资源约束，确定第一MCS集合，每个该第一MCS集合产生第一用户的最大数据速率；针对所述第一集合的每个MCS，形成第二MCS集合，该第二MCS集合根据在将该MCS应用到所述第一用户时保留的第一剩余资源来产生第二用户的所述最大数据速率，从而产生第二MCS集合的群；以及在产生所述第二集合群之后，从所述第一集合中选择所述第一用户的第一最佳MCS，该第一最佳MCS与所述第二集合群中的、允许所述第二用户最高最大数据速率的一个第二集合相对应。
6.如权利要求5的调度器，其中所述处理器进一步被编程为选择所述第二集合群中的、允许所述第二用户最高最大数据速率的一个第二集合，作为所述第二用户的最佳第二MCS集合；针对所述最佳第二集合中的每个MCS，形成第三MCS集合，该第三MCS集合根据在将所述最佳第二MCS集合应用到所述第二用户时保留的第二剩余资源，来产生第三用户的所述最大数据速率，从而产生第三MCS集合的群；以及在产生所述第三集合群之后，从所述最佳第二集合中选择所述第二用户的第二最佳MCS，该第二最佳MCS与所述第三集合群中的、允许所述第三用户最高最大数据速率的一个第三集合相对应。
7.如权利要求5的调度器，其中所述处理器进一步被编程为确定最后的MCS集合，该最后MCS集合产生了最后用户的所述最大数据速率；以及从使所需功率最小化的所述最后集合中选择MCS，作为所述最后用户的最后最佳MCS。
8.如权利要求5的调度器，其中所述处理器进一步被编程为从可用于使用的最大编码数和可被分配的最大发射功率的至少一个中，确定所述可用资源约束中的一个。
9.一种用于选择调制和编码方案(MCS)的软件程序，该软件程序用于在无线通信系统中发送消息时使用，在所述无线通信系统的处理器上安装和运行所述软件程序时，所述软件程序使所述处理器执行根据所述无线通信系统的可用资源约束，确定第一MCS集合，每个该第一MCS集合产生第一用户的最大数据速率；针对所述第一集合的每个MCS，形成第二MCS集合，该第二MCS集合根据在将该MCS应用到所述第一用户时保留的第一剩余资源来产生第二用户的所述最大数据速率，从而产生第二MCS集合的群；以及在产生所述第二集合群之后，从所述第一集合中选择所述第一用户的第一最佳MCS，该第一最佳MCS与所述第二集合群中的、允许所述第二用户最高最大数据速率的一个第二集合相对应。
10.如权利要求9的软件程序，其中它进一步使所述处理器执行选择所述第二集合群中的、允许所述第二用户最高最大数据速率的一个第二集合，作为所述第二用户的最佳第二MCS集合；针对所述最佳第二集合中的每个MCS，形成第三MCS集合，该第三MCS集合根据在将所述最佳第二MCS集合应用到所述第二用户时保留的第二剩余资源，来产生第三用户的所述最大数据速率，从而产生第三MCS集合的群；以及在产生所述第三集合群之后，从所述最佳第二集合中选择所述第二用户的第二最佳MCS，该第二最佳MCS与所述第三集合群中的、允许所述第三用户最高最大数据速率的一个第三集合相对应。
11.如权利要求9的软件程序，其中它进一步使所述处理器执行确定最后的MCS集合，该最后MCS集合产生了最后用户的所述最大数据速率；以及从使所需功率最小化的所述最后集合中选择MCS，作为所述最后用户的最后最佳MCS。
全文摘要
在无线通信系统中，一种调度器(100)根据无线通信系统的可用资源约束(304)，来确定(306)第一调制和编码方案(MCS)集合，该第一集合中的每个产生第一用户的最大数据速率。然后，针对第一集合中的每个MCS，调度器形成第二MCS集合，该第二MCS集合根据在将该MCS应用到第一用户时保留的第一剩余资源(314)，来产生第二用户的最大数据速率，从而产生(316)第二MCS集合的群。在产生第二集合群之后，调度器从第一集合中选择(324)第一用户的第一最佳MCS，该第一最佳MCS与第二集合群中的、允许第二用户最高最大数据速率的一个第二集合相对应。
文档编号H04J3/24GK1969489SQ200580008099
公开日2007年5月23日 申请日期2005年3月18日 优先权日2004年3月30日
发明者麦克尔·M·汪, 毕皓, 泰勒·A·布朗 申请人:摩托罗拉公司