专利名称：适于数据分组传输的通信方法
技术领域：
本发明涉及数字通信领域，更具体地，涉及在有噪声和/或受到干 扰的信道上以高吞吐量进行分组传输。
背景技术：
根据现有技术的发展水平，无线链路上数据分组传输的质量变化 很大。为了将通信吞吐量最大化，可以实施链路自适应机制。
因此，所提交的Aperto Networks公司的专利文献US6643322描 述了一种允许使用多种类型的调制的通信系统，因而可以基于正确接 收或错误的分组来选择频谱效率(也就是说，每秒或每赫兹传输的有 用比特数)。因此，如果连续分组确认个数超过了特定阈值，则修改调 制参数以允许直接更高的频谱效率。相反地，如果未经确认的连续分 组数超过了特定限制，则修改调制参数以允许直接更低的频谱效率。
该技术存在以下缺点没有完全适于有噪声和/或受到干扰的通信
信道的质量。
发明内容
本发明致力于消除现有技术中的这些缺点。
更具体地，本发明的目的是改善通信系统的性能，同时保持相对
易于实施。
为此，本发明提出了一种适于数据分组传输的通信方法，其中， 该数据分组可以根据各种物理模式进行传输。为了改进传输性能，所
述方法包括以下步骤
-分组接收，其中，在与从至少两个物理模式的集合中选择的物 理模式相关联的至少一个无线电脉冲串(burst)中发送每个分组；
-对集合中每个物理模式的分组差错率的估计。
至少两个物理模式的集合与可能物理模式的集合或子集相对应。
有利地，所接收的分组中的至少一些并不用于接收分组并基于所 述分组估计差错率的设备。
因此，实施所述方法的终端可以对于所考虑的物理模式集合的传 输信道具有非常良好的估计。
根据有利特性，物理模式包括纠错码的调制和/或速率、和/或纠错 码的类型。
根据特定特性，差错率的估计包括检错码验证步骤。 根据有利特性，所述方法包括传输代表每个物理模式的分组差错
率的提示的步骤，将代表所述速率的速率传送到能够发送用于终端的
无线电脉冲串的站点。
有利地，所述方法包括以下步骤基于分组差错率估计和与物理
模式相关联的至少一个参数的估计，确定与所接收分组的差错率有关
的统计数据。
根据特定特性，所述方法包括以下步骤传输代表统计数据的提 示，将代表统计数据的提示传送到能够发送用于终端的无线电脉冲串 的站点。
根据特定特性，所述方法包括以下步骤基于分组差错率估计和 与物理模式相关联的至少一个参数的估计来估计信噪比。
根据另一特性，所述方法包括以下步骤传输代表所述集合的物 理模式中至少一些的信噪比的数据，将这些数据传输至站点，所述站 点能够发送用于终端的无线电脉冲串。
根据特定实施例，按照IEEE 802.16类型协议执行数据分组的传输。
根据有利特性，所述方法包括以下步骤传输用于数据分组传输 的物理模式修改请求。
通过阅读之后的描述，将会更好的理解本发明，以及其它特征和
优点将会显而易见，所述描述参照以下附图，其中 图1表示根据本发明特定实施例的通信网络；
图2示意性地示出了根据本发明特定实施例的图l通信网络的设
备；
图3至4相应地示出了在图1网络元件中实现的接收和传输方法;
以及
图5示出了图1网络中传输的下行链路子帧。
具体实施例方式
根据现有技术，根据本地通信节点所接收的数据来执行链路自适
应。根据本发明，相反地，本地通信节点使用并未用于该节点的MAC 层分组("媒体访问信道"，与OSI的ISO通信层的层II相对应，并直 接位于物理层之上)，从而获得与可与多种类型的通信参数相关联的链 路质量有关的补充提示。因此，本地节点可以从与最近的和许多的测 量相对应的相当丰富的统计量中受益(甚至在本地节点几乎没有接收 到数据时)。此外，本地节点可以实现针对用于与其它节点进行通信的 各种物理模式的质量预测。以这种方式，站点(例如节点)不再仅仅 知道它们使用的物理模式中的链路质量，还可以知道所使用的其它物 理模式中的链路质量。
图1呈现了根据本发明特定实施例的通信网络1。网络1包括基 站10和与终端相对应的订户站(或SS) 11至13。基站10将下行链 路子帧传输至SS 11至13。基站10接收到来自SS 11至13的上行链 路子帧。根据IEEE 802.16 (或WiMax⑧)协议来进行交换。
图5示出了由BS 10传输的下行链路子帧5，下行链路子帧5包
括
-前同步码50;
-报头51，用于描述子帧5的起始；
-所传输的脉冲串52，用于描述子帧5的剩余部分；
-连续的脉冲串(burst) 53至55，分别用于SS 11至13。
根据IEEE 802.16标准，提供了可以选择频谱效率(即，每秒和
每赫兹传输的有用比特数)的多种物理模式(即，调制(OFDM或"正 交频分复用")的关联和纠错码(或FEC:"前向纠错")的关联)。因 此，通过物理模式将脉冲串53至55以从最高稳健性(robust)至最 低稳健性进行排序。例如，利用速率l/2的修正码，根据BPSK调制 (或"二进制相移键控"或二相位调制)对报头51进行调制，相应的 物理模式表示为BPSK1/2。例如，利用速率3/4 (相应地，1/2)的修 正码，根据QPSK调制(或"四进制相移键控"或四相调制)对脉冲 串52 (相应地，53)进行调制，相应的物理模式表示为QPSK3/4 (相 应地，QPSK1/2)。例如，利用速率3/4 (相应地，1/2)的修正码，根 据QAM调制(或"四进制幅度键控"或十六状态)对脉冲串54 (相 应地，55)进行调制，相应的物理模式表示为16QAM3/4 (相应地， 64QAM1/2)。
每个脉冲串53至55共同组成MAC层(或MAC PDU)的多个 PDU ("协议数据单元")(或MACPDU)。因此，脉冲串53共同组成 多个MACPDU 530,…,53n，...。每个MAC PDU包括报头53nl 、有用 数据53n2 (或"有效载荷数据")和CRC 53n3 ("循环冗余校验")。 CRC可以检查分组是否错误。MACPDU自身包括要传输的、以及与 MSDU ("MAC服务数据单元")关联的有用数据。
根据2004或2005版本中的IEEE802.16标准，根据比率C/(N+1) 来确定调制，其中，C表示所接收到的有用信号的功率，N表示噪声 等级，以及I表示接口等级。在接收到用于执行该测量的终端的脉冲 串时作出对比率C/(N+1)的测量。
根据本发明，还在接收到用于执行该测量的终端的脉冲串时、以 及在接收到用于其它终端的脉冲串时作出对比率C/(N+1)的测量。
图2示意性地示出与终端11至13之一相对应的设备2。
设备2 (由地址和数据总线24链接在一起、还传送时钟信号)包
括
-微处理器21 (或CPU);
-ROM ("只读存储器")22类型的非易失性存储器； -随机存取存储器或RAM ("随机存取存储器")23;
-模块25，用于在无线链路上传输信号；以及 -模块26，用于在无线链路上接收信号。
此外，元件21至27中的每个是本领域技术人员已知的。在这里 不再对这些通用元件进行描述。
观察到用于本描述中的词"寄存器"在每个所提及的存储器中 指明了小容量存储器区域(若干二进制数据项目)和大容量存储器区 域(可以存储整个程序或表示所接收到的音频/视频服务的数据的全部 或部分)。
ROM存储器22具体包括
-程序"prog" 220;
-预先编程的物理模式221;以及
-阈值222。
将执行以下所描述的方法步骤的算法存储于与实施这些步骤的 装置2相关联的ROM存储器22中。在上电时，微处理器21加载并
执行这些算法的指令。
随机存取存储器23具体包括
-在寄存器230中，用于对在装置23上电时加载的微处理器进行 操作的程序；
-表示物理模式的提示，以及具体地，表示寄存器231中的调制 和寄存器232中的速率或纠错码类型的提示； -寄存器233中C/(N+1)的估计值 -寄存器234中接收质量测量的结果 -寄存器235中所接收或要传输的数据。
图3示意性地示出了在设备2中实现的下行链路子帧接收算法。 在第一步骤30的过程中，设备2对各种组件和变量进行初始化。 然后，在步骤31的过程中，设备2接收下行链路子帧5的起始， 并对前同步码50和报头51进行解码。在该步骤的过程中，设备2对 与当前脉冲串的等级(rank)相对应的变量(等级0与脉冲串52相对 应)。报头51包括前四个脉冲串的描述符，而第一脉冲串52包括后续 脉冲串的描述符。因此，设备2从报头51中提取代表前四个脉冲串的
调制和编码(物理模式)的提示以及前四个脉冲串长度，并对它们进 行存储。
之后，在步骤32的过程中，设备2接收与当前脉冲串相对应的 等级的脉冲串。
然后，在步骤33的过程中，设备2依据脉冲串的物理模式对脉 冲串进行解调和解码。如果是第一脉冲串52，则设备2根据第四脉冲 串，从中提取代表脉冲串物理模式的提示及其长度，并对它们进行存 储。在解码之后，设备2在寄存器234中存储所接收的与CRC相关联 的脉冲串的接收质量测量结果(正确接收的MACPDU个数，g卩，在 FEC解码之后正确的CRC，和/或错误接收MAC PDU的个数，艮口， 在FEC解码之后错误的CRC)，同时将该结果与当前脉冲串(在报头 51和第一脉冲串52的接收期间存储)的物理参数相关联。即使当前 的脉冲串并不用于设备2，也执行步骤32。该实施方式相对简单，并 且可以具有非常完整的策略数据。在步骤33的过程中，根据每个帧的 物理参数来存储正确接收和/或错误接收的PDU个数(以及所接收 PDU的可能总数)，从而必须确保测量的年代(age)。因此，例如， 设备2使正确接收的PDU的计数器和/或错误接收的PDU的计数器递 增，每个计数器与(调制，FEC)对(这里，FEC表示FEC的速率和 /或类型)、以及测量时间戳相关联。有利地，使用滑动时间窗来存储 测量；因此，最新的测量重写了最旧的测量(从而可以具有最新的(以 及不旧的)测量，并限制了必需的存储器大小)。根据变体，擦除与比 预定时间戳(例如，依据信道波动速度，从100ms或几百毫秒至几秒) 旧的时间戳相对应的计数器。根据另一变体，计数器与正确接收的 PDU个数和/或错误接收的PDU个数相关联(而不与时间戳相关联)。 有利地，根据该变体，周期性地将计数器设为0 (例如，每200ms)， 从而避免具有旧测量。
根据变体，仅针对与可用物理参数的自己相对应的脉冲串执行测 量，不必由设备2实现物理参数(例如，对于设备2中实现的应用， 如果给定调制/FEC速率所提供的吞吐量过高或过低。)
根据先前所描述的实施例，如果错误地接收到了脉冲串起始处的
PDU的MAC报头，则终端并不对脉冲串的剩余部分进行解码，并前 进至下一脉冲串。根据变体，如果错误地接收到脉冲串起始处的MAC PDU的MAC报头，则终端通过以任意方式重新同步(例如，根据在 参考号0650841下登记、但至今仍未出版的法国专利申请中描述的技 术，它预期了 HCS ("报头校验和")的差错校验字段或CRC类型的 重新同步)，实现了对脉冲串的剩余部分进行解码的技术；根据在本文 中描述的技术，当在MACPDU中丢失了分组等级同步时，通过在脉 冲串中搜索已知数据和/或通过在与MAC PDU长度相对应长度的滑 动窗内检查所接收到的数据是否满足CRC或HCS条件，来影响重新 同步)。
然后，在测试34的过程中，设备2检査当前脉冲串的至少一个 MAC PDU是否用于装置2。
如果肯定，则在步骤35的过程中，设备2将解码后的MACPDU (出现于当前脉冲串并用于设备2)传输至应用程序，或将它们存储 于寄存器235中。
如果否定或在步骤35之后，则在测试36的过程中，设备2检査 当前脉冲串是否是子帧5的最后的脉冲串。
如果否定，则在步骤39的过程中，设备2指向称为新的当前脉 冲串的下一脉冲串，并重复步骤32。
如果肯定，则在步骤36的过程中，设备2基于在步骤33的过程 中记录的测量值来计算统计量。
之后，在步骤37的过程中，设备通过考虑与该对相关联的、并 在步骤33期间更新的所有计数器，为每个(调制，FEC)对计算分组 差错率或PER。
然后，在步骤38的过程中，设备2确定其PER (在步骤37期间 计算)小于PER阈值(例如，在初始化步骤30期间由应用程序所请 求或由参数化所确定)的(调制，FEC)对。当多个(调制，FEC) 对具有所需的PER时，有利地，选择确保最高吞吐量的对。当没有对 具有所需的PER时，选择最稳健的对。
根据IEEE 802.16标准，对于每对物理参数，定义比率C/N+1的高阈值和低阈值。当为当前物理参数测量的比率C/N+1在所允许的范
围之外时，将包含C/N+1值的消息传输至基站，从而改变物理参数。 根据本发明，传输依据所期望的(调制，FEC)对的比率C/N+1。
以下，在步骤310的过程中，设备2通过将统计量转换为与IEEE 802.16标准兼容的C/(N+1)值，从所执行的测量中推断出代表链路质 量的比率C/(N+1)。因此，利用每个可能的(调制，FEC)对，设备2 与位于为这些物理参数所定义的低阈值和高阈值之间的值C/N+1相匹 配。通过示例，如果期望16QAMl/2调制，以及如果低和高阈值分别 为-78dBm和-73dBm，则为了利用这些物理参数，设备2传输具有例 如等于-75dBm的C/N+l的消息(该值不在被其它调制所授权的范围 内)。
然后，根据IEEE802.16标准，设备2通过在为此目的而提供的 保持间隔内传输类型RNG-REQ ("范围请求")或DBPC-REQ ("下行 链路简档改变请求")，将该值C/(N+1)传输至基站10 (类型C/N+1的 数据项目的传输可以保持与IEEE 802.16标准的兼容性)。基站l确认 新的脉冲串简档。根据IEEE 802.16标准，通过(调制，FEC)和关联 低和高阈值C/N+1对来确定简档(profile)。
根据变体实施例(例如，对于不与IEEE 802.16的2004或2005 版本兼容的通信或根据专用协议的通信)，以传输包括所期望物理参数 或PER (每对)或统计量的消息(从终端至基站)的步骤来替换步骤 310。如果终端传输统计量或每对的PER，则基站确定最佳物理参数 (可能考虑了与全球网络相关联的限制)(尤其是可用带宽)。
然后，重复步骤31。
根据IEEE 802.16标准(在2004或2005版本中)，终端根据针对 脉冲串所执行的物理测量来传输C/(N+1)值，其中，该脉冲串用于执 行测量的终端。另一方面，根据本发明，终端传输具体从所计算的统 计量中推导出的C/(N+1)值，其中，所计算的统计量从对用于其它终 端的脉冲串进行监听和解码中推导出来。
此外，根据现有技术的发展状态，以相对低的物理电平对接收质 量进行测量，该物理电平不可以区分与干扰、或者不良适配于系统的
传播信道(例如，非常频率选择信道)相关的扰动(在这种情况下， 增加物理模式的稳健性对于改变接收质量无能为力)。根据本发明，考
虑在较高电平处测量接收质量。因此，在给出了同一结果的FEC解码 之前的物理层处的C/N+1的两个不同的测量值可以与链路的非常不同 的质量相对应。以双重方式，在给出了非常不同的结果的FEC解码之 前的物理层处的C/N+l的两个不同的测量值可以与具有相同PER的 链路的相似质量相对应。由于考虑了实际解码性能，所以基于MAC 层处PER的链路质量的确定能够更好地调整物理参数。此外，本发明 可以通过物理参数中的多个稳健性等级下降或上升。因此，可以从类 型64QAM 1/2的基于OFDM的调制无需经过中间的16QAM 1/2调制 而至QPSK3/4 (反之亦然)。
图4示意性地示出了在基站IO中实现的下行链路子帧传输算法。 在第一步骤40的过程中，基站IO对各个组件和变量进行初始化。 在该步骤的过程中，默认定义物理模式参数。
然后，在步骤41的过程中，基站10从具有比率值C/(N+1)的终 端中接收上行链路帧。可以根据本身已知的过程来计算该比率，或者 根据本发明对该比率进行估计，如先前所述。基站IO从中推断出相应 的物理模式参数(基金于与终端所传输的比率C/N+l相对应的模式)。 例如，将这些参数存储于表中，以及根据所接收的值C/(N+1)所属的 预定间隔C/(N+1)来确定它们的值。根据变体，基站还考虑了其它终 端中的所有或一些的比率，从而将每个比率分配给可以优化整体带宽 的模式。
根据步骤41的变体，基站IO从终端接收上行链路帧，即包括所 期望的物理参数或PER (每对)或统计量的消息。然后基站根据这些 数据(可能考虑了 C/N+l数据、PER、统计量和/或由其它终端所传输 的特定物理模式请求)来固定相应终端的物理模式。当即展接收到包 括统计量的上行链路帧时，为每个(调制，FEC)对计算分组差错率。 当基站接收到包括PER的上行链路帧或计算了 PER时，确定其PER 小于预定PER阈值的(调制，FEC)对(例如，通过基于终端类型或 其它进行参数化)。
之后，在步骤42的过程中，基站的MAC层从较高层接收到传输 数据至终端的请求。
然后，在步骤43的过程中，基站IO根据与目的地终端相关联的 物理模式参数来构造包含要传输数据的一个或多个脉冲串。然后，将 脉冲串或多个脉冲串插入下行链路子帧，从而被传输至它们的目的地， 并允许其它终端根据相应的物理模式参数来作出传输质量的测量。之 后重复步骤41。
当然，本发明并不局限于以上所描述的实施例。
具体地，本发明并不局限于根据无线通信标准(例如，IEEE 802.16)传输数据，而且还涉及在任何介质上的所有传输，以及具体 地，在有噪声的基于有线的信道上或在记录信道上。本发明不仅应用 于具有主站或基站的集中式网络，而且还应用于终端可以利用多个物 理模式接收从多个站点发出的数据脉冲串的网络。根据该配置，终端 接收由所有或一些站点发送的分组，包括并不用于该终端的脉冲串， 并根据每个发送站来估计所有或一些物理模式的分组差错率。
本发明与多种应用兼容。本发明尤其可以采用可变视频编码或 SVC ("可缩放视频编码")(这种可能性存在于MPEG4视频标准中)； 根据SVB，如果吞吐量良好(即，如果频谱效率高，这与高速调制(例 如，64QAM)和低FEC码相对应)，则可以采用高清晰度视频，以及 如果吞吐量较低(例如，8PSK)，则采用单清晰度(single-definition)。
根据特定实施例，本发明还可以增强链路的可靠性。
本发明在分组层(有利地，MAC层或者可以基于任何检错过程 的更高层)处使用检错。根据变体，分组检错还可以基于FEC的验证 (例如，由里德-所罗门解码器所检测到的错误字节数或由维特比解码 器所给予的度量)。
由于数据沿可以是非常频率选择性的宽带信道进行传输，所以本 发明的根据基于OFDM的调制传输所调制数据的应用尤其有利。然 而，本发明还应用于扩谱或窄带类型的调制。
根据本发明的各种实施方式，在估计差错率的物理参数中考虑调 制类型(例如，与OFDM调制相关联或其它的PSQK， QPSK， 8PSK，
16QAM， 32QAM， 64QAM)和/或所考虑的纠错码速率(例如l/2或 3/4)和/或纠错编码的类型(例如，里德-所罗门、传统编码或turbo 码)。
权利要求
1、一种适于数据分组(530，53n)传输的通信方法，其中，所述数据分组能够根据各种物理模式进行传输，其特征在于，所述方法包括以下步骤-对分组(32)进行接收，其中，每个分组在与从至少两个物理模式的集合中选择的物理模式相关联的至少一个无线电脉冲串(52至55)中发送；-对所述集合中每个物理模式的分组差错率(33)进行估计。
2、 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所接收分组中的至 少一些并不用于接收所述分组并基于所述分组估计差错率的设备。
3、 如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述物理模式 包括调制。
4、 如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述物理模式 包括纠错码的速率或类型。
5、 如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，差错率的估计 包括检错码验证步骤。
6、 如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下 步骤传输代表所述集合中物理模式中的至少一些的所述分组差错率 的提示，将代表所述速率的所述提示传送到能够发送无线电脉冲串的 站点。
7、 如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法包括 步骤(37):基于所述分组差错率的所述估计和与物理模式相关联的至 少一个参数的所述估计，确定与所接收分组的差错率有关的统计数据。
8、 如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤传输代表所述统计数据的提示，将代表所述统计数据的所述提示 传送到能够发送无线电脉冲串的站点。
9、 如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法包括步骤 (310):基于所述分组差错率的所述估计和与物理模式相关联的至少 一个参数的所述估计来估计信噪比。10、 如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法包括步骤 (310):传输代表所述集合的物理模式中至少一些的信噪比的数据，将代表信噪比的数据传送到能够发送无线电脉冲串的站点。11、 如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据IEEE 802.16 类型的协议来执行数据分组的所述传输。12、 如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法包括 以下步骤传送针对数据分组传输的物理模式修改请求。
全文摘要
本发明涉及一种适于数据分组传输的通信方法，其中，所述数据分组能够根据各种物理模式进行传输。为了优化传输，所述方法包括以下步骤分组(32)的接收，其中，在与从至少两个物理模式的集合中选择的物理模式相关联的至少一个无线电脉冲串中发送每个分组；对所述集合中每个物理模式的分组差错率(33)的估计。
文档编号H04L1/00GK101098214SQ20071012711
公开日2008年1月2日 申请日期2007年6月28日 优先权日2006年6月30日
发明者卢多维克·让娜, 帕特里克·方丹, 雷诺·多尔 申请人:汤姆森许可贸易公司