专利名称：基站及其自适应调制控制方法
技术领域：
本发明涉及一种自适应控制调制方案和编码方案的基站，其中所述基站基于所述调制方案和编码方案来连接到无线终端，特别地，本发明涉及用于这种基站的节能。
背景技术：
对于发送器与接收器之间的信道质量关于时间和地点变化的无线通信系统而言，已知基于信道质量自适应改变调制方案的技术。该技术被称为自适应调制并且已经广泛地用于移动通信系统和无线局域网。自适应调制的理论为人所知并且详细地描述在例如非专利文献I中。如同自适应调制，作为根据信道质量自适应地改变编码方案的技术的自适应编码也为人所知。非专利文献I中也描述了自适应编码的理论。此外，还已知被称为自适应调 制编码的技术，其中结合了自适应调制和自适应编码。从基于信道质量来选择方案并且发送功率基于选择的方案而改变发送功率的观点来看，自适应编码和自适应调制编码可以基本上以相同的方式进行处理。接下来，将会主要描述自适应调制。然而，如果没必要将自适应编码区别于自适应调制编码，则假定术语“自适应调制”包括“自适应编码”和“自适应调制编码”的概念。在该情况下，假定术语“调制方案”包括“编码方案”以及“调制方案”与“编码方案”的组合。图I为示出了实现以下将描述的自适应调制的通信系统的模型的示意图。在图I中，当发送信号输入到发送器2000时，发送器适当地选择调制方案和编码率并且基于选择的调制方案和编码率来调制并编码发送信号。此时，发送器2000基于信道质量的估计结果选择调制方案和编码率，该信道质量是通过反馈信道2030从接收器2020获得的。该信道质量称为CQI (信道质量指示)。此外，发送器2000选择调制方案和编码率使得满足希望的信号干扰噪声比(SINR)或信号噪声比(SNR)。当信号到达接收器2020时，将随着时间变化的功率增益、噪声和干扰波加到通过信道2010从发送器2000发送的信号上，接收器2020将从发送器2000接收的信号进行解调和解码，从而从接收信号中提取原始信号。此外，接收器2020对接收信号执行信道估计并且将获得的信道质量的信息通过反馈信道2030发送到发送器2000。在通常实施在无线通信中的自适应调制中，调制方案选择为使得信道容量变得最大。换言之，选择具有每个符号最大信息传输量(调制阶数)的调制方案。例如，假定每个符号的信息传输量是2比特的QPSK调制所需的SNR是Zl (dB)，每个符号的信息传输量是4比特的16QAM调制所需的SNR是Z2 (dB)，并且每个符号的信息传输量是6比特的64QAM调制所需的SNR是Z3 (dB)，则满足关系Zl < Z2 < Z3。如果信道2010的SNR等于或大于Z3，则可以应用QPSK调制、16QAM调制和64QAM调制的任意一种。此时，如果应用16QAM调制，则可以获得是QPSK调制两倍的信道容量；如果应用64QAM，则可以获得是QPSK三倍的信道容量。因此，一般选择64QAM。如果SNR良好，则通过增加取决于调制方案和编码率的调制阶数，可以提高平均吞吐量。
当SNR良好时，虽然通过增加调制阶数，平均吞吐量提高，但是通过减少调制阶数，发送功率可以减少。例如，如果应用16QAM调制或QPSK调制代替64QAM调制，则发送功率可以分别减少Z3-Z2[dB]或Z3-Zl[dB]。结果，可以实现无线通信的节能。专利文献I中公开了实施自适应调制以实现基站的节能的技术。在专利文献I中公开的技术中，如果有待传递的数据量小于预定的阈值或如果可以用于运送数据的无线电资源的量等于或大于预定的值，则通过减少调制阶数而实现节能。此外，专利文献I中描述了通过部分地停止除忙碌时区之外的时区中的发送部分和接收部分中的任一个或两者，实现了节能。此外，专利文献I描述了如果被转发的数据的量等于或大于预定的阈值，则通过增加调制阶数，信道容量被增加。另一方面，非专利文献2公开了一种技术，该技术根据IEEE 802. 16标准自适应地改变无线通信系统的上行链路信道上的调制和编码方案(MCS)的水平(MCS水平)，以便控制节能。这些MCS水平符合调制方案和编码方案。 非专利文献2描述了如果信道容量的使用率(也就是，上行链路上发送的子帧的使用率)低，则在扩展方案和替代方案的两个阶段中控制节能。首先，在扩展方案中，发送功率可以尽可能地减小的移动终端被依次地从多个移动终端中选择。此后，改变选择的移动终端的MCS水平，然后应用通过其使移动终端的发送功率变得最小的调制阶数。扩展方案中的节能控制持续直到信道容量变满或直到所有的移动终端的MCS水平都被改变。此后，在替代方案中执行节能控制。在替代方案中，如果整个蜂窝的信道容量没有超过其极限并且如果可以减少发送功率，则选择任意两个移动终端并且改变它们的MCS水平。相关技术文献专利文献专利文献I JP2008-252282A 公报非专利文献非专利文献I :Andrea Goldsmith, " Goldsmith Wireless CommunicationEngineering" , Maruzen, 2007, pp 369-389。非专利文献2 ff. Kim, J. Yoon, J. Baek, Y. Suh, " Power Efficient UplinkResource Allocation Schemes in IEEE 802.16 OFDMA Systems" , IEICE Transactionson Communications,卷 E92-B, No. 9, pp. 2891-2902, 2009 年 9 月·
发明内容
本发明要解决的问题一般地，具有各种信道质量的无线终端在移动通信系统的无线蜂窝等中共存。可应用的调制阶数随着无线终端变化。此外，无线蜂窝容纳无线终端的能力随着时间变化。因此，有必要为各个无线终端适当设置调制阶数以便防止拥塞并且最小化功耗。如上所述，在专利文献I中描述的技术中，当施加在基站上的无线电资源的负载低时，为基站和无线终端选择调制阶数低的调制方案。然而，专利文献I没有描述选择如下无线终端群组的无线终端的方法，该无线终端群组具有改变其调制方案所需的各种信道质量。因此，存在发送功率无法最有效地完全减少的情况。
此外，增加调制阶数趋向于按指数地增加所需要的发送功率和SNR。因此，只要信道的增益和干扰是恒定的，就最好尽可能地减少使用具有高调制阶数的调制方案的无线终端的数量，以便减少发送功率。如上所述，在非专利文献2中描述的技术中，如果信道容量是充足的，则具有最充足的发送功率的减少余量的无线终端的调制阶数依次地改变。然而，即使当无线终端具有最充足的发送功率的减少余量时，发送功率也无法总是有效地减少。因此，存在发送功率无法有效地减少的情况。在非专利文献2中描述的节能控制的替代 方案中，搜索任意两个无线终端的允许功率减少被减少的调制阶数。然而，如果无线终端的数量增加，则调制阶数的组合的数量也增加并且因此计算量也增加。此外，由于这些组合是在不考虑是否对于减少发送功率有效的情况下选择的，因此可能无法总是为对于减少发送功率有效的适当的组合改变调制阶数。本发明的一个目的是减少根据自适应调制连接多个无线终端的基站的发送功率。解决问题的手段为了实现前述目标，本发明的基站是根据自适应调制连接无线终端的基站，基站包括第一处理装置，其决定到所述无线终端的通信的比特总数的目标值，目标值被映射到无线电资源；以及第二处理装置，其根据自适应调制决定用于所述无线终端的调制方案使得要发送的比特的总数基于所述目标值被限制，无线电资源的空白资源减少，并且发送功率密度变为恒定的并且很小。本发明的控制方法是用于根据自适应调制连接无线终端的基站的自适应调制控制方法，包括决定到无线终端的通信的比特的总数的目标值，目标值映射到无线电资源；以及根据自适应调制决定用于所述无线终端的调制方案使得基于目标值限制要发送的比特的总数，无线电资源的空白资源减少，并且发送功率密度变为恒定的并且很小。
图I为示出了执行自适应调制的通信系统的模型的示意图。图2为示出了根据实施例的系统的基本结构的方框图。图3为示出了根据实施例的基站的基本结构的方框图。图4为示出了无线电资源的结构的示意图。图5为描述泛函及其变化的示意图。图6为示出了根据普通的自适应调制的调制方案到无线电资源的的映射的示意图。图7为示出了实现节能的自适应调制的示意图。图8A为描述应用此理论的示例的示意图。图8B为描述应用此理论的示例的示意图。图9A为描述应用此理论的第二示例的示意图。
图9B为描述应用此理论的第二示例的示意图。图10为描述根据实施例的系统的结构的示意图。图11为描述根据实施例的基站的结构的示意图。图12为示出了映射部分的功能结构的示意图。图13为描述映射操作的示例的示意图。图14为映射部分103的操作的示例的流程图，其中一次映射部分201和二次映射部分202依次地尝试执行处理。图15为描述相对于时间的均衡的示意图。
图16为比较图15的发送方法(I)和发送方法(2)的发送功率的表格。图17为示出了代表节能的效果的模拟结果的曲线图。图18为示出了用于模拟的MCS的表格。实施本发明的最佳方式接下来将参照附图详细描述本发明的实施例。图2为示出了根据实施例的系统的基本结构的方框图。参照图2，根据实施例的移动通信系统具有基站11和无线终端12。图3为示出了根据实施例的基站的基本结构的方框图。参照图3，基站11具有一次处理部分21和二次处理部分22。此实施例假定为基站11使用无线电资源与无线终端12进行通信的移动通信系统。在基站11中，一次处理部分21执行一次自适应调制处理。此后，如果在无线电资源中出现空白资源，则二次处理部分22执行二次自适应调制使得空白资源被使用，发送比特的总数受到限制，并且发送功率密度变为恒定的并且很小。因此，可以有效地减少基站的发送功率。尽管一次处理部分21执行自适应调制，但是本发明并不局限于此。可替代地，一次处理部分21可以参照预定的表格，从而在不必执行自适应调制和映射的情况下基于用于无线终端12的通信量或缓冲器的队列长度来直接决定比特的总数(即，二次处理部分22所针对的比特总数)。可替代地，一次处理部分21可以基于信道质量信息执行一次自适应调制处理。另一方面，二次处理部分22可执行二次自适应调制使得空白资源也被使用，发送功率密度变为恒定的并且很小，并且基于信道质量从二次自适应调制获得的比特的总数变得接近一次自适应调制处理获得的比特的总数。在此情况下，无线终端12的调制阶数可以对应于信道质量(CQI)而减少。可替代地，二次处理部分22可以依次尝试控制具有不同的信道质量的多个无线终端的自适应调制，使得二次自适应调制获得的比特的总数与一次自适应调制处理获得的比特的总数相匹配。因此，通过根据普通技术等使用一次自适应调制处理中映射的比特的总数并且添加二次自适应调制，可以实现节能。可替代地，当二次处理部分22依次尝试控制用于多个无线终端12的自适应调制时，二次处理部分22可以针对优先级大于预定的阈值的无线终端维持由一次处理部分21决定的调制方案。结果，由于在其状态改善前一直在等待的无线终端的调度指标升高，从而它们的优先级升高，因此当资源被分配给正在等待并且具有更高的优先级的基站11时，基站11可以在不必降低发送功率密度的情况下发送数据到无线终端。
可替代地，基站11可以具有控制信号通信部分23，其将表示发送导频信号的功率密度与二次处理部分22获得的发送功率密度之间的差的下行链路控制信号发送到无线终端12。结果，由于将导频信号的功率与运载数据的信道的功率之间的差作为自适应调制的控制结果通知给无线终端12，使得发送功率密度变为恒定的并且很小，因此无线终端12可以适当地执行解调处理。可替代地，一次处理部分21可以基于无线终端12的通信量来决定空白资源或可用的无线电资源与总的无线电资源的比值，并且决定要映射到可用的无线电资源并且被发送的比特的总数。结果，由于一次处理部分21可以适当地决定比特的总数作为约束条件，所以一次处理部分21可以适当地执行二次自适应调制。可替代地，一次处理部分21可以基于临时地存储要发送的数据的发送缓冲器的队列长度来决定可用的无线电资源与总的无线电资源的比值或空白资源，并且决定要映射到可用的无线电资源并且被发送的比特的总数。结果，一次处理部分21可以从发送缓冲器 的队列长度容易地获得通信量并且使用通信量作为约束条件。可替代地，二次处理部分22可以控制自适应调制使得发送功率密度在一个预定的范围内变成恒定的值。结果，即使发送功率密度所变为的值是离散的，由于二次处理部分22将发送功率密度控制在恒定的范围内，二次处理部分22可以控制发送功率密度使得发送功率被有效地减少。接下来，将从理论角度描述本发明的该实施例。假定诸如信道增益和干扰分量之类的发送路径的状态(信道质量)随着无线电资源变化。确切地说，在OFDM(正交频分复用)方案中，无线电资源的区域被限定在频率方向和时间方向上，如图4所示。无线电资源在频率方向上划分成相干区域并且在时间方向上划分成相干时间。在此示例中，使用了“无线电资源与资源块是可互换的”的表述。映射到资源块的是自适应调制决定的用于无线终端的调制方案(MCS等)。每个资源块包括至少一个副载波并且在时间方向上还包括至少一个符号。假定信道增益和干扰分量在各资源块中几乎是恒定的。以资源块为基础执行调度和映射。根据此实施例，尽管基站的功耗可以被有效地减少，但是在连续的系统中证实了最小的功率量，也就是最佳的节能。在实际的系统中，严格地使用离散系统。然而，连续的系统与离散的系统之间的差异被视为从连续的系统到离散的系统的量化中发生的误差。假定当具有信息总量b比特的信息通过具有资源块的数量为S的资源块发送时，资源块X发送具有发送比特的数量为f(x)的f(x)发送比特，其中X是在频率方向和时间方向上展开的资源块的序数，而f(X)发送比特被离散地并且一维地重新排列。由于从无线蜂窝(也就是，基站)发送的信息的总量是b。[数学表达式I]
h ·>·{I.)假定信息总量b比特是恒定的，可以获得公式(I)的b是定值的约束条件。此外，其积分被定义为以下公式。[数学表达式2]
权利要求
1.一种采用自适应调制以连接到无线终端的基站，包括 第一处理装置，所述第一处理装置决定要发送到所述无线终端的通信的比特的总数的目标值，所述目标值被映射到无线电资源；以及 第二处理装置，所述第二处理装置根据所述自适应调制决定用于所述无线终端的调制方案以使得要发送的比特的总数基于所述目标值被限制、所述无线电资源的空白资源减少、并且发送功率密度变为恒定的并且很小。
2.如权利要求I所述的基站， 其中所述第一处理装置决定所述比特的总数作为所述目标值，其中根据一次自适应调制处理决定用于所述无线终端的调制方案，并且 其中当根据所述一次自适应调制处理决定的所述调制方案被映射到所述无线电资源时，如果所述无线电资源中存在空白资源，则所述第二处理装置决定根据二次自适应调制決定的用于所述无线终端的调制方案，所述二次自适应调制包括并且利用所述空白资源使得所述比特的总数受到限制、所述发送功率密度变为恒定的并且很小。
3.如权利要求2所述的基站， 其中所述第一处理装置基于信道质量信息执行所述一次自适应调制处理，并且 其中所述第二处理装置执行所述二次自适应调制使得所述空白资源也被使用、所述发送功率密度变为恒定的并且很小、并且所述二次自适应调制基于所述信道质量获得的比特的总数变得接近由所述一次自适应调制处理获得的比特的总数。
4.如权利要求3所述的基站， 其中所述第二处理装置依次尝试控制用于具有不同的信道质量的多个无线终端的自适应调制，使得所述二次自适应调制获得的所述比特的总数与所述一次自适应调制处理获得的比特的总数相匹配。
5.如权利要求3或4所述的基站， 其中所述第二处理装置控制用于优先级大于预定的阈值的无线终端的自适应调制，使得所述第一处理装置決定的发送功率密度被維持。
6.如权利要求I至5中任意一项所述的基站，进一歩包括 控制信号通信装置，所述控制信号通信装置发送表示发送导频信号的功率密度与所述第二处理装置获得的所述发送功率密度之间的差异的控制信号。
7.如权利要求I至6中任意一项所述的基站， 其中所述第一处理装置决定与要发送到所述无线终端的通信量相对应的所述目标值。
8.如权利要求7所述的基站， 其中所述第一处理装置决定与所述通信量相对应的、可用的无线电资源和所有所述无线电资源的比值或所述空白资源并且通过使用所述可用的无线电资源的映射来决定所述目标值。
9.如权利要求I至6中任意一项所述的基站， 其中所述第一处理装置决定与临时地存储要发送的数据的发送缓冲器的队列的长度相对应的所述目标值。
10.如权利要求I至9中任意一项所述的基站， 其中所述第二处理装置控制所述自适应调制使得所述发送功率密度在ー个预定的范围内变成恒 定的值。
全文摘要
一种基站采用自适应调制以连接到无线终端。所述基站具有第一处理装置和第二处理装置。所述第一处理装置决定到无线终端的通信的比特的总数的目标值，目标值被映射到无线电资源。所述第二处理装置根据自适应调制决定用于无线终端的调制方案使得要发送的比特总数基于目标值被限制，无线电资源的空白资源减少，并且发送功率密度变为恒定的并且很小。
文档编号H04L27/00GK102783210SQ20118001047
公开日2012年11月14日 申请日期2011年2月23日 优先权日2010年2月23日
发明者丸次夫 申请人:日本电气株式会社