CN101483501B - 一种基于cinr自适应调整调制编码方式的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于CINR自适应调整调制编码方式的方法，该方法包括：计算CINR测量值的多帧平均值，根据所述多帧平均值对CINR测量值的异常值进行剔除，将剔除异常值后的剩余帧的平均值作为CINR统计值；每个等级的调制编码方式分别具有转为低阶的退出门限CINR_TH_floor、最小进入门限CINR_TH_in和转为高阶的退出门限CINR_TH_ceiling，相邻等级的调制编码方式之间的转换区域存在重叠部分，以避免CINR统计值落在相邻等级调制编码方式对应的CINR门限交界处时，选取的调制编码方式在两者之间波动；根据误块率BLER动态调整各个调制编码方式对应的CINR门限，从而在充分利用带宽、提高频谱效率的同时，保证了***的稳定性与通信质量。

Description

一种基于CINR自适应调整调制编码方式的方法

技术领域

本发明涉及通信***中的一种链路自适应调整方法，具体地说涉及一种根据载波干扰噪声比CINR(carrier-to-interference-and-noise ratio)调整调制编码方式的方法，同时根据误块率BLER(block error rate)动态修改各个调制编码方式对应的CINR门限的方法。

背景技术

在无线通信***中，信道质量是不断变化的，链路自适应技术的基本思想就是根据当前信道环境自适应调节信号传输的参数，可以调节的基本参数包括调制方式、编码方式等。通过自适应技术得到的***信道容量的增益是非常明显的，这种自适应技术已经被广泛地认为是无线通信***中有效地提高频谱利用率的重要手段之一。

自适应调制编码策略的原理就是当信道条件较好时，采用高阶调制与高速率编码方式，当信道条件较差时，采用低阶调制与低速率编码方式。自适应调制编码策略的基本原则是：定义一个信道质量指示变量，即信道状态信息，如：SNR、SINR或CINR等，根据时间、频率或空间上的信道状态信息，来调整信号的调制编码方式。传统的自适应调制编码方案(如信道质量指示变量为CINR)直接将每帧的CINR测量值与当前调制编码方式对应的CINR门限作比较判断是否调整调制编码方式，如果CINR的测量不准确或存在异常值，将导致许多不应该的调制编码方式的调整，降低***的稳定性。传统的自适应调制编码方案将各调制编码方式对应的CINR门限分为转为低阶的下门限和转为高阶的上门限两个，调制编码方式N对应的上门限与高一阶的相邻等级调制编码方式N+1的下门限相等，若当前调制编码方式为N且计算的CINR在等级N的上门限附近波动，由于等级N的上门限与N+1的下门限相等，则此时调制编码方式就会在N与N+1之间来回转换，从而也降低了***的稳定性。

传统的自适应调制编码方案通过BLER动态修改CINR门限的调整量为定值，若某种调制编码方式对应的CINR上下门限之间范围相对调整量很大，调整速度就太慢，这样有可能降低频谱效率或降低通信质量；若某种调制编码方式对应的CINR上下门限之间范围接近调整量，调整速度就太快，这样有可能降低***稳定性。

因此，需要一种简单有效的方法，来克服传统自适应调制编码方案存在的以上缺点，在提高频普效率的同时保证***稳定性与通信质量。

发明内容

本发明的目的在于提供通信***中一种简单有效的自适应调整调制编码方式的方法，尤其是提出基于CINR自适应调整调制编码方式的方法，同时根据BLER动态修改各调制编码方式对应的CINR门限的方法。

一种基于CINR自适应调整调制编码方式的方法，根据通信链路的信道质量，动态调整调制方式和编码方式，在保证信号质量的同时，最大限度地提高频谱效率，其特征在于，包括：

(A)、计算CINR测量值的多帧平均值，根据所述多帧平均值对CINR测量值的异常值进行剔除，将剔除异常值后的剩余帧的平均值作为CINR统计值；

(B)、每个等级的调制编码方式分别具有转为低阶的退出门限CINR_TH_floor、最小进入门限CINR_TH_in和转为高阶的退出门限CINR_TH_ceiling；

如果CINR统计值大于当前调制编码方式的CINR_TH_ceiling，则将调制编码方式调整为相邻的高等级调制编码方式；

如果CINR统计值小于当前调制编码方式的CINR_TH_floor，且当前资源满足调制编码方式的调整，则将调制编码方式调整为相邻的低等级调制编码方式；否则，执行步骤(C)；

如果CINR统计值大于CINR_TH_floor且小于CINR_TH_ceiling，执行步骤(C)；

(C)、根据误块率BLER动态调整各个调制编码方式对应的CINR门限。

所述步骤(A)具体包括：计算L帧CINR测量值的多帧平均值CINR，计算L帧中每个帧的CINR测量值与所述多帧平均值CINR的差ΔCINRi，然后统计L帧中每个帧的CINR测量值的符号累加值 $N_{\mathrm{sign}}=\underset{i=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Sgn}\left({\mathrm{\ΔCINR}}_i\right),$ 其中

其中1≤i≤L，如果N_sign的绝对值大于一个设定的非负门限SIGN_TH，则在L帧中剔除符号和N_sign不一致的帧，将剩余的L’帧的平均值CINR’作为CINR统计值；如果N_sign＝0，则将L帧的多帧平均值CINR作为CINR统计值。

其中，当前调制编码方式的CINR_TH_ceiling与相邻的高等级调制编码方式的CINR_TH_in相等，同一等级调制编码方式的CINR_TH_in大于CINR_TH_floor，相邻等级的调制编码方式之间的转换区域存在重叠部分，避免在两个相邻等级调制编码方式间的频繁调整。

其中，根据误块率BLER动态调整各调制编码方式对应的CINR门限的步骤包括：

(C1)、进行快速CINR门限调整，将多组连续帧中每一组连续帧的块误码率BLER与块误码率短期目标BLER_SHORT_TARGET相比较，统计BLER大于BLER_SHORT_TARGET的组的个数，当BLER大于BLER_SHORT_TARGET的组的个数大于等于调整门限ADJUST_TH2时，提高所有调制编码方式的CINR门限；当BLER大于BLER_SHORT_TARGET的组的个数小于调整门限ADJUST_TH2时，转为慢速CINR门限调整(C2)；

(C2)、慢速CINR门限调整将连续多帧的误块率BLER与误块率高目标BLER_HIGH_TARGET相比较，若BLER大于BLER_HIGH_TARGET，则提高CINR门限；否则，将BLER与误块率低目标BLER_LOW_TARGET相比较，若BLER小于误块率低目标BLER_LOW_TARGET，则降低CINR门限；其他情况，不调整CINR门限值。

所述快速CINR门限调整的统计周期短，所统计的每个组所包括的连续帧的个数少，适合于BLER突发变化的情况，用于信道质量突然变化时的CINR门限调整，能够根据信道变化较快的调整调制编码方式；

所述慢速CINR门限调整的统计周期长，远大于快速CINR门限调整的统计周期，适合于BLER变化平稳的情况，用于信道质量平稳变化时的CINR门限调整，能够根据信道变化更加准确的调整调制编码方式。

通过步骤A的CINR统计克服了由于异常测量值导致的调制编码方式的调整，步骤B所设置的三个CINR门限，避免了CINR统计值落在相邻等级调制编码方式对应的CINR门限交界处时，选取的调制编码方式在两者之间波动，步骤C的动态CINR调整量克服了CINR门限调整量过大或过小对调制编码方式调整速度的影响，从而在充分利用带宽、提高频谱效率的同时，保证了***的稳定性与通信质量。

附图说明

图1是本发明的自适应调整调制编码方式的方法流程图；

图2是本发明的CINR门限调整方法的流程图；

图3是本发明的调制编码方式对应的CINR门限的示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的具体实施方式。

本发明提供了通信***中一种自适应调整调制编码方式的方法，根据CINR统计值自动调整调制编码方式，并通过BLER统计值调整各个调制编码方式所对应的CINR门限，图1是本发明自适应调整调制编码方式的流程图，具体步骤如下：

步骤A、CINR统计值的计算：

计算CINR测量值的多帧平均值，然后根据所述多帧平均值对CINR测量值的异常值进行剔除，将剔除了异常值后剩余帧的平均值作为CINR统计值。

为了保证CINR统计值的准确性，对多帧(L帧)的CINR测量值取多帧平均值，即：

$\stackrel{\‾}{\mathrm{CINR}}=\frac{\underset{i=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{CINR}}_i}{L}.$

为了克服CINR测量值的异常值影响，需要将异常值剔除，本发明采用符号准则来确定异常值，具体方法是：首先计算L帧中各帧CINR测量值与所述L帧的多帧平均值CINR的差，即：ΔCINR_i＝CINR_i-CINR，其中1≤i≤L，然后统计L帧CINR测量值的符号累加值 $N_{\mathrm{sign}}=\underset{i=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Sgn}\left({\mathrm{\ΔCINR}}_i\right),$ 其中

其中1≤i≤L。

如果N_sign的绝对值大于一个设定的非负门限SIGN_TH，则在L帧中剔除符号和N_sign不一致的帧，将剩余的L’(L’≤L)帧的平均值CINR’与当前使用的调制编码方式对应的CINR门限值作比较，进行随后的调制编码方式的调整；

如果N_sign＝0，则将L帧的多帧平均值CINR与当前使用的调制编码方式对应的CINR门限值作比较，进行随后的调制编码方式的调整；其他情况说明多帧平均值异常，不进行随后的操作，结束本次调制编码方式调整。

步骤B、调制编码方式的调整：

根据步骤A所计算的CINR统计值与当前所使用的调制编码方式对应的CINR门限值来判断是否调整调制编码方式。

CINR门限的划分如图3所示，每个等级的调制编码方式分别对应转为低阶的退出门限CINR_TH_floor、最小进入门限CINR_TH_in和转为高阶的退出门限CINR_TH_ceiling三个CINR门限。当计算出的CINR统计值大于当前调制编码方式的转为高阶的退出门限CINR_TH_ceiling值时，则将调制编码方式由当前的调制编码方式调整为相邻的高等级调制解码方式；当计算出的CINR值小于当前调制编码方式的转为低阶的退出门限CINR_TH_floor的值时，则将调制编码方式由当前的调制编码方式调整为相邻的低等级调制解码方式，以实现调制编码方式的自适应调整。等级N+1的调制编码方式的CINR_TH_in ^N+1与等级N的调制编码方式的CINR_TH_ceiling ^N相等，等级N+1的调制编码方式的CINR_TH_floor ^N+1小于CINR_TH_in ^N+1。

本发明的一个具体实施方式为，当前所使用的调制编码方式为等级N，在步骤A中计算CINR统计值，将步骤A所计算CINR统计值与当前调制编码方式的CINR门限值进行比较，如果所计算的CINR统计值大于CINR_TH_ceiling ^N，则将调制编码方式由等级N调整为相邻的等级N+1。调制编码方式调整为等级N+1后，即使步骤A所计算的新CINR统计值在CINR_TH_in ^N+1(即CINR_TH_ceiling ^N)附近小范围波动(通常新的CINR统计值在CINR_TH_ceiling ^N的上下小幅变化)，由于 ${\mathrm{CINR}\_\mathrm{TH}}_{\mathrm{floor}}^{N+1}<{\mathrm{CINR}\_\mathrm{TH}}_{\mathrm{in}}^{N+1},$ 所以调制编码方式仍保持为N+1，而不会在N与N+1之间波动。

只有当信道质量变差使得计算的

或信道质量变好使得

时才有可能再次调整调制编码方式为N或N+2。由高等级调制编码方式向相邻的低等级调制编码方式转换时，或由低等级调制编码方式向相邻的高等级调制编码方式转换时都不会在两种相邻调制编码方式间波动，从而在提高频谱效率的同时保证了***的稳定性。

调制编码方式的具体调整过程如图1所示，设当前使用的调制编码方式为N，将步骤A所计算的CINR统计值与当前调制编码方式所对应的CINR门限值进行比较，若所述计算的则在当前所有的调制编码方式中查找是否存在调制编码方式M(M≠N)，使得所述计算的若不存在，说明无法调整当前调制编码方式，转到步骤C；若存在，审核当前资源能否满足将调制编码方式修改为M的调整，若不满足，说明无法调整调制编码方式，转到步骤C；若满足，修改调制编码方式为M，并修改相关资源信息，结束本次自适应调制编码调整。

若所述计算的 $\mathrm{CINR}>{\mathrm{CINR}\_\mathrm{TH}}_{\mathrm{ceiling}}^N,$ 则在当前支持的所有调制编码方式中查找是否存在调制编码方式M(M≠N)使得 $\mathrm{CINR}>{\mathrm{CINR}\_\mathrm{TH}}_{\mathrm{in}}^M,$ 若不存在，说明当前使用的调制编码方式为可支持所述计算的CINR的最高等级的调制编码方式，转到步骤C。若存在，修改调制编码方式为M，并修改相关资源信息，结束本次自适应调制编码调整。

若步骤A所计算的CINR统计值满足 ${\mathrm{CINR}\_\mathrm{TH}}_{\mathrm{floor}}^N<\mathrm{CINR}<{\mathrm{CINR}\_\mathrm{TH}}_{\mathrm{ceiling}}^N,$ 说明不用调整当前调制编码方式，转到步骤C。

步骤C、根据误块率BLER动态调整各调制编码方式对应的CINR门限：

本发明的CINR门限调整方式包括：快速CINR门限调整和慢速CINR门限调。

快速CINR门限调整方式，将多组连续帧中每一组连续帧的误块率BLER与误块率短期目标BLER_SHORT_TARGET相比较，统计BLER大于BLER_SHORT_TARGET的组的个数，当BLER大于BLER_SHORT_TARGET的组的个数大于调整门限时，则提高CINR门限；当BLER大于BLER_SHORT_TARGET的组的个数小于等于调整门限时，则转为慢速CINR门限调整；

慢速CINR门限调整方式，将连续多帧的误块率BLER与误块率高目标BLER_HIGH_TARGET相比较，若BLER大于BLER_HIGH_TARGET，则提高CINR门限；否则，将BLER与误块率低目标BLER_LOW_TARGET相比较，若BLER小于误块率低目标BLER_LOW_TARGET，则降低CINR门限；其他情况，不调整CINR门限值。其中，BLER_LOW_TARGET＜BLER_HIGH_TARGET＜BLER_SHORT_TARGET。

为了克服CINR门限值调整量过大或过小对调制编码方式的调整速度的影响，CINR门限值的调整量与当前所用调制编码方式对应的CINR门限值范围及降低还是提高门限有关，CINR门限值具体调整过程如图2所示：

首先统计调制编码方式未改变的连续帧数FRAME_NUM_TH1和FRAME_NUM_TH2，其中，FRAME_NUM_TH1为慢速CINR门限调整中连续帧数，慢速CINR门限调整方式的统计周期长，适合于BLER变化平稳的情况，用于信道质量平稳变化时的CINR门限调整，以便于根据信道变化更加准确的调整调制编码方式。

FRAME_NUM_TH2为快速CINR门限调整中每组的连续帧数，快速CINR门限调整方式的统计周期短，所统计的每个组所包括的连续帧的个数少，适合于BLER突发变化的情况，用于信道质量突然变化时的CINR门限调整，以便于根据信道变化较快调整调制编码方式。

根据本发明的具体实施方式，慢速CINR门限调整时，FRAME_NUM_TH1为统计的连续帧数；快速CINR门限调整时，FRAME_NUM_TH2为每个组所包括的连续帧的个数，ADJUST_TH1为要统计的连续帧的组数，ADJUST_TH2为一设定门限，其中ADJUST_TH1＞ADJUST_TH2。在慢速CINR门限调整时，为了能够更准确的反映信道的质量，需要统计的连续帧数要足够多，因此，FRAME_NUM_TH1＞FRAME_NUM_TH2×ADJUST_TH1。

步骤(C1)、计算ADJUST_TH1组连续帧的每一组的BLER，得到ADJUST_TH1个BLER，其中，每一组连续帧包括FRAME_NUM_TH2个连续帧；

步骤(C2)、将上述ADJUST_TH1个BLER分别与BLER_SHORT_TARGET进行比较，得到BLER＞BLER_SHORT_TARGET的组的个数short_frame_num，其中，误块率短期目标BLER_SHORT_TARGET为设定的BLER门限；

步骤(C3)、如果short_frame_num≥ADJUST_TH2，说明信道质量变差，采用当前调制编码方式已不能满足信号质量要求，将short_frame_num设置为0，提前结束连续帧的统计，并提高所有调制编码方式对应的CINR门限值，调整量为 $\frac{{\mathrm{CINR}\_\mathrm{TH}}_{\mathrm{ceiling}}-{\mathrm{CINR}\_\mathrm{TH}}_{\mathrm{floor}}}{\mathrm{RISE}\_\mathrm{CINR}\_\mathrm{TH}\_\mathrm{FACTOR}},$ 其中，CINR_TH_floor，CINR_TH_ceiling为当前所使用的调制编码方式所对应的门限值，RISE_CINR_TH_FACTOR为设定的正整数；如果short_frame_num＜ADJUST_TH2，则将short_frame_num设置为0，转到步骤(C4)；

步骤(C4)、计算FRAME_NUM_TH1个连续帧的BLER；

步骤(C5)、若BLER＞BLER_HIGH_TARGET，其中，BLER_HIGH_TARGET＜BLER_SHORT_TARGET，说明信道质量变差，采用当前调制编码方式已不能满足信号质量要求，要提高各调制编码方式对应的CINR门限，调整量为 $\frac{{\mathrm{CINR}\_\mathrm{TH}}_{\mathrm{ceiling}}-{\mathrm{CINR}\_\mathrm{TH}}_{\mathrm{floor}}}{\mathrm{RISE}\_\mathrm{CINR}\_\mathrm{TH}\_\mathrm{FACTOR}},$ 其中CINR_TH为当前所使用的调制编码方式所对应的门限值，RISE_CINR_TH_FACTOR为设定的正整数；否则，执行步骤(C6)；

步骤(C6)、若BLER＜BLER_LOW_TARGET，其中，BLER_LOW_TARGET＜BLER_HIGH_TARGET＜BLER_SHORT_TARGET，说明信道质量变好，为了有效利用带宽，要降低各调制编码方式对应的CINR门限，调整量为 $\frac{{\mathrm{CINR}\_\mathrm{TH}}_{\mathrm{floor}}-{\mathrm{CINR}\_\mathrm{TH}}_{\mathrm{ceiling}}}{\mathrm{LOWER}\_\mathrm{CINR}\_\mathrm{TH}\_\mathrm{FACTOR}},$ 其中CINR_TH为当前所使用的调制编码方式所对应的门限值，LOWER_CINR_TH_FACTOR为正整数且大于RISE_CINR_TH_FACTOR。

步骤(C7)、其他情况，不调整CINR门限值。

本发明提出的自适应调制编码方案，计算量小，简单有效，能够根据链路信道质量，灵活地调整调制和编码方式，在保证信号质量的同时，最大限度地提高频谱效率。

Claims (4)

1.一种基于CINR自适应调整调制编码方式的方法，根据通信链路的信道质量，动态调整调制方式和编码方式，在保证信号质量的同时，最大限度地提高频谱效率，其特征在于，包括：

(A)、计算CINR测量值的多帧平均值，根据所述多帧平均值对CINR测量值的异常值进行剔除，将剔除异常值后的剩余帧的平均值作为CINR统计值；

(B)、每个等级的调制编码方式分别具有转为低阶的退出门限CINR_TH_floor、最小进入门限CINR_TH_in和转为高阶的退出门限CINR_TH_ceiling；

如果CINR统计值大于当前调制编码方式的CINR_TH_ceiling，则将调制编码方式调整为相邻的高等级调制编码方式；

如果CINR统计值小于当前调制编码方式的CINR_TH_floor，且当前资源满足调制编码方式的调整，则将调制编码方式调整为相邻的低等级调制编码方式；否则，执行步骤(C)；

如果CINR统计值大于等于CINR_TH_floor且小于等于CINR_TH_ceiling，执行步骤(C)；

(C)、根据误块率BLER动态调整各个调制编码方式对应的CINR门限；

其中，根据所述多帧平均值对CINR测量值的异常值进行剔除具体为：首先计算L帧中各帧CINR测量值与所述L帧的多帧平均值 

的差，即： 

其中1≤i≤L，然后统计L帧CINR测量值的符号累加值 

其中 其中1≤i≤L；

如果N_sign的绝对值大于一个设定的非负门限SIGN_TH，则在L帧中剔除符号和N_sign不一致的帧，将剩余的L’(L’≤L)帧的平均值 

与当前使用的调制编码方式对应的CINR门限值作比较，进行随后的调制编码方式的调整；

如果N_sign＝0，则将L帧的多帧平均值 与当前使用的调制编码方式对应的CINR门限值作比较，进行随后的调制编码方式的调整；其他情况说明多帧平均值异常，不进行随后的操作，结束本次调制编码方式调整。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：当前调制编码方式的CINR_TH_ceiling与相邻的高等级调制编码方式的CINR_TH_in相等，同一等级调制编码方式的门限关系为：CINR_TH_ceiling＞CINR_TH_in＞CINR_TH_floor，相邻等级的调制编码方式之间的转换区域存在重叠部分，避免在两个相邻等级调制编码方式间的频繁调整。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据误块率BLER动态调整各调制编 码方式对应的CINR门限的步骤包括：

(C1)、进行快速CINR门限调整，将多组连续帧中每一组连续帧的误块率BLER与误块率短期目标BLER_SHORT_TARGET相比较，统计BLER大于BLER_SHORT_TARGET的组的个数，当BLER大于BLER_SHORT_TARGET的组的个数大于等于调整门限ADJUST_TH2时，提高所有调制编码方式的CINR门限；当BLER大于BLER_SHORT_TARGET的组的个数小于调整门限ADJUST_TH2时，转为慢速CINR门限调整(C2)；

(C2)、慢速CINR门限调整将连续多帧的误块率BLER与误块率高目标BLER_HIGH_TARGET相比较，若BLER大于BLER_HIGH_TARGET，则提高CINR门限；否则，将BLER与误块率低目标BLER_LOW_TARGET相比较，若BLER小于误块率低目标BLER_LOW_TARGET，则降低CINR门限；其他情况，不调整CINR门限值。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

所述快速CINR门限调整的统计周期短，所统计的每个组所包括的连续帧的个数少，适合于BLER突发变化的情况，用于信道质量突然变化时的CINR门限调整，能够根据信道变化较快的调整调制编码方式；

所述慢速CINR门限调整的统计周期长，远大于快速CINR门限调整的统计周期，适合于BLER变化平稳的情况，用于信道质量平稳变化时的CINR门限调整，能够根据信道变化更加准确的调整调制编码方式。 

Images