CN101053269A - 通信网络中的资源分配 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种适配资源分配参数，以便达到一个或更多具有更高精确度的质量目标的方法。引入了基于所谓的互信息的新的信息测量，优选地是在块级别。先前传输的基于MI的信息测量、后续传输的信道预测以及一个或更多质量需求，都被用于确定要被用于后续传输的资源的数量和类型，例如，时间、频率和功率资源。资源分配可以例如包括功率分配和/或链路适配，并且本发明可以实现一种具有协同作用的链路适配和功率分配的有益的实施方式。提出的方法在与ARQ/HARQ重传有关的方面是有用的。

Description

通信网络中的资源分配

技术领域

本发明主要涉及电信网络，尤其涉及这种网络中的资源分配。

背景技术

现今，电信网络中普遍关心的是，如何以适当的方式来分配诸如传输功率和频率等资源。资源是有限的，并且由于链路和用户数量的持续增长，网络复杂度增加，因此需要更加成熟完善的解决方案。一般地，资源的高效利用和可靠传输是关注的目标。

自动重复请求(ARQ)和混合自动重复请求(HARQ)被广泛应用于数据传输，以便保持传输质量。当接收到NACK反馈指示不正确的接收时，ARQ重传数据块。接收机立刻丢弃失败的块。而HARQ的原理是缓冲未被正确接收的数据块，并且将缓冲的数据与重传相组合。软组合过程通常取决于使用了哪种类型的HARQ组合方案，例如追赶组合(HARQ-CC)或增量冗余(HARQ-IR)[1]。

现有的解决方案，如上面提到的ARQ/HARQ机制，与很多问题相关联。ARQ/HARQ试图保持传输质量，但是不能确保成功的传输。在差的传输环境中，即使利用最大数量的重传，块也可能不能被正确接收。最大重传时间的较高限度将提高传输可靠性，但是将需要更大的缓冲区大小并导致更长的传输延迟。

为了达到较高的传输效率，在HARQ/自适应调制编码(AMC)调度方面基于信道预测[2]进行了一些研究。HARQ/AMC主要关心的是，适配或抵销无线信道变化的不确定性，最常用的措施就是利用所需的平均信噪比作为度量。HARQ/AMC需要对所有可能的信道变化进行穷举性的仿真，这是一项艰难的任务。

因此，在常规的电信系统中在传输期间进行资源处理还远远达不到令人满意的程度，非常需要有改善的资源分配机制。

发明内容

本发明总的目的是实现对无线电信网络中资源处理的改善。特定目的是保证传输可靠性和传输效率。另一个目的是减少网络中的资源浪费。再另外的目的是提供适合与ARQ/HARQ一起使用的改进的资源分配机制。

这些目的依据所附的权利要求来实现。

简单地说，本发明提出了一种适配资源分配参数，以达到一个或更多具有提高精确度的质量目标的新方法。基于所谓的互信息(MI)的新的质量指标(indicator)被引入到资源分配中，该指标优选地是在块级别。先前传输的基于MI的质量指标、后续传输的信道预测以及可选地一个或更多附加质量需求，都被用于决定要被用于后续传输的资源的数量和类型，例如，时间、频率和功率资源。资源分配优选地包括功率分配和/或链路适配。后者例如可包括基于信道状态而对调制模式、编码率和/或源数据速率的自适应选择。还可以包括在多个用户之间进行信道分配。特别地，本发明可以实现一种有利的方式，其中链路适配和功率分配基于同一测量而同时进行。提出的方法在与ARQ/HARQ重传有关的方面是非常有用的。

根据本发明的其它方面，提出了一种具有用于资源分配的装置的通信单元和通信系统。

附图说明

参考下面的说明和附图，本发明与其进一步的目的和优点都将被充分理解，其中：

图1是根据本发明示例性实施例的用于质量指标计算的质量模型的示意图；

图2示出了本发明所应用的通信系统(的部分)；

图3是根据本发明示例性实施例的资源分配方法的流程图；

图4A-C是示出了根据本发明确定示例性实施例，通信单元中质量指标确定功能的各种安排的示意性框图；

图5是示出了根据本发明示例性实施例，对于HARQ-CC系统，RBI相对于SIR映射的图；

图6是示出了根据本发明示例性实施例，对于HARQ-IR系统，FI与RBI之间映射函数的图；

图7是示出了根据本发明示例性实施例，具有HARQ-CC的资源分配系统的示意性框图；以及

图8是示出了根据本发明示例性实施例，具有HARQ-IR的资源分配系统的示意性框图。

具体实施方式

在本部分结尾的后面附有缩略语列表。

本发明涉及定义新的信息测量和参数，基于此执行对电信网络中通信链路的资源分配(诸如功率分配或链路适配)。在对本发明和示例性实施例进行详细描述之前，为了便于理解其原理，将对一些基本概念和定义进行一下解释。

新的链路对系统接口(link-to-system interface)和信息参数

本发明是基于对新的、改进的、也被称作质量模型的链路对系统(L2S)接口的识别，在能够获得良好的信道估计/预测以及测量的前提下，给出了实际上最优的资源分配规则/需求(使用或不使用ARQ/HARQ)。

图1是示出了根据本发明这种质量模型的示例性实施例的示意性框图。质量模型100描述了链路信息测量11(图1中的SIR)与最终质量指标或估计(图1中的BLER和FI)之间的映射关系。它分别包括调制模型12和编码模型13。正如将要在下面进一步说明的，所提出的质量模型100的一个非常有利的特点是，它在调制模型12和编码模型13之间呈现线性接口。

服务需求的质量可以用不同的质量指标来表达：BLER(块错误率)、吞吐量、延迟，也通过根据本发明所定义的一个或更多新指标来表达。这些指标可以通过统计学或基于诸如SIR和rawBER的链路信息测量而获得，并且在本发明的资源分配过程中扮演非常重要的角色。新的质量指标将在下面的“块级别互信息”这一部分中导出，但是首先，指标所基于的互信息概念将在符号级上来进行解释。

符号级互信息

从解码器来看，来自信源的信息由解调器的软输出来承载。来自信息理论的经典的信息值是所谓的信道输入与输出之间的互信息(MI)，即，编码器输出比特与解码器输入软比特之间的互信息。信道编码定律指出，理想的编解码器(即编码器/解码器系统)能够在与信道互信息相等的编码率上进行可靠传输[3]。基于信道容量的信息测量可以被表示为调制的符号级互信息(SI)值。用γ_j来表示在时间j的信号干扰比(SIR)，即

γ_j＝(E_s/N₀)_j                                           (1)

SI被表示为I(γ_j)，并且被定义为

$I\left({\mathrm{\γ}}_j\right)=E_{\mathrm{XY}}\left\{{\log }_2\frac{P\left(Y\right|X,{\mathrm{\γ}}_j)}{\underset{X}{\mathrm{\ΣP}\left(X\right)}P\left(Y\right|X,{\mathrm{\γ}}_j)}\right\}=$

$=E_X\{\underset{Y_R=-\∞}{\overset{+\∞}{\∫}}\underset{Y_I=-\∞}{\overset{+\∞}{\∫}}P\left(Y\right|X,{\mathrm{\γ}}_j)\·{\log }_2\frac{P\left(Y\right|X,{\mathrm{\γ}}_j)\·}{\underset{X}{\mathrm{\Σ}}P\left(X\right)P\left(Y\right|X,{\mathrm{\γ}}_j)}d{Y}_{1}d{Y}_R\}---\left(2\right)$

其中被调制的符号X属于特定的调制星座，接收的符号Y＝(Y_R+i*Y_I)∈C，其中C是复数集[4]。在方程(2)中，P(X)是X的先验概率。P(Y|X，γ_j)是在传输符号X条件下并且由信道状态γ_j参数化的Y的概率密度函数。

还有对符号信息的近似，它们有时可被用于代替方程(2)。例如，基于用于编码传输的切尔诺夫联合界(Union Chernoff bound)、用于M符号调制的指数有效SIR映射(EESM)信息表达：

$I_{\mathrm{EESM}}\left({\mathrm{\γ}}_i\right)=(1-e^{-{\mathrm{\γ}}_j/{\mathrm{\γ}}_{10}})\·{\log }_{2}M---\left(3\right)$

其中γ_m是用于给定星座的调制调节因数。

其它的近似互信息表达可以例如是基于BPSK截止率：

$I_{R0}\left({\mathrm{\γ}}_i\right)=(1-{\log }_2(1+e^{-{\mathrm{\γ}}_i/2}))\·{\log }_{2}M---\left(4\right)$

或基于标准的先农信息理论，即，具有真正高斯输入的AWGN容量：

$I_{\mathrm{Gouss}}\left({\mathrm{\γ}}_i\right)=\frac{1}{2}{\log }_2(1+{\mathrm{\γ}}_i)---\left(5\right)$

还有其它近似表达，诸如

$I_{\mathrm{\α}}\left({\mathrm{\γ}}_i\right)={(1-e^{-{\mathrm{\γ}}_i/\mathrm{\α}})}^{\mathrm{\β}}\·{\log }_{2}M---\left(6\right)$

其中{α，β)是对于给定星座的调制补偿指数。借助良好的训练，(6)给出非常好的匹配。

块级别互信息

特定编解码器的性能可以被表达成每编码块的互信息。

对(N，K)编码块，其中K表示信息比特的数量，N表示在一个编码块中的编码比特的数量，该编码块对应于J个调制符号，信道容量是块中SI：s的累积。假定接收的编码块经历多个信道状态{γ₁，γ₂，...，γ_J}，根据本发明，互信息被进一步在不同级别上定义为下述质量指标：

-接收的编码块信息(RBI)：

$\mathrm{RBI}\left(\right\{{\mathrm{\γ}}_j,j=1~J\left\}\right)=\underset{j=1}{\overset{J}{\mathrm{\Σ}}}I\left({\mathrm{\γ}}_j\right)---\left(7\right)$

对M阶调制，I(γ_j)≤log₂M＝N/J，因此RBI(γ_j)≤N。

$\mathrm{RBI}=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{RSI}}_m,$ 并且 $\mathrm{RSI}=\underset{s=1}{\overset{S}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{SI}}_s,$

其中RSI表示接收的时隙(slot)信息，SI是符号信息，也就是I，S是一个时隙中的符号数目。

RBI是解码前接收的总的编码比特(rawbit)信息。

接收的编码块信息率(RBIR)，即归一化RBI：

RBIR({γ_j，1∝J})＝RBI({γ_j})/N≤1                  (8)

块错误率(BLER)，即错误块的数量在传输块总的数量中所占的比例。

帧信息(FI)：

FI({γ_j，j＝1∝J})＝(1-BLER)*K                      (9)

FI是接收的在一个编码块中的解码比特信息，它可以被解释为被量化的吞吐量，即每编码块中被正确接收的比特数目。

块成功率(BSR)，即归一化FI：

BSR({γ_j，1∝J})＝1-BLER                            (10)

吞吐量(TP)

TP({γ_j，1∝J})＝BSR({γ_j})*R_infobits＝FI({γ_j})/T_codingblock    (11)

其中R_inf obits是信息比特的传输速率，T_codingblock是一个编码块的周期。

基于互信息的质量指标，例如RBI、RBIR、FI和BSR，代表服务质量，并且可以被用于表达传输需求/限制，例如FI_t arg et或RBI_t arg et。通过将目标与相应的例如FI_measurement或RBI_measurement的测量值相比较，可以确定需求是否被满足。基于互信息的指标独立于信道模式和变化，这就使得它们当用于资源分配时，比传统的QoS参数更易使用。

应该注意，其它基于互信息的质量指标，例如诸如其它类型的归一化FI和RBI参数，同样落在本发明的范围内。

使用互信息的调制模型

调制模型(图1中的12)对不同的调制星座处理符号级互信息SI。

根据先农信息理论[5]，对于没有带宽限制的AWGN信道，信道容量是：

C＝log₂(1+Es/No)[bits/symbol]                    (12)

对于数字调制，互信息SI表示离散输入连续输出信道的容量。M阶星座的容量不能大于log₂M，但是在具有极好的γ_j知识的情况下，它可以以非常低的SIR值而相当接近于先农信道容量。另外，在具有极好的信道知识的情况下，给定信道状态γ_j，对于越高阶的调制，SI越大。然而，可以期望在具有不完美的信道估计的情况下，信息内容将由γ_j的估计来限制。

利用互信息的编码模型

如图1所示，用于多状态信道的编码模型13包括用于符号信息组合14和质量映射15的功能。用于多状态信道的质量模型100可以例如是通过互信息的查找表来实现，包括如下步骤：

[1]对于具有多信道状态{γ₁，γ₂，...γ_J}的解调器的一组软输出，通过检查特定星座的互信息的查找表计算{SI₁，SI₂，...SI_J}，如通过上面的调制模型12所描述的。

[2]为编解码器选择查找表。基于AWGN仿真结果生成该表，这不应该依赖于调制模型。例如，可以选择RBI对FI以及RBIR对BLER的查找表。

[3]通过(7)或(8)来收集RBI或RBIR。该功能在图1中在单元14处执行。为了仿真编解码器在非最优解码算法情况下的性能，需要通过为RBI引入一个RBI调节因数RBI_cod形式的校正来对(7)进行修改，如下：

$\mathrm{RBI}\left(\right\{{\mathrm{\γ}}_j,j=1\≈J\left\}\right)={\mathrm{RBI}}_{\mathrm{cod}}\underset{j=1}{\overset{J}{\mathrm{\Σ}}}I\left({\mathrm{\γ}}_j\right)---\left(13\right)$

另一个用于RBI的校正方法被表达为：

$\mathrm{RBI}\left(\right\{{\mathrm{\γ}}_j,j=1\≈J\left\}\right)=\underset{j=1}{\overset{J}{\mathrm{\Σ}}}I({\mathrm{\γ}}_j/{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{cod}})---\left(14\right)$

其中r_cod是SIR域的调节因数。

[4]通过检查AWGN查找表来得到质量指标。该功能在图1中由单元15来表示。

引入块级别的基于互信息的参数，如L2S接口中RBI(或RBIR)，使得可以具有相互分离的调制和编码模型，并且调制模型12和编码模型13之间的接口是线性的。该线性接口特征使其基于链路信息测量，相对直接地访问不同质量指标的估计。

根据本发明提出的上述质量模型与比起现有技术中相应的L 2S接口来说更加精确的优点相关联。

新的资源分配过程

根据本发明，提出使用上述那种的丰富反馈，该反馈承载信道条件信息和传输信息需求，以便获得改善的资源分配过程。该资源分配优选地包括功率分配(功率控制)和/或链路适配。基本上，先前(当前)传输基于MI的质量指标、后续传输(在本发明被用于重传改善情况下的“再试一次”)的信道预测，以及通常还有一个或更多质量需求，都被用于决定多少包括时间、频率和功率资源的资源应该被用于后续传输(“第二次尝试”)。

这样，本发明引入了资源分配中的新的质量测量，而现有技术中的资源分配是基于传统测量，例如SIR或BLER。正如在下面将很明显的，新的基于MI的指标与一些有利特征相关联，使得能够在通信链路上进行更可靠和高效的分组传输。

为了达到本公开的目的，资源分配是指对通信链路进行的资源分配/分布/设置/控制，这里的资源诸如传输功率或链路定义的资源(例如与频率或时间有关)。链路定义的或链路相关的资源的分配例如包括基于信道条件而对调制模式、编码率和/或源数据速率的自适应选择。它还包括在频域、时域、空间域和/或码域中的信道分配。链路定义的资源的分配在下面将一般被称为链路适配。

图2示出了其中使用了本发明的通信(子)系统200。示出了通过各自的通信链路23而与移动节点22(用户设备、移动台等)进行通信的基站21。本发明对于(但不限于)通过无线链路的基于分组的通信特别有益，并且解决这样一种情形，其中发送单元通过通信链路向接收单元发送或尝试发送信号。接收单元监控链路，并基于测量的链路信息，其确定如何向链路分配资源。通常，所有的参与单元21、22是包括接收和发送功能的收发信机。为了实现本发明的目的，“接收”或“发送”单元可以是基站21、移动节点22，或其它任何适当的通信节点/单元。

图3是根据本发明示例性实施例的用于分配资源的方法流程图。在第一步骤S1中，信号通过通信链路从发送单元被发送到接收单元。基于互信息关系/公式确定用于信号的质量指标/链路测量(例如FI、RBI)的当前值(步骤S2)。为此，可以使用基于信息的质量模型，它通过允许调制模式的选择与编码率的适配分离进行，而简化了调制模式的选择和编码率的适配。质量指标是(直接或间接地)代表信号的块级别互信息的参数。它可以例如代表诸如RBI或RBIR的接收块的总的编码比特信息，或者代表诸如FI或BSR的接收块的总的解码比特信息。在接收单元测量的信号的链路信息(例如SIR)优选地被用作确定质量指标的步骤的输入。

确定质量指标的步骤优选地包括，利用将信号干扰比的表示作为输入的调制模型，在符号级上对互信息参数进行建模，以及将互信息参数组合到块级别互信息中。利用独立于所述调制模型的编码模型，该编码的块级别互信息可被转换为在块级别上的解码的质量指标。例如，步骤S2可以包括将接收的调制符号信号干扰比(SIR)映射到符号信息(SI)；将SI值映射到接收的块信息(RBI)；以及将RBI值映射到块错误率(BLER)和/或帧信息(FI)。

依然参见图3，在步骤S4中，响应质量指标的当前值，决定要如何分配资源给通信链路。质量指标通常被输入到资源分配函数，然后基于该函数的输出来分布资源。一般地，资源分配包括比较质量指标的当前值和质量指标的目标值或者处于其后。

这样，可以通过诸如功率或编码率的资源分配参数来进行资源分配。执行实际的资源分配通常包括在发送单元设置一个或更多下面所述的参数：

i)传输带宽及其谱位置

ii)传输定时

iii)传输功率

iv)混合自动重复请求(H-ARQ)会话中的分组或子分组的格式

v)H-ARQ会话中重传的数量

当资源分配被用于确定传输带宽及其谱位置(i)时，它包括例如设置在多载波系统中传输的副载波的位置和数目，和/或在码分复用系统中码信道的数目。当资源分配被用于确定传输定时(ii)时，它可以包括例如设置在H-ARQ会话中发送分组或子分组的时刻，以及H-ARQ会话中传输分组或子分组的持续时间。当资源分配被用于确定H-ARQ会话中的分组或多个子分组的格式(iv)时，它包括例如选择一个或更多如下参数：调制的阶、前向纠错(FEC)率、FEC码的类型以及H-ARQ组合的类型。

通过本发明，使用用于特定编码方案的单一的查找表经常是可能的，该编码方案独立于调制模式。这就使得可以直接实现资源分配功能。

应该提到的是，资源分配判决有时可能暗示着传输不会发生，即没有资源要被分配给链路。这通常通过传输定时来控制；如果当前的信道条件或近期将来非常差，以至于(重)传输注定是没有用的，则可以暂停传输并在以后恢复。

至于QoS准则，当确定资源分布时，通常至少应该包括一个直接与质量指标准则(例如RBI_t arg et或FI_t arg et)相关的QoS准则。块错误率或每链路吞吐量准则通常是这种情况。然而，还可以有诸如BLER、分组传输延迟、延迟抖动或残余块错误率等可选准则，它们可被用于确定个别用户的服务优先级。在任一种情况下，当至少一个QoS准则使用如RBI或FI的质量指标时，本发明提高了资源分配功能的精确度。

本发明带来大量优点。它可以通过基于信道条件和质量需求分配资源来提高传输可靠性。并且，在传输失败的情况下，提出的资源分配将提高成功重传的概率。这意味着将不需要与传统技术同样多的重传，即由错误重传导致的传输延迟被减小了。

并且，通过本发明，传输效率可得到提高。基于互信息的链路适配和功率控制使得可以对适当的用于重传的资源进行分配，因此减少了资源浪费。资源被分配为仅仅多于够用，以便支持质量需求。尽管需要资源分配的富余来保证对于信道变化和估计误差的鲁棒性，但是资源浪费比例如在传统的ARQ/HARQ中支持同样的传输质量和延迟所造成的资源浪费要少。

特别地，通过引入基于丰富反馈的功率控制和/或链路适配，获得了一种对如ARQ/HARQ的传输/重传机制的改进。例如，通过提出的链路适配，可以提供一种灵活的编码率选择，即可变的重传块尺寸，因此与例如现今的HSDSCH中的HARQ/AMC相比，传输效率将得到提高。(传统的具有ACK/NACK反馈的ARQ/HARQ只能提供一定类型的编码率)。因此，有时一些资源的浪费是不能避免的，即使使用AMC调度。)

本发明有一些实施例，其中资源分配不是包括功率分配，就是包括链路适配。然而，本发明还使得可以实现功率分配和链路适配协同作用的特别优选实施例。通过上面描述的基于信息的质量模型，链路适配和功率分配可以基于同一个测量(即基于互信息的质量指标)同时执行，以便更精确地达到QoS需求。通过考虑总的系统资源，这种协同作用的功率分配与链路适配被组合设计。然后，更灵活的功率分配通常将被用于信道资源有限的情况下，而更灵活的链路适配将被用于传输功率或干扰电平有严格限制的情况下。这种“协同作用”已经被证明比传统的独立的功率分配和链路适配的性能要好。

应该注意的是，尽管现有技术中有执行链路适配和功率分配的系统，但是在这些系统中链路适配和功率分配是被独立设计为，而不是协同作用。例如，WCDMA AMR具有基于时隙级别(slot-level)SIR估计的时隙方式(slot-wise)内环功率控制、基于BLER的TTI(发送时间间隔)方式的外环功率控制，以及基于TTL级别(TTI-level)SIR估计的TTI方式(TTI-wise)的链路适配。另一个例子是HSDPA，它利用根据信道条件和QoS需求的快速TTI方式的链路适配，以及不针对任何QoS需求的非常慢的功率控制。

这样，在与链路适配和功率分配相联系的方面，新的测量和过程对于给定用户来说非常有用。正如所提到的，它们对于信道资源在不同用户之间分布时的信道分配或调度来说也很有用。换句话说，为了达到本公开的目的，“通信链路”可以指一组形成链路/信道的子链路中对于特定用户的一个子链路，还可以指与与各自用户相关联的各自链路/信道。在频域中，信道分配是指载波(FDMA)或副载波(OFDM|OFDMA)的分配。在时域中，它是指时隙(TDMA)的分配。相似地，在空间域中，信道分配是指天线链路(例如MIMO)的分配，而在码域中，它是指扩频码(CDMA)的分配。

正如背景技术部分所提到的，传统的HARQ/AMC解决方案在抵销无线信道变化的不确定性的任务中，通常使用需要的平均SIR来作为度量。传统方法依赖于平均SIR-BLER关系。如果当前的传输没有达到想要的BLER，其策略是在功率电平上进行重传，或者用不同的调制或编码格式，使得总的接收SIR对于期望的BLER是足够的。然而，平均SIR-BLER表征取决于信道变化的速率和模式。信道变化的不同速率和模式导致不同的平均SIR-BLER曲线，即使是使用同样的调制和编码。HARQ/AMC需要对所有可能的信道变化进行穷举性的仿真，这是一项艰难的任务。本发明通过引入信息测量表征(基于MI的质量指标)克服了这些困难，该信息测量表征将变化的SIR值变换成独立于信道变化的速率和模式的统一的量。

图4A-C示出了根据本发明示例性实施例，通信单元中质量指标确定功能的各种安排的示意性框图；所示出的全部三种资源分配机制400表示具有链路监视功能43的接收单元41，以及具有执行实际资源分配的功能45的发送单元42。

在第一实施例中(图4A)，质量指标是在接收单元41的质量指标计算器44中计算的。接收机41还包括用于决定要将什么资源分配给正在考虑的链路的装置(未示出)。资源分配控制命令被从接收单元41发送到发送单元42，发送单元根据该命令分配资源。

在第二实施例(图4B)中，质量指标计算器44改为被安置在发送机一侧。接收机41简单地将用于质量指标计算的链路信息发送到发送机42，因此质量指标在发送机中计算，发送机确定并执行资源分配。

如图4C所示，还有这样的实施例，其中质量指标被计算的位置既不是在实际的接收机单元，也不是在发送机单元，例如在分离的更高级别的控制单元46。在这种情况下，用于质量指标计算的链路信息被从接收机41发送到外部控制单元46。控制单元46计算质量指标，并将资源分配控制命令发送到发送机42。如图4A所示，发送机42的资源分配功能45然后根据控制命令来执行资源分配。

为了避免混淆，图4中的单元41和42被表示为接收机和发送机。当然，通常情况应该是每个单元都包括接收和发送功能，即是收发机单元。

质量指标的确定-实施例

正如所提到的，本发明具有一些与ARQ/HARQ重传相关的有益应用。

在HARQ中，源速率是固定的，即常数K，并且正如背景技术部分所提到的，软组合的过程取决于使用的是哪种HARQ组合方案。在HARQ-CC中，接收机总是组合失败块的全部重传；即接收机缓冲中的数据量保持相同。在HARQ-IR中，接收机缓存编码的符号，这就为首先发送的块引入了新的信息，即将要缓存的数据量随着连续的重传而增加。

因此，有三种类型的ARQ/HARQ方案：传统的ARQ(类型I)；HARQ-追赶组合(类型II)；以及HARQ-增量冗余(类型III)。在不同类型中的资源分配可以通过被调节/确定的不同因数来加以解释：

对于类型I和II，即传统的ARQ和HARQ-CC，由于编码率固定，BLER_t arg et或FI_t arg et可以被转换为RBI_t arg et。因此，重传适配将会通过将功率调节到RBI_t arg et来最小化功率成本，即功率分配。通常，目标是利用HARQ-CC来确定达到与RBI_t arg et最接近相对应的接收SIR所需要的功率。

对于类型III，即HARQ-IR，问题将会是最小化占用的信道资源并达到FI_t arg et，即编码率适配。编码率根据重传次数和策略而变化。在每一次重传之后，HARQ-IR系统将对应某一个码方案，它的RBI_t arg et可以容易地由FI_t arg et获得。将编码率适配与功率分配相结合也是可能的。这样，目的可以是利用HARQ-IR来确定达到与RBI_t arg et最接近的接收RBI所需要的码速率。

另外，对所有的情况，调制适配可以基于瞬时信道质量来进行。在制造者可以选择不进行调制适配的意义上来说，调制适配通常是可选的。

对于具有K个信息比特的编码块，方程(15)提供了第i次传输的帧信息(FI)，如下：

FI_i＝(1-BLER_t)*K                                          (15)

根据BLER目标(或其它QoS需求)，FI需求被导出为：

FI_t arg et＝(1-BLER_t arg et)*K                            (16)

对特定的编码模式，存在FI与编码(接收)的块信息RBI之间的唯一映射。第i个接收块的RBI被表示为RBI_i。因此，可以获得对于不同编码模式的RBI目标。

基于失败的i次接收的信息测量，与成功接收的信息目标的差别可以被计算出来，并被作为下一次重传的信息需求反馈给发送机。对ARQ，对重传的第i+1次尝试的信息需求为：

ΔFI_ARQ，i+1＝FI_t arg et                             (17)

对HARQ，它被表达为信息差：

$\mathrm{\Δ}{\mathrm{FI}}_{\mathrm{HARQ},i+1}={\mathrm{FI}}_{t\arg \mathrm{et}}-\underset{i=1}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{FI}}_i---\left(18\right)$

或者在RBI域中：

$\mathrm{\Δ}{\mathrm{RBI}}_{\mathrm{HAARQ},i+1}={\mathrm{RBI}}_{t\arg \mathrm{et}}-\underset{i=1}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{RBI}}_i---\left(19\right)$

对于给定的调制模式，ΔRBI可以被进一步映射到ΔSIR。

总得来说，FI表达被用于编码模式选择，而RBI表达被用于调制模式选择和功率控制。下面的段落给出对于ARQ/HARQ方案的功率控制、调制模式选择和编码率选择的例子。

具有给定的编码模式的功率控制和调制模式的选择

给定编码模式，FI需求ΔFI可被计算出来。对ARQ和HARQ-IR，对于重传下一次尝试的RBI需求通过下式计算出来：

$\mathrm{\Δ}{\mathrm{RBI}}_{\mathrm{ARQ}/\mathrm{HARQ}-\mathrm{IR},i+1}=\mathrm{FI}2\mathrm{RB}{I}_{\mathrm{cod},i+1}\left({\mathrm{FI}}_{t\arg \mathrm{et}}\right)-\underset{i=1}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{FI}2\mathrm{RBI}}_{\mathrm{cod},i+1}\left({\mathrm{FI}}_i\right)---\left(20\right)$

相应的SIR需求是：

$\mathrm{\Δ}{\mathrm{SIR}}_{\mathrm{ARQ}/\mathrm{HARQ}-\mathrm{IR},i+1}={\mathrm{SI}2\mathrm{SIR}}_{\mathrm{mod},i+1}\left(\frac{{\mathrm{\ΔRBI}}_{\mathrm{ARQ}/\mathrm{HARQ}-\mathrm{IR},i+1}}{{\mathrm{\ΔN}}_{i+1}}\right)---\left(21\right)$

其中，ΔN_i+1是用于将来第(i+1)次重传的编码块中编码比特的数目，它对于ARQ和HARQ-CC来说等于N。第(i+1)次重传的传输功率应该通过ΔSIR_i+1和信道预测来确定。

对于具有最大比组合(MRC)的HARQ-CC来说，对于下一次重传尝试的SIR需求为：

$\mathrm{\Δ}{\mathrm{SIR}}_{\mathrm{HARQ}-\mathrm{CC},\mathrm{MRC},i+1}={\mathrm{SI}2\mathrm{SIR}}_{\mathrm{mod},i+1}\left(\frac{{\mathrm{RBI}}_{t\arg \mathrm{et}}}{{\mathrm{\ΔN}}_{i+1}}\right)-{\mathrm{SI}2\mathrm{SIR}}_{\mathrm{mod},i+1}\left(\frac{\underset{i=1}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{RBI}}_i}{{\mathrm{\ΔN}}_{i+1}}\right)---\left(22\right)$

相应的RBI需求是：

ΔRBI_{HARQ-CC，MRC，i+1}＝N_i+1·SIR2SI_mod，i+1(ΔSIR_{HARQ-CC，MRC，i+1})         (23)

SIR需求是对于下一次重传尝试中功率控制的有效SIR目标，即对于给定的调制模式，功率应该被分配为达到ΔRBI。

图5包括示例了对于HARQ-CC系统的功率分配的图。示出了RBI对SIR的映射函数。SIR_E，1～t-1是前面1～(t-1)次传输的有效组合的SIR，SIR_E1～t-1是期望的所有t次传输的有效组合SIR。SIR_E，t是基于它确定了分配功率的第t次传输的SIR目标。RBI_t arg et给出最终组合的SIR_t arg et的需求。组合的SIR可以基于所有接收的传输的测量而得到。SIR_t arg et与测量之间的差别与信道质量预测一起给出功率需求。

至于调制模式，对于给定的可以通过最大功率门限来限制的有效SIR目标，它应该被选择为满足对于将来(重传的)块的ΔRBI需求。

本发明提供了在编码块中进行调制适配的可能性，以便最大化信道容量。这构成了其它优点。通过引入基于MI的质量模型，可以在一个编码块中使用多个调制模式，并且，通过正确设计的算法，混合的调制方案会比单一的调制方案更好。

编码率的选择

编码率的选择主要与HARQ-IR一起使用。

在有限传输功率和给定调制方案的情况下，下一次重传尝试的编码率应该被确定为满足ΔFI需求。

用R_pathloss来表示第(i+1)次传输信道预测的信道路径损失与第i次失败尝试的信道路径损失之比，则

${\mathrm{SIR}}_{i+1}={\mathrm{SIR}}_i\frac{P_{i+1}}{P_i\·R_{\mathrm{passloss}}}---\left(24\right)$

其中P_i和P_i+1分别是第i次重传和第(i+1)次的传输功率，SIR_i和SIR_i+1是相应的接收有效SIR值。因此，平均的符号信息(SI)可以通过下式计算：

SI_i+1＝SIR2SI_mod，i+1(SIR_i+1)                               (25)

在HARQ-IR中进行完第(i+1)次重传尝试之后，编码率将从(N_i，K)变化到(N_i+1，K)，即第(i+1)次尝试将发送ΔN＝N_i+1-N_i编码比特。第(i+1)次尝试的映射函数FI2RBI_cod，i+1()由编码率决定。编码率被选择为满足：

ΔN·SI_i+1＝FI2RBI_cod，i+1(ΔFI)                      (26)

图6包含示出了用于HARQ-IR系统的编码率选择的图。示出了对于不同编码率Δ的FI与RBI之间的多个映射函数。对于每一个编码率，下一次传输的信息需求(RBI需求)可以由FI_t arg et和测量的接收RBI来计算。基于信道预测和相应的功率分配，下一次传输的RBI可以被预测。满足FI_t arg et的最高编码率被选择。在所示的例子中，这意味着Δ1/2将被选择。然后N由t和(t-1)次传输的最终速率确定。可替换地，对于选定的编码率，功率可以由RBI需求和信道质量来确定。

图7是示出了根据本发明示例性实施例，具有HARQ-CC的资源分配的系统的示意性框图。该例子说明了用于组合的功率分配和链路适配的系统/机制700，包括质量映射单元70；(重)发送单元71；信道72；接收机73；用于信道预测的单元74；用于SIR组合和RBI计算的单元75、76；用于RBI比较的单元77；资源分配判决单元78；以及用于功率控制(分配)和链路适配的单元79。

质量映射单元70被提供或具有访问多个编码性能查找表(例如多个编码模式的RBI-BLER或RBIR-BLER)的入口。质量映射单元70的输入包括至少一个质量需求，诸如BLER_t arg et和关于编码模式的信息，例如编码率和块尺寸。通过这些输入，质量映射单元可以查找每一个编码块的信息需求/质量指标。在图7中，质量指标RBI的目标值RBI_t arg et从质量映射单元70输出。

转向包含收发信机功能且其中发生信道测量的线路，信息比特序列被输入到发送机单元71。发送机单元71通常具有用于第一传输和重传的装置，并且包括码/调制/缓存子单元71A以及功率分配子单元71B。码/调制/缓存子单元71A接收包括信息比特序列和MCS信号(调制模式、编码率等)的输入，并输出调制的符号序列。调制的符号序列被转发到功率分配单元71B，当前的传输功率也被提供给功率分配单元71B。单元71B向传输的符号序列提供分配的功率电平。

发送的基带符号序列在进入接收端的接收机单元73之前穿越信道。对于真实的系统，图7的信道单元72表示空气中的无线电传输，而为了仿真的目的，它可以是为了建模一些典型的无线传播信道而引入的信道模型。

在接收机单元73中，基带接收的符号序列遵循测量和估计函数，该函数被用于执行链路适配和功率控制。从接收机单元73的输出包括发送到信道预测单元74的信道冲击响应估计和与SIR有关的信息，诸如通常被传送到信道预测单元74和SIR组合单元75的对于每个传输单元(例如时隙)的SIR估计或SIR分布。信道预测单元74从前面(几个)TTI的SIR估计/分布(对于每个传输单元)以及前面TTI的信道冲击响应估计来预测将来传输的SIR分布。

转向SIR组合单元75，假设使用最大比组合(MRC)，包括对于前面(几个)TTI每个传输单元的SIR估计的输入在MRC组合之后被组合为有效SIR(SIR_i)。在接下来的RBI计算单元76中，基于总的第1到第i次传输的等效SIR和调制模式，对于总的i次传输尝试计算等效RBI。

系统700进一步包括用于将质量指标(RBI)的目标值与它们的测量/估计值进行比较的功能。该功能在图7中由RBI比较单元77来表示，它基本上执行计算：ΔRBI＝RBI_t arg et-RBI_i。比较结果被用于ΔRBI判决单元78中的ΔRBI判决。在这个例子中，如果ΔRBI≤0，则资源分配将不会进一步增加，但是另一方面，如果ΔRBI＞0，则下一次传输(例如通过ΔRBI表达)的RBI需求被传送到功率控制/链路适配单元79。这样，该用于资源分配的单元79被提供下一次传输的RBI需求和下一次传输的SIR统计预测。基于这些输入，它可以执行MCS选择和功率分配，使得传输条件得到改善。

通常，如所描述机制的资源分配是一个迭代过程，其中功率分配/链路适配单元79的输出被分别送回到质量映射单元70和发送机单元，并且为了改善资源分布和传输设置，对接收的符号系列执行连续测量。

图8是示出了根据本发明示例性实施例，具有HARQ-IR的资源分配的系统的示意性框图。该例子说明了用于组合的功率分配和链路适配的系统/机制800，包括质量映射单元80；(重)发送单元81；信道82；接收机83；用于信道预测的单元84；用于RBI计算的单元85；用于RBI比较的单元87；ΔRBI判决单元88；以及用于功率控制(分配)和链路适配的单元89。

图8中的大多数功能或多或少地与上述参考图7描述的功能直接相对应。然而，图7是针对HARQ-CC，而图8是解释了HARQ-IR。这意味着，在图7中，编码率对于所有的重传次数来说是固定的，即质量映射(RBI-BLER)对RARQ-CC来说是固定的。因此，RBI_t arg et只需要查找一次。然而，在图8中，编码率随着由于增加的冗余比特而导致的更多的重传尝试而降低。因此，RBI-BLER映射根据重传次数和策略而变化。因此，RBI_t arg et需要对每一次重传尝试进行查找。

并且，接收单元73和83的输出不同。在HARQ-CC的情况下，需要SIR估计和信道估计。HARQ-IR利用进一步的估计——质量指标(RBI)估计。

至于发送单元71和81中的MCS选择，对HARQ-CC，只有某个MCS被用在所有的重传尝试中，因此编码和调制对于某个信息块只执行一次，且缓存的调制的符号序列将被分配给不同的功率电平，即由重传中的功率分配来控制。另一方面，对HARQ-IR，在任何重传尝试和功率分配上，编码率和调制模式的选择都要被执行。

利用对本领域普通技术人员来说很显然的修改，图7和8所示的方案可被用于例如执行分离的功率分配或分离的链路适配。RBI可以由另一个基于互信息的质量指标来代替，诸如上面描述的块级别参数。并且，应该明白的是，图7和8中的方块代表优选地出现在根据本发明的资源分配系统中的功能。不同实施例可以具有不同地实施的功能，并且两个或更多方块可以在同一个物理单元中一起很好地实施。

考虑到与HARQ-IR相关联的编码率限制，即对于较低速率具有较小的组合增益，在这种情况下，协同功率分配将是一种好的补充。(对于Turbo码来说问题非常严重，因为大多数现有系统使用1/3率Turbo码作为母码，并使用率匹配(rate-matching)来控制最终的编码率。已知对于编码率低于0.5的情况，HARQ-IR与HARQ-CC相比具有相当低的增益。)

用于ARQ/HARQ-CC和HARQ-IR的模型对于降低重传延迟来说是有用的。

通过上面的例子，很明显地，根据本发明的过程在具有传输失败和进行重传的情况下是很有用的。然而，应该强调的是，它同样适用于提供新的分组传输所需要的资源。例如，对于没有H-ARQ(诸如当前的语音业务)的链路，可以使用丰富反馈来调整下一个分组的功率，以便保持期望的性能级别。即使在当前分组被成功接收时，丰富反馈可以告诉系统，对于将来的分组是否有足够的资源来保持期望的性能级别。在本发明特别优选的实施例中，与目标值的比较以及对分配资源的调整被连续地进行，以便提高传输可靠性和效率。

尽管本发明参考特定示例性实施例进行了描述，应该强调的是，它也可以覆盖所公开特征的等效物，以及对于本领域技术人员来说显而易见的修改和变化。因此，本发明的保护范围只受到所划定的权利要求的限制。

                           缩略语

ACK：确认

AMC：自适应调制和编码

ARQ：自动重复请求

AWGN：加性高斯白噪声

BLER：块错误率

BPSK：二进制相移键控

BSR：块成功率

EESM：指数有效SIR映射

FEC：前向纠错

FI：帧信息

HARQ：混合自动重复请求

HARQ-IR：HARQ增量冗余

HARQ-CC：HARQ追赶组合

HSDPA：高速下行链路分组接入

HSDSCH：高速下行链路共享信道

MCS：调制和编码方案

MRC：最大比组合

NACK：否定确认

QoS：服务质量

QPSK：正交相移键控

RBI：接收块信息

RBIR：接收块信息率

RSI：接收时隙信息

SI：调制符号信息

SIR：信号干扰比

TS：时隙

TTI：发送时间间隔

                     参考文献(略)

[1]Frenger，P.，Parkvall，S.，Dahlman，E.，“Performancecomparison of HARQ with Chase combining and incrementalredundancy for HSDPA”，VTC 2001 Fall.IEEE VTS 54th，Volume：3，7-11，Oct.2001，pp1829-1833 vol.3.

[2]Dottling，M.，Michel，J.，Raaf，B.，“Hybrid ARQ andadaptive modulation and coding schemes for high speed downlinkpacket access”，Personal，Indoor and Mobile RadioCommunications，2002.The 13th IEEE International Symposiumon，Volume：3，15-18 Sept.2002，pp1073-1077，vol.3.

[3]John G.Proakis，“Digital Communications”，McGraw-HillInc.，ver.3.

[4]John G.Proakis，“Digital Communications”，McGraw-HillInc.，ver.3，page 380(Eq.7-1-15).

[5]R.G.Gallager，Information Theory and ReliableCommunication，John Wiley & Sons，1968.

Claims (40)

1、一种向通信链路分配资源的方法，包括如下步骤：

基于互信息关系，为通过通信链路(23)从发送单元(21，22；42；71；81)发送到接收单元(21，22；41；73；83)的信号确定质量指标的当前值；并且

响应质量指标的当前值，为通信链路决定资源分配。

2、如权利要求1所述的方法，其中质量指标表示信号在块级别的互信息。

3、如权利要求1或2所述的方法，其中在接收单元(21，22；41；73；83)测量的信号的链路信息(11)被用作确定质量指标步骤的输入。

4、如前面任意一项权利要求所述的方法，其中质量指标表示接收块的总的编码比特信息。

5、如权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中质量指标表示接收块的总的解码比特信息。

6、如前面任意一项权利要求所述的方法，其中确定质量指标的步骤进而又包括如下步骤：

利用将信号干扰比(11)的表示作为输入的调制模型(12)，在符号级上对互信息参数进行建模；并且

将互信息参数组合为块级别的互信息。

7、如权利要求6所述的方法，其中确定质量指标的步骤进一步包括，基于独立于所述调制模型(12)的编码模型(13)并且使用组合后的块级别互信息，在块级别上确定质量指标的步骤。

8、如前面任意一项权利要求所述的方法，其中决定资源分配的步骤进而又包括：

将质量指标的当前值与质量指标的目标值进行比较；并且

基于质量指标的当前值与目标值之间的差别来分配资源。

9、如前面任意一项权利要求所述的方法，其中决定资源分配的步骤进一步基于至少一个选自下列组中的服务质量需求：BLER、分组传输延迟、延迟抖动、残余BER和服务优先级。

10、如前面任意一项权利要求所述的方法，其中资源分配包括向通信链路(23)进行功率分配。

11、如权利要求10所述的方法，与HARQ-追赶组合一起使用，并且包括功率分配，以达到接收块总的编码比特信息表示的目标值。

12、如前面任意一项权利要求所述的方法，其中资源分配包括通信链路(23)关于至少一个链路定义参数的适配。

13、如前面任意一项权利要求所述的方法，其中资源分配包括协同作用的链路适配和功率分配。

14、如权利要求12或13所述的方法，包括选自下列组中的链路定义参数的适配：编码率、编码模式以及调制模式。

15、如权利要求14所述的方法，与HARQ-增量冗余一起使用，并包括编码率适配，以达到接收块总的解码比特信息表示的目标值。

16、如权利要求14所述的方法，包括分离地进行调制模式适配和编码率。

17、如权利要求12或13所述的方法，其中链路适配包括向各个用户分配信道。

18、如前面任意一项权利要求所述的方法，包括如下步骤：

在接收单元(41)计算质量指标；并且

将对应于决定的资源分配的资源分配控制命令从接收单元发送到发送单元(42)，由此可以根据控制命令在发送单元分配资源。

19、如权利要求1-17中任意一项所述的方法，包括如下步骤：

在发送单元(42)接收来自接收单元(41)的链路信息，用于质量指标的计算；

在发送单元计算质量指标；并且

基于由发送单元做出的资源分配决定，在发送单元分配资源。

20、如权利要求1-17中任意一项所述的方法，包括如下步骤：

在外部控制单元(46)接收来自接收单元(41)的链路信息，用于质量指标的计算；

在外部控制单元计算质量指标；并且

将对应于决定的资源分配的资源分配控制命令从外部控制单元发送到发送单元(42)，由此可以根据控制命令在发送单元分配资源。

21、一种系统(200；400；700；800)中的通信单元(21，22；41，42)，具有用于向通信链路(23)分配资源的装置，该通信单元包括：

基于互信息关系，为通过通信链路传输的信号确定质量指标当前值的装置(44)；以及

响应质量指标的当前值，为通信链路决定资源分配的装置。

22、如权利要求21所述的通信单元，其中质量指标表示信号在块级别的互信息。

23、如权利要求21或22所述的通信单元，其中测量的信号的链路信息(11)被用作确定质量指标的输入。

24、如权利要求21-23中任意一项所述的通信单元，其中质量指标表示接收块的总的编码比特信息。

25、如权利要求21-23中任意一项所述的通信单元，其中质量指标表示接收块的总的解码比特信息。

26、如权利要求21-25中任意一项所述的通信单元，其中用于确定质量指标的装置进而又包括：

用于在符号级上对互信息参数进行建模的装置，包括将信号干扰比(11)表示作为输入的调制模型(12)；以及

用于将互信息参数组合为块级别的互信息的装置。

27、如权利要求26所述的通信单元，其中用于确定至少一个质量指标的装置进一步包括基于独立于所述调制模型(12)的编码模型(13)并使用组合后的块级别互信息，在块级别上确定质量指标的装置。

28、如权利要求21-27中任意一项所述的通信单元，其中用于决定资源分配的装置进而又包括：

用于将质量指标的当前值与质量指标的目标值进行比较的装置；以及

用于基于质量指标的当前值与目标值之间的差别来分配资源的装置。

29、如权利要求21-28中任意一项所述的通信单元，其中用于决定资源分配的装置利用至少一个选自下列组中的服务质量需求：BLER、分组传输延迟、延迟抖动、残余BER和服务优先级。

30、如权利要求21-29中任意一项所述的通信单元，其中资源分配包括向通信链路(23)进行功率分配。

31、如权利要求30所述的通信单元，与HARQ-追赶组合一起使用，并且包括进行功率分配，以达到接收块总的编码比特信息表示目标值的装置。

32、如权利要求21-31中任意一项所述的通信单元，其中资源分配包括通信链路(23)关于至少一个链路定义参数的适配。

33、如权利要求21-32中任意一项所述的通信单元，其中资源分配包括协同作用的链路适配和功率分配。

34、如权利要求32或33所述的通信单元，包括选自下列组中的链路定义参数的适配：编码率、编码模式以及调制模式。

35、如权利要求34所述的通信单元，适用于与HARQ-增量冗余一起操作，并包括编码率适配，以达到接收块总的解码比特信息表示的目标值。

36、如权利要求34所述的通信单元，包括分离地进行调制模式适配和编码率适配的装置。

37、如权利要求21-36中任意一项所述的通信单元，进一步包括：

通过通信链路接收来自发送单元(42)的信号的装置；以及

将对应于决定的资源分配的资源分配控制命令发送到发送单元，由此可以根据控制命令在发送单元分配资源的装置。

38、如权利要求21-36中任意一项所述的通信单元，进一步包括：

将信号通过通信链路发送到接收单元(41)的装置；

利用来自接收单元的链路信息，确定质量指标当前值的装置(44)；以及

根据决定的资源分配来进行资源分配的装置(45)。

39、如权利要求27-36中任意一项所述的通信单元，进一步包括：

利用来自接收单元的链路信息，为通过通信链路从发送单元(42)发送到接收单元(41)的信号确定质量指标当前值的装置(44)；以及

将对应于决定的资源分配的资源分配控制命令发送到发送单元，由此可以根据控制命令在发送单元分配资源的装置。

40、一种具有用于向通信链路分配资源的装置的通信系统，包括根据权利要求21-39中任意一项的通信单元。

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