CN1906908A - 高速率无线数据通信系统中的调制和编码装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种用于在发送装置中确定要通过副载波发送的分组数据的调制阶数的装置和方法。在该装置和方法中，发射机物理信道对数据进行编码和调制，以便利用OFDM码元发送用户数据。控制器将分组数据输出到发射机物理信道，并且确定发送时隙的数目、OFDM码元的数目、子信道的数目和编码器分组的大小。调制阶数和码率判定器从控制器接收发送时隙的数目、OFDM码元的数目、子信道的数目和编码器分组的大小，计算调制阶数乘积码率(MPR)，根据该MPR确定调制阶数，并且将所确定的调制阶数输出到对应的物理信道。

Description

高速率无线数据通信系统中的调制和编码装置及方法

技术领域

本发明一般地涉及一种无线数据通信系统中的调制和编码装置及方法。具体地说，本发明涉及一种高速率无线数据通信系统中的调制和编码装置及方法。

背景技术

通常，将无线数据通信系统分类为移动通信系统(MCS)、无线局域网(WLAN)、广域网(WAN)和城域网(MAN)，其全部基于移动通信技术。对于移动通信系统，正由第三代合作伙伴计划-2(3GPP2)、即同步码分多址(CDMA)移动通信系统的标准化组，以及第三代合作伙伴计划(3GPP)、即异步通用移动电信系统(UMTS)移动通信系统的标准化组独立地开发高速数据传输系统。

现在，将对自适应调制和编码(AMC)进行描述。

首先，将描述IEEE 802.16a系统。IEEE 802.16a系统使用正交频分多址(OFDMA)。

图1是图示用于在使用OFDM的IEEE 802.16a中发送高速率数据的物理信道的结构的框图。参考图1，发送给诸如用户1、用户2、...、用户m的用户的所有物理信道具有相同的结构。因此，在图1中，向相同的元件分配相同的参考标号，并且将不同的字母a、b、...、m作为用于指示各个用户及其相关联的物理信道的指示符添加到这些参考标号的末尾。在用于用户用户1、用户2、...、用户m的物理信道中使用的参数可以具有相同的值或不同的值。例如，各个物理信道可以在输入分组的大小、码率、调制阶数和发送持续时间方面彼此不同。现在，作为示例，将对用于第一用户用户1的物理信道进行描述。

在物理信道中，把要发送给第一用户用户1的数据用户1数据输入到循环冗余校验(CRC)加法器101a，并且CRC加法器101a将CRC添加到输入的用户数据用户1数据上，使得接收侧可以检测在信道传输过程中由于噪声而出现的错误。将添加了CRC的用户数据输入到尾部位添加器103a，并且尾部位添加器103a将尾部位添加到添加了CRC的用户数据上。将纠错码用于校正在信道传输过程中由于噪声而出现的错误，并且通常将其用于前向纠错(FEC)。通常，将卷积码和turbo码用于在无线通信系统中使用的FEC。这些码使用尾部位，所述尾部位是用于在格状图(trellis diagram)上以‘0’状态结束对应码的结束位。因此，FEC编码器105a对添加了尾部位的数据进行FEC编码。因为在相关参考文献中给出了对其的详细描述，所以在这里将省略对FEC编码的描述。

接下来，为了将FEC编码器105a的输出信号的数目匹配到分配给每个用户的调制码元的数目，码元重复和打孔部件107a对FEC编码后的数据进行码元重复和打孔。将经历了重复和打孔的码元输入到用于将在信道中出现的突发错误转换为随机错误的信道交织器109a，并且信道交织器109a对输入的码元进行信道交织。将信道交织后的码元输入到调制器111a，并且调制器111a调制信道交织后的码元。将调制后的码元输入到副载波或子信道映射器和NOS或NOOS映射器120，并且副载波或子信道映射器和时隙数目(NOS)或OFDM码元数目(NOOS)映射器120在分配给每个用户的发送持续时间内对调制码元进行副载波或子信道映射和NOS或OFDM码元数目NOOS映射。副载波或子信道映射器和NOS或NOOS映射器120同时处理所有用户的数据。将从副载波或子信道映射器和NOS或NOOS映射器120输出的码元输入到逆快速傅立叶变换(IFFT)130，并且IFFT 130对输入的码元进行逆快速傅立叶变换。以这一方式，每个用户的数据被转换为一个载波信号，并且被传递到射频(RF)单元(未示出)。

在前面的描述中，“NOS”或“NOOS”是指分配给每个用户的发送持续时间，并且可根据用户数据的大小而变化。因此，NOS或NOOS的增加导致分配给一个分组的发送时间的增加。此外，“子信道”是指在正交频分多路复用(OFDM)中使用的一组副载波。在频域中，不必始终以固定的顺序排列组成一个子信道的副载波，并且典型的是，多个副载波根据特定的模式组成一个子信道。例如，当把给定的频率带宽划分为2048个正交频率时，如果存在第1至第2048副载波，则可以用第1、第8、第16、第32和第64副载波的4个副载波来配置一个子信道。子信道的配置和组成该子信道的副载波的数目根据标准而改变。

参考图2和3，现在将对多用户信道资源分配配置进行描述。

图2是图示用于将信道资源分配给多个用户的配置的图，图3是图示根据一种方案将信道资源分配给多个用户的配置的图。

如可以从图2和3理解的那样，副载波是指在OFDM中使用的正交频率载波，并且具有小于或等于N点IFFT的N的值。也就是说，对于N＝2048，副载波的数目可以小于或等于2048。此外，在图2和3中，时隙是指发送持续时间，并且一个时隙包括一个或多个OFDM码元。例如，在图2和3中，一个时隙包括3个OFDM码元。在图2和3底部示出的“净荷突发长度”是指在链路信道的帧中用来发送用户数据的脉冲串的总长度。因此，可分配给所有用户的全部信道资源由副载波或子信道的最大数目和净荷突发长度确定。

参考图3，现在将对把信道资源实际分配给用户A、B和C的示例进行描述。用户A使用第一时隙SLOT(0)300的全部副载波。此外，用户A使用第二时隙SLOT(1)310的一些副载波。也就是说，用户A使用第一时隙SLOT(0)300的全部副载波(或子信道)，并且使用第二时隙SLOT(1)310的一些副载波(或子信道)。用户B和C使用第二时隙SLOT(1)310中的不同副载波(或子信道)。

图4是图示用于向用户发送数据的物理信道的结构的框图。除了图4的结构不添加CRC和尾部位以外，图4在结构上与图1相同。这是因为可以在媒体访问控制(MAC)层中执行CRC功能。因此，图4中的元件405、407、409、411、420和430分别对应图1的元件105、107、109、111、120和130。当图1和4二者的结构均具有多个调制器和多个纠错码码率时，它们需要一种用于确定码率和调制阶数的方案，以便向每个用户保证最佳性能。

更具体地说，如图1所示，在无线通信系统中，在用于分组传输服务的物理信道中需要调制器。此外，无线通信系统使用纠错码，以便克服由在无线通信信道中出现的噪声导致的数据错误。通常，诸如IEEE 802.16a的高速率无线数据服务标准不保证移动台的移动性。然而，作为移动通信标准的CDMA2000 1x EV-DV是保证移动台的移动性的标准。在保证移动性的系统中，应当考虑不仅克服由在无线通信信道中出现的噪声导致的数据错误、还克服由衰落导致的数据错误的各种方案。例如，为了使发射机有效地对付在衰落的信道环境中发生的信噪比(SNR)的动态改变，广泛地考虑用于始终发送相同的传输分组的分组调制方案、和改变纠错码的码率的AMC方案。

例如，当使用具有不同大小的多个分组时，通常使用与分组大小相应的不同码率和调制方案。使用不同码率和调制方案的原因在于通过向由发射机发送的每个分组提供多样性来增大信道的发送效率。也就是说，发射机根据信道状态、从上层传递的数据缓冲器状态(或数据积压)、可用子信道或OFDM副载波的数目以及发送持续时间，从多个分组大小中选择适当的分组大小。如果将这种传输分组定义为编码器分组(EP)，则调制方案的选择是选择EP大小时的重要因素之一。也就是说，即使使用相同的EP大小，也可以根据发送时间和可用副载波或子信道的数目来不同地确定最佳调制方案和纠错码的码率。这里，使用含义为发送时间的NOS或NOOS作为具有预定时间的发送单元。因此，NOS或NOOS的增加表明赋予一个分组的发送时间的增加。

当使用OFDMA时，分配给每个用户的副载波或子信道的数目可根据信道状态和数据量而改变。因此，在OFDMA系统中，可供用户使用的信道资源通常由子信道(或副载波)的数目和OFDM码元的数目(或NOOS)的乘积确定。例如，在CDMA2000 1x EV-DV中，使用调制阶数乘积码率(MPR)方案作为用于确定调制阶数和码率的方案。现在，将对MPR方案进行描述。

通常，众所周知的是，在使用纠错码的数字系统中，纠错码的码率的连续减小导致编码增益的缓慢递增。这里，“编码增益”是指与不使用纠错码的通信系统相比、使用纠错码的通信系统的SNR增益。因此，由码率减小导致的误码率(BER)显示出向特定增量值饱和的倾向。反之，码率的连续增大导致编码增益的快速递减，并且编码增益的快速递减导致误码率的快速递增。这得到香农的信道容量理论支持。

在数字调制方案中，由于调制阶数的增大/减小导致的、在相同SNR上的误码率的改变在其范围上受到限制，并且已经知道具有较高调制阶数的数字调制方案需要较高的SNR以获得相同的误码率。因此，如果假设一个系统使用固定的调制码元速率，则存在很多用于确定纠错码的码率和数字调制方案的调制阶数的可能组合。然而，当考虑到纠错码和数字调制方案的特性时，对于较低的码率，较为高效的是使用诸如正交相移键控(QPSK)的具有较低调制阶数的调制方案，而不是通过使用较高阶调制方案来减小码率。反之，对于较高的码率，优选的是通过使用较高阶调制方案减小码率来有效地防止误码率增大。

然而，在相同的谱效率上，在确定调制阶数之后计算码率。因此，在确定调制阶数之前指定码率的水平并不合适。例如，被称为调制阶数乘积码率(MPR)的新函数具有一种谱效率的思想，其中调制阶数和码率均得到了反映。在OFDM/OFDMA系统中，不能详细分析每个数据速率的调制方案与纠错码码率之间的关系。此外，当使用OFDMA时，为了高效地管理分配给每个用户或移动台的信道资源，副载波或子信道的数目以及OFDM码元的数目都应当根据信道状态和数据量而可变地确定。应当考虑这种细节(particulars)，以便提供最佳调制方案和码率确定方案。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种发送装置和方法，用于在高速率无线数据系统中确定各种调制方案和码率时使数据发送效率最大。

本发明的另一目的是提供一种调制方案和码率确定装置及方法，用于增大使用各种调制方案和码率的高速率无线数据系统中的数据发送效率。

本发明的另一目的是提供一种用于确定最佳调制阶数和纠错码的码率的装置及方法，其中，发射机使用各种分组大小，并且根据信道状态、数据缓冲器状态、副载波数目、正交频分多路复用(OFDM)码元数目和发送持续时间来选择多个调制方案之一和多个码率之一。

根据本发明的第一方面，提供一种用于确定要通过多个子信道发送的分组数据的调制阶数的装置。该装置包括：控制器，用于确定要发送的OFDM码元的数目、子信道的数目和编码器分组的大小；以及调制阶数判定器，用于根据所确定的OFDM码元的数目、所确定的子信道数目和所确定的编码器分组的大小，对于要发送给每个用户的每个分组数据，计算调制阶数乘积码率(MPR)，并且根据该MPR确定调制阶数。

根据本发明的第二方面，提供一种用于确定要通过多个子信道发送的分组数据的调制阶数的装置。该装置包括：控制器，用于确定要发送的OFDM码元的数目、子信道的数目和编码器分组的大小；以及调制阶数判定器，用于根据所确定的OFDM码元的数目、所确定的子信道数目和所确定的编码器分组的大小，对于要发送给每个用户的每个分组数据，计算调制阶数乘积码率(MPR)，并且根据该MPR确定调制阶数，其中如果0＜MPR＜1.5，则使用QPSK(调制阶数2)。

根据本发明的第三方面，提供一种用于确定要通过多个子信道发送的分组数据的调制阶数的装置。该装置包括：控制器，用于确定要发送的OFDM码元的数目、子信道的数目和编码器分组的大小；以及调制阶数判定器，用于根据所确定的OFDM码元的数目、所确定的子信道数目和所确定的编码器分组的大小，对于要发送给每个用户的每个分组数据，计算调制阶数乘积码率(MPR)，并且根据该MPR确定调制阶数，其中如果0＜MPR＜1.5，则使用QPSK(调制阶数2)。

根据本发明的第四方面，提供一种用于确定要通过多个子信道发送的分组数据的调制阶数的装置。该装置包括：控制器，用于确定要发送的OFDM码元的数目、子信道的数目和编码器分组的大小；以及调制阶数判定器，用于根据所确定的OFDM码元的数目、所确定的子信道数目和所确定的编码器分组的大小，对于要发送给每个用户的每个分组数据，计算调制阶数乘积码率(MPR)，并且根据该MPR确定调制阶数，其中通过下式计算MPR：

MPR＝(EP大小)/(净荷调制码元)＝(EP大小)/(48×(子信道数目))。

根据本发明的第五方面，提供一种用于确定要通过多个副载波发送的分组数据的调制阶数的方法。该方法包括以下步骤：确定要发送的OFDM码元的数目、子信道的数目和编码器分组的大小；根据要发送的OFDM码元的数目、子信道的数目和编码器分组的大小，对于要发送的分组数据，计算调制阶数乘积码率(MPR)；以及根据所计算的MPR确定调制阶数。

根据本发明的第六方面，提供一种用于确定要通过多个副载波发送的分组数据的调制阶数的方法。该方法包括以下步骤：确定要发送的OFDM码元的数目、子信道的数目和编码器分组的大小；根据要发送的OFDM码元的数目、子信道数目和编码器分组的大小，对于要发送的分组数据，计算调制阶数乘积码率(MPR)；以及根据所计算的MPR确定调制阶数，其中通过下式计算MPR：

MPR＝(EP大小)/(净荷调制码元)＝(EP大小)/(48×(子信道数目))。

根据本发明的第七方面，提供一种用于确定要通过多个副载波发送的分组数据的调制阶数的方法。该方法包括以下步骤：确定要发送的OFDM码元的数目、子信道的数目和编码器分组的大小；根据要发送的OFDM码元的数目、子信道的数目和编码器分组的大小，对于要发送的分组数据，计算调制阶数乘积码率(MPR)；以及根据所计算的MPR确定调制阶数，其中如果0＜MPR＜1.5，则使用QPSK(调制阶数2)。

根据本发明的第八方面，提供一种接收机，包括：控制消息处理器，用于从控制消息中提取关于子信道数目的信息、子信道索引信息和调制阶数信息，其中，在发射机中通过由下式计算的MPR来确定调制阶数：

MPR＝(EP大小)/(净荷调制码元)＝(EP大小)/(48×(子信道数目))；以及解调器，用于根据关于子信道数目的信息、子信道索引信息和调制阶数信息，对业务(traffic)数据进行解调和解码。

根据本发明的第九方面，提供一种接收方法，包括：控制消息处理步骤，从控制消息中提取关于子信道数目的信息、子信道索引信息和调制阶数信息，其中，在发射机中通过由下式计算的MPR来确定调制阶数：

MPR＝(EP大小)/(净荷调制码元)＝(EP大小)/(48×(子信道数目))；以及业务处理步骤，使用关于子信道数目的信息、子信道索引信息和调制阶数信息来对业务数据进行解调和解码。

附图说明

当结合附图进行理解时，根据以下详细描述，本发明的以上和其它目的、特征和优点将变得更加清楚，在附图中：

图1是图示用于在使用正交频分多路复用(OFDM)的IEEE 802.16a系统中发送高速率数据的物理信道的结构的框图；

图2是图示用于将信道资源分配给多个用户的配置的图；

图3是图示根据一种方案将信道资源分配给多个用户的配置的图；

图4是图示用于向用户发送数据的物理信道的结构的框图；

图5是图示根据本发明实施例的、使用正交频分多址(OFDMA)的配置的图，在所述配置中，将信道资源分配给多个用户；

图6是图示根据本发明实施例的、用于在OFDMA系统中确定每个时隙分配的调制码元的数目的因子的图；

图7是图示在OFDMA无线通信系统中将两个时隙分配给特定用户的示例的图；

图8是图示当把信道资源分配给多个用户时一个用户使用不同的纠错码的情况的图；

图9是图示根据本发明实施例的、将使用调制阶数乘积码率(MPR)向其施加每个多路访问用户的码率和调制阶数的发射机的框图；

图10是图示使用MPR方案的OFDMA系统的接收机的框图；

图11是图示根据本发明实施例的、用于在系统中发送用户数据和控制消息的装置的框图；以及

图12是图示根据本发明实施例的基站和移动台之间的操作的框图。

具体实施方式

现在，将参考附图详细描述本发明的实施例。在以下描述中，为简明起见，省略了对合并在此的已知功能和配置的详细描述。

在给出对本发明的描述之前，将描述所述细节中的数据速率和子信道。配置每个数据速率表，使得根据子信道的数目，提供大约120个不同的调制方案和纠错码码率的可能组合。因此，本发明的实施例提供一种用于在正交频分多路复用/正交频分多址(OFDM/OFDMA)系统中分析每个数据速率的调制方案和纠错码码率之间的关系的方法。此外，本发明的实施例提供一种用于根据新分析方法确定调制阶数和纠错码码率的标准和方法。

图5是图示根据本发明实施例的、在使用OFDMA的高速率无线数据系统中将信道资源分配给多个用户的配置的图。参考图5，现在将对根据本发明实施例的、将信道资源分配给多个用户的情形进行描述。

如上所述，基于子信道或副载波的数目和时隙的数目确定分配给一个用户的信道资源量。因此，在图5中，根据子信道或副载波的数目和时隙的数目向用户A和用户B分配信道资源。更具体地说，将第一时隙SLOT(0)500的全部子信道分配给用户A，并且用户A占用第二时隙SLOT(1)510的一些副载波以进行数据发送。此外，用户B占用第二时隙SLOT(1)510的一些其它副载波以进行数据发送。然而，在这里将假设诸如图5的用户C的特定用户可以不在逐个时隙的基础上发送数据。也就是说，在一些情况中，可以像发送给图5的用户C的数据513一样，在每个OFDM码元的基础上发送纠错码。这些情况实际上适用于以下系统，在该系统中，采用使用增量冗余(IR)的混合自动重复请求(HARQ)，或者不是在每个时隙的基础上，而是在每个码元的基础上实现发送。此外，当有必要细分纠错码的块的大小以便高效地使用信道资源时，可以使用这种方法。因此，需要用于针对在系统中给出的块的大小确定调制方案的方法，所述系统提供各种信道资源分配配置，即，提供纠错码的各种块的大小。

现在，将对根据本发明实施例的、用于基于块的大小确定调制方案和码率的方法进行详细描述。将假设根据要从上层(例如MAC层)发送的分组的大小来确定EP大小。此外，将假设利用信道资源分配方法来确定要分配给一个用户的子信道(或副载波)的数目和时隙(或OFDM码元)的数目。在此情形中，发射机应当确定最佳调制方案。通常，可以使用以下3个因子来确定分配给一个用户的调制码元的数目。

因子

1.N_SCH：每个子信道和OFDM码元分配的副载波的数目

2.N_OS：每个时隙分配的OFDM码元的数目

3.N_MS：分配给包括一个时隙和一个子信道的信道资源的调制码元的数目(N_MS＝N_SCH×N_OS)

现在将参考图6来描述这三个因子。图6是图示根据本发明实施例的、在OFDMA系统中用于确定每个时隙分配的调制码元的数目的因子的图。

在图6中，假设在一个时隙内发送3个OFDM码元。在一个时隙内发送3个OFDM码元的这一情况下，N_SC 601可以成为分配给一个子信道的副载波的数目。在图6中，假设分配给一个子信道的副载波的数目是16(N_SC＝16)。每个子信道分配的副载波的数据可以根据所发送的OFDM码元的数目而变化。N_OS 602是如上所述分配给一个时隙的OFDM码元的数目。因此，N_OS＝3。在这一配置中，如上所述，可以确定分配给包括一个子信道的信道资源的调制码元的数目。因为在图6中假设N_SC＝16并且N_OS＝3，所以分配给信道资源的调制码元的数目包括等于48(＝16×3)的一个子信道。当用副载波的数目而不是调制码元来表示时，N_MS代表48个副载波。

因此，当把前述MPR用于OFDMA时，可以通过下式计算MPR值：

等式(4)

$\mathrm{MPR}=\frac{N_{\mathrm{EP}}}{N_{\mathrm{MS}}\×N_{\mathrm{SCH}}\×\mathrm{NOS}}$

在等式(4)中，N_SCH表示子信道的数目。然而，在等式(4)中，假设对于每个时隙，纠错码的块始终具有相同的数目的子信道，就像图5的用户B一样。因此，当像图5的用户A那样、对于每个时隙所述块具有不同数目的子信道时，应当如等式(5)所示来修改MPR。

等式(5)

$\mathrm{MPR}=\frac{N_{\mathrm{EP}}}{N_{\mathrm{MS}}\×\underset{k=1}{\overset{N_{\mathrm{slot}}}{\mathrm{\Σ}}}{N}_{\mathrm{SCH},k}}$

在等式(5)中，N_SCH，k表示分配给第k时隙的子信道的数目。现在，将参考图7对其进行详细描述。图7是图示在OFDMA无线通信系统中将两个时隙分配给特定用户的示例的图。如可以从图7的示例理解的那样，用户A通过第一时隙SLOT(0)中的12个子信道发送OFDM码元，并且通过第二时隙SLOT(1)中的8个子信道发送OFDM码元。因此，第一时隙SLOT(0)中的子信道的数目N_SCH，0是12，并且第二时隙SLOT(1)中的子信道的数目N_SCH，1是8。此外，分配给所有子信道的调制码元的数目N_MS是48。因此，通过等式(5)将MPR给出为N_EP/(48×12+48×8)。

接下来，如果发射机将细分的纠错码块用于HARQ，则发射机可以基于OFDM码元来确定发送单元。也就是说，这对应于发送给图5的用户C的数据513。在此情况下，通过下式确定MPR：

等式(6)

$\mathrm{MPR}=\frac{N_{\mathrm{EP}}}{\underset{k=1}{\overset{N_{\mathrm{slot}}}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j}{\overset{N_{\mathrm{SCH},k}}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{N_{\mathrm{OS},\mathrm{kj}}}{\mathrm{\Σ}}}{N}_{\mathrm{SCH}}}$

在等式(6)中，N_OS，k，j表示分配给第k时隙和第j子信道的OFDM码元的总数目，并且N_SCH，k表示第k时隙中的子信道的数目。

图8是图示当在高速率数据系统中将信道资源分配给多个用户时、一个用户使用不同的纠错码的示例的图。在图8的情况中，使用不同的纠错码将数据发送给用户A。假设将第一时隙SLOT(0)中的第一数据用户A-1801、第一时隙SLOT(0)中的第二数据用户A-2802、以及第二时隙SLOT(1)中的第三数据用户A-3803发送给用户A，如果各个业务具有不同的服务质量(QoS)，则可以将不同的MPR赋予每个业务。此外，在此情况下，通过由等式(5)或等式(6)给出的MPR来确定调制阶数和纠错码的码率。

接下来，将对用于由发射机根据MPR确定用于每个用户的纠错码的码率R和调制器的调制阶数(MO)的方法进行描述。首先，对于一个5毫秒的传输帧，发射机根据下行链路(DL)多路访问(multiaccess)用户的数目分配信道资源。控制器根据分配给每个多路访问用户的子信道(或副载波)的数目、时隙(或OFDM码元)的数目、以及分配给每个多路访问用户的EP大小，计算用于每个多路访问用户的MPR。接下来，基于该MPR，每个多路访问用户首先根据下面给出的调制阶数确定阈值来确定调制阶数。这里，所述阈值是通过实验预先给出的值，并且可以根据所使用的纠错码而变化。在这里，假设使用turbo码作为纠错码，因为大多数高速率数据系统使用具有高编码增益的turbo码。因此，使用与turbo码相应的阈值。然而，当使用其它类型的纠错码时，规定所述阈值可以不同，并且还规定通过实验预先确定所述阈值，并且以后不再改变该阈值。在下面的等式(7)到等式(9)中，MPR_TH1是指用于确定QPSK和16QAM的阈值，并且MPR_TH2是指用于确定16QAM和64QAM的阈值。在这里，假设MPR_TH1＝1.5，MPR_TH2＝3.2，并且MPR_TH3＝5.4。在此过程中，一旦确定了调制阶数，就根据等式(10)将纠错码的码率R确定为MPR与调制阶数(MO)的比率。因此，每个多路访问用户根据其自己的方案计算其自己的调制阶数和纠错码的码率，并且将计算结果传递给纠错编码器和调制器。如果系统使用码元打孔和码元重复来匹配码率，则该系统根据该码率计算打孔和重复的数目，并且将计算结果传递给码元重复和打孔部件。存在若干其它码率匹配方案，并且在这里将不提供对其的详细描述。

等式(7)

0.0＜MPR＜MPR_TH1，则选择QPSK

等式(8)

MPR_TH1＜MPR＝MPR_TH2，则选择16QAM

等式(9)

MPR_TH2＜MPR＝MPR_TH3，则选择64QAM

等式(10)

码率(R)＝MPR/MO(调制阶数)

图9是图示根据本发明实施例的、将使用MPR来向其施加每个多路访问用户的码率和调制阶数的发射机的框图。参考图9，现在将对根据本发明实施例的、用于应用MPR的装置的结构和操作进行描述。

控制器(或主机、中央处理单元(CPU)、或数字信号处理器(DSP)900)输出要发送给多路访问用户用户1、用户2、...、用户m的用户数据。可以在调制解调器内部实现控制器900，或者在位于调制解调器之外的DSP内部实现控制器900。同时，控制器900将关于NOS、NOOS、子信道数目和EP大小的信息输出到调制阶数和码率判定器940。现在，将描述物理信道的结构。物理信道的结构与结合图1所述的结构相同。因此，图9的参考标号901、903、905、907、909、911、920和930对应图1的参考标号101、103、105、107、109、111、120和130。然而，图9在某些部件上与图1不同，并且将在下面描述所述不同的部件。FEC编码器905以具有由调制阶数和码率判定器940确定的值的码率将用户数据编码。码元打孔和重复部件907也根据由调制阶数和码率判定器940确定的值确定打孔/重复参数，并且调制器911也根据由调制阶数和码率判定器940确定的值确定调制阶数。以这一方式，确定要在每个用户的物理信道中使用的码率、码元打孔/重复参数和调制阶数。

然而，因为传统技术没有提供用于确定码率、码元打孔/重复参数和调制阶数的标准，所以本发明的这一实施例根据上述MPR确定那些值。尽管已经为方便起见而在图9中仅示出了子信道，但是根据所使用的系统，可以将副载波的数目用作输入参数。此外，调制阶数和码率判定器940提供用于码元打孔和重复的参数。例如，当FEC编码器905使用最低码率1/3并且基于MPR确定的码率是1/6时，调制阶数和码率判定器940向码元重复和打孔部件907输出参数值，例如请求2倍(times)码元重复的值。如果传递2倍码元重复参数并且码率是1/3，则最终码率变为1/6。可以用图9的方法来实现基于MPR的码率和调制阶数的确定。然而，也可以用与图9的方法不同的方法来实现所述确定。也可以将可由图9的发射机使用与图9的方法不同的方法计算的所有值存储在表中，以供以后使用。在实现所述表时，可以在调制解调器外部实现所述表。在此情况下，用所述表代替调制阶数和码率判定器940。因此，根据各个EP大小和MPR，对于所有可能组合预先计算调制阶数和码率，并将其存储在所述表中。控制器900将EP大小、NOS(或NOOS)、以及子信道(或副载波)的数目输出到调制阶数和码率判定器940，并且调制阶数和码率判定器940从存储了所有可能组合的调制阶数和码率的表输出调制阶数、码率和码元打孔/重复参数。此外，调制阶数和码率判定器940或控制器900控制副载波或子信道映射和NOS或NOOS映射操作。也就是说，调制阶数和码率判定器940或控制器900传递控制值，使得将该控制值映射到如参考图5所述的、将其传递给对应用户所经由的信道。通过这样做，可以在每个时隙的基础上或在每个码元的基础上，将传递给特定用户的分组数据映射在物理信道中。因此，在本发明实施例中提出的方法中，副载波或子信道映射器和NOS或NOOS映射器920可以逐个映射各个码元，或者仅映射特定时隙中的预定数目的码元。也就是说，如参考图5的参考标号512所示，可以将特定时隙内的所有预定子信道分配给一个用户，以及如图5的参考标号513所示，可以仅将特定时隙内的预定子信道中的若干码元分配给一个用户。

图10是图示使用MPR方案的OFDMA系统的接收机的框图。参考图10，现在将对使用MPR方案的OFDMA系统的接收机的结构和操作进行详细描述。

图10的接收机可以是移动台。然而，用于从每个移动台接收帧的基站中的接收机也具有与图10的接收机相同的结构。然而，在基站中，提供了多个图10的接收机。因此，在以下描述中，将假设图10的接收机是移动台。每个移动台或接收机应当首先确定由基站发送的信号是否是发送给该移动台自己的信号。移动台仅对发送给该移动台自己的信号进行解调和解码，从而恢复其用户数据。因此，移动台应当基于EP大小、子信道(或副载波)的数目、子信道索引、调制阶数和码率(即关于MPR的信息)，正确地接收关于分配给每个用户的信道资源的信息，即NOS或NOOS。

将这种控制消息从基站发送到移动台，并且现在将参考图11来描述用于与用户数据一起发送控制消息的基站的结构。

图11是图示根据本发明实施例的、用于在系统中发送用户数据和控制消息的装置的框图。参考图11，现在将对根据本发明实施例的、用于在系统中发送用户数据和控制消息的装置的结构和操作进行详细描述。

将用户数据用户1数据、用户2数据、...、用户m数据输入业务多路复用器1101，并且业务多路复用器1101将输入的用户数据多路复用。将用于该用户数据的控制消息输入控制消息处理器1102，并且控制消息处理器1102处理输入的控制消息。从控制消息处理器1102输出的信号包括其中在每个传输帧将用户数据多路复用的帧中的位置信息、以及关于MPR的信息，即NOS或NOOS、子信道(或副载波)的数目、子信道索引、调制阶数和码率。将这种控制消息划分为不需要每个帧都发送的信息和应当每个帧都发送的控制消息。可以在每个帧或者间或发送大多数信息。然而，需要每个帧都发送用户数据解调和解码所必需的、诸如MPR的信息。此外，发送不同于控制消息的控制信号。该控制信号可以是传统的导频信号。然而，也可以将不同于导频信号的信号用作控制信号。在这里将不给出其详细描述。

将多路复用的用户数据、控制消息和控制信号输入到多路复用器1103。多路复用器1103将输入的业务、控制信息和控制消息多路复用，并且输出具有在图11底部示出的格式的帧。也就是说，将输出帧划分为控制消息1130和OFDMA业务数据1131。以这一方式，一个帧具有处于其头部的控制消息和处于其末尾的多路复用的用户数据。因此，每个用户或移动台可以通过检测控制消息来确定是否已经接收到作为其头部的数据，如果是这样的话则获取该数据，并且基于该结果进行数据解调和解码。

将多路复用的一个帧的信号输入到RF单元1104，并且RF单元1104将输入的帧信号上转换为RF信号。将该RF信号输入到功率放大器(PA)1105，并且功率放大器1105对输入的RF信号进行功率放大，并且经由天线ANT发送放大的RF信号。

再次参考图10，接收机中的N点FFT 1001通过FFT运算而从所接收的RF信号检测每个帧的多个副载波分量。对于这样的操作，还需要自动频率控制器(AFC)和自动增益控制器(AGC)。然而，在这里，假设作为基础进行这种AFC过程和AGC过程，因此将不给出其详细描述。

将FFT处理后的信号输入到去映射器1003。因为可以在每个子信道的基础上或者在每个副载波的基础上接收帧，所以去映射器1003根据在系统中使用的方法对输入信号进行去映射。因为帧发送持续时间是NOS或NOOS，所以去映射器1003也对NOS或NOOS进行去映射。

在去映射后的信号中，将控制消息输入到控制消息检测器1005，并且将业务信号输入到业务处理器以进行业务处理。业务处理器包括元件1007到1007。

现在将描述控制消息检测器1005。如参考图11所述，将所接收的一个帧的数据划分为控制消息和业务数据，并且甚至使用相同的参考标号而将这在图10的底部示出。也就是说，输入到控制消息检测器1005的信息是控制消息1130。如上所述，控制消息检测器1005从控制消息1130检测发送给每个移动台的数据的多路复用的帧中的位置信息以及关于MPR的信息，即NOS或NOOS、子信道(或副载波)的数目、子信道索引、调制阶数和码率。将由控制消息检测器1005检测到的信息输入到计算器1019。计算器1019从输入的信息检测调制阶数、码率、MPR值以及打孔/重复参数。

将从去映射器1003输出的业务数据输入到解调器1007，并且解调器1007根据从计算器1019接收的调制阶数而将输入的业务数据解调。将解调后的数据输入到去交织器1009，并且去交织器1009对在业务发送期间交织的码元进行去交织。将去交织后的信息输入到码元合并器1011，并且码元合并器1011根据从计算器1019接收的打孔/接收参数，对输入的信息进行去打孔/去重复操作，以进行速率匹配。将由码元合并器1011进行了速率去匹配的业务码元输入到FEC解码器1013。FEC解码器1013根据从计算器1019接收的码率将输入的业务码元解码。将从解码器1013输出的解码后的码元输入到尾部位去除器1015，并且尾部位去除器1015从输入的解码码元中去除尾部位。将去除了尾部位后的解码信息输入到CRC校验器1017，并且CRC校验器1017检查该解码信息是否有缺陷，并且如果该解码信息没有错误，则将该解码信息作为用户数据输出。

如图10所示，所有参数NOS、NOOS、N_SCH和N_EP(指示编码器分组的数目)不一定是必需的。在大多数情况下，使用N_EP、NOOS和N_SCH来计算MPR。因此，应当注意：图10示出了所有可能的情况。

图12是图示基站和移动台之间的操作的框图。参考图12，现在将对基站和移动台之间的操作进行描述。

参考图12，基站1210基于EP大小、子信道(或副载波)的数目、子信道索引、调制阶数和码率发送关于分配给各个用户的信道资源的信息，即关于NOS(或NOOS)的信息。基站1210在结构上与图11示出的基站相同。因此，在发送之间将控制信息与每个用户数据多路复用。在图12中发送的帧1220与图10和11中示出的帧相同。在图12中，用CTRL来代表控制消息。例如，基站1210通过图12的CTRL来发送图9所示的分配给每个用户数据的MPR信息。此外，基站1210通过帧1220发送图9所示的每个用户数据，在所述帧1220中，用TRAFFIC代表该用户数据。接下来，每个移动台首先从帧1220检测CTRL部分，以便确定是否已经发送了它自己的数据，如果已经发送了它自己的数据，则在上述过程中将它自己的数据解码。

如上所述，本发明的实施例提供了以下方案，该方案用于在高速率无线数据系统中，在发射机使用各种EP大小、并且根据信道状态、从上层提供的数据缓冲器状态、NOS、NOOS和发送持续时间而在发送之前选择多个调制方案之一和多个纠错编码方案之一的情况下，确定最佳调制阶数和纠错码的码率，从而有助于数据发送效率和系统效率的增大。

尽管参照本发明的某些实施例示出和描述了本发明，但是本领域技术人员应当理解：在不背离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在其中进行各种形式和细节的改变。

Claims (21)

1.一种用于确定要通过多个子信道发送的分组数据的调制阶数的装置，该装置包括：

控制器，用于确定要发送的OFDM码元的数目、子信道的数目和编码器分组的大小；以及

调制阶数判定器，用于根据所确定的OFDM码元的数目、所确定的子信道数目和所确定的编码器分组的大小，对于要发送给每个用户的每个分组数据，计算调制阶数乘积码率(MPR)，并且根据该MPR确定调制阶数。

2.如权利要求1所述的装置，其中，调制阶数判定器基于调制阶数和MPR确定码率。

3.如权利要求1所述的装置，其中，调制阶数判定器基于调制阶数和MPR确定打孔/重复参数。

4.如权利要求1所述的装置，其中，调制阶数判定器包括用于存储码率、调制阶数和子信道数目的表，所述码率、调制阶数和子信道数目全部是基于要发送的OFDM码元的数目、子信道的数目、和编码器分组的大小确定的。

5.如权利要求1所述的装置，其中，通过下式计算MPR：

$\mathrm{MPR}=\frac{N_{\mathrm{EP}}}{N_{\mathrm{MS}}\×N_{\mathrm{SCH}}\×N_{\mathrm{OS}}}$

其中，N_SCH表示子信道的数目，N_OS表示每个时隙分配的OFDM码元的数目，N_EP表示编码器分组的数目，并且N_MS表示分配给包括一个时隙和一个子信道的信道资源的调制码元的数目。

6.如权利要求1所述的装置，其中，当在两个或更多时隙内发送要发送给特定用户的分组数据、并且该分组数据对于每个时隙具有不同的子信道数目时，通过下式计算MPR：

$\mathrm{MPR}=\frac{N_{\mathrm{EP}}}{N_{\mathrm{MS}}\×\underset{k=1}{\overset{N_{\mathrm{slot}}}{\mathrm{\Σ}}}{N}_{\mathrm{SCH},k}}$

其中，N_SCH，k表示分配给第k时隙的子信道的数目，N_EP表示编码器分组的数目，并且N_MS表示分配给包括一个时隙和一个子信道的信道资源的调制码元的数目。

7.如权利要求1所述的装置，其中，当要发送给特定用户的分组数据在其发送期间没有占用一个时隙的所有副载波时，通过下式计算MPR：

$\mathrm{MPR}=\frac{N_{\mathrm{EP}}}{\underset{k=1}{\overset{N_{\mathrm{slot}}}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j}{\overset{N_{\mathrm{SCH},k}}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{N_{\mathrm{OS},\mathrm{kj}}}{\mathrm{\Σ}}}{N}_{\mathrm{SCH}}}$

其中N_OS，k，j表示分配给第k时隙和第j子信道的OFDM码元的总数目，N_SCH，k表示分配给第k时隙的子信道的数目，N_EP表示编码器分组的数目，并且N_slot表示时隙的数目。

8.如权利要求1所述的装置，其中，根据基于所计算的MPR的预定值来确定调制阶数。

9.一种用于确定要通过多个子信道发送的分组数据的调制阶数的装置，该装置包括：

控制器，用于确定要发送的OFDM码元的数目、子信道的数目和编码器分组的大小；以及

调制阶数判定器，用于根据所确定的OFDM码元的数目、所确定的子信道数目和所确定的编码器分组的大小，对于要发送给每个用户的每个分组数据，计算调制阶数乘积码率(MPR)，并且根据该MPR确定调制阶数，其中如果0＜MPR＜1.5，则使用QPSK(调制阶数2)。

10.如权利要求2所述的装置，其中，通过码率(R)＝MPR/MO来计算码率，其中MO表示调制阶数。

11.一种用于确定要通过多个子信道发送的分组数据的调制阶数的装置，该装置包括：

控制器，用于确定要发送的OFDM码元的数目、子信道的数目和编码器分组的大小；以及

调制阶数判定器，用于根据所确定的OFDM码元的数目、所确定的子信道数目和所确定的编码器分组的大小，对于要发送给每个用户的每个分组数据，计算调制阶数乘积码率(MPR)，并且根据该MPR确定调制阶数，其中通过下式计算MPR：

MPR＝(EP大小)/(净荷调制码元)＝(EP大小)/(48×(子信道数目))。

12.一种用于确定要通过多个副载波发送的分组数据的调制阶数的方法，该方法包括以下步骤：

确定要发送的OFDM码元的数目、子信道的数目和编码器分组的大小；

根据要发送的OFDM码元的数目、子信道数目和编码器分组的大小，对于要发送的分组数据，计算调制阶数乘积码率(MPR)；以及

根据所计算的MPR确定调制阶数。

13.如权利要求12所述的方法，其中，通过下式计算MPR：

$\mathrm{MPR}=\frac{N_{\mathrm{EP}}}{N_{\mathrm{MS}}\×N_{\mathrm{SCH}}\×N_{\mathrm{OS}}}$

其中，N_SCH表示子信道的数目，N_OS表示每个时隙分配的OFDM码元的数目，N_EP表示编码器分组的数目，并且N_MS表示分配给包括一个时隙和一个子信道的信道资源的调制码元的数目。

14.如权利要求12所述的方法，其中，当在两个或更多时隙内发送要发送给特定用户的分组数据、并且该分组数据对于每个时隙具有不同的子信道数目时，通过下式计算MPR：

$\mathrm{MPR}=\frac{N_{\mathrm{EP}}}{N_{\mathrm{MS}}\×\underset{k=1}{\overset{N_{\mathrm{slot}}}{\mathrm{\Σ}}}{N}_{\mathrm{SCH},k}}$

其中，N_SCH，k表示分配给第k时隙的子信道的数目，N_EP表示编码器分组的数目，并且N_MS表示分配给包括一个时隙和一个子信道的信道资源的调制码元的数目。

15.如权利要求12所述的方法，其中，当要发送给特定用户的分组数据在其发送期间没有占用一个时隙的所有副载波时，通过下式计算MPR：

$\mathrm{MPR}=\frac{N_{\mathrm{EP}}}{\underset{k=1}{\overset{N_{\mathrm{slot}}}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j}{\overset{N_{\mathrm{SCH},k}}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{N_{\mathrm{OS},\mathrm{kj}}}{\mathrm{\Σ}}}{N}_{\mathrm{SCH}}}$

其中N_OS，k，j表示分配给第k时隙和第j子信道的OFDM码元的总数目，N_SCH，k表示分配给第k时隙的子信道的数目，N_EP表示编码器分组的数目，并且N_slot表示时隙的数目。

16.一种用于确定要通过多个副载波发送的分组数据的调制阶数的方法，该方法包括以下步骤：

确定要发送的OFDM码元的数目、子信道的数目和编码器分组的大小；

根据要发送的OFDM码元的数目、子信道数目和编码器分组的大小，对于要发送的分组数据，计算调制阶数乘积码率(MPR)；以及

根据所计算的MPR确定调制阶数，其中通过下式计算MPR：

MPR＝(EP大小)/(净荷调制码元)＝(EP大小)/(48×(子信道数目))。

17.如权利要求12所述的方法，其中，根据基于所计算的MPR的预定值来确定调制阶数。

18.一种用于确定要通过多个副载波发送的分组数据的调制阶数的方法，该方法包括以下步骤：

确定要发送的OFDM码元的数目、子信道的数目和编码器分组的大小；

根据要发送的OFDM码元的数目、子信道数目和编码器分组的大小，对于要发送的分组数据，计算调制阶数乘积码率(MPR)；以及

根据所计算的MPR确定调制阶数，其中如果0＜MPR＜1.5，则使用QPSK(调制阶数2)。

19.如权利要求12所述的方法，其中，通过码率(R)＝MPR/MO来计算码率，其中MO表示调制阶数。

20.一种接收机，包括：

控制消息处理器，用于从控制消息提取关于子信道数目的信息、子信道索引信息和调制阶数信息，其中，在发射机中通过由下式计算的MPR来确定调制阶数：

MPR＝(EP大小)/(净荷调制码元)＝(EP大小)/(48×(子信道数目))；以及

解调器，用于根据关于子信道数目的信息、子信道索引信息和调制阶数信息，对业务数据进行解调和解码。

21.一种接收方法，包括：

控制消息处理步骤，从控制消息中提取关于子信道数目的信息、子信道索引信息和调制阶数信息，其中，在发射机中通过由下式计算的MPR来确定调制阶数：

MPR＝(EP大小)/(净荷调制码元)＝(EP大小)/(48×(子信道数目))；以及

业务处理步骤，使用关于子信道数目的信息、子信道索引信息和调制阶数信息，对业务数据进行解调和解码。

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