用于为数据分组重传实施自适应正交幅度调制信号星座重新映射的方法

摘要

本发明涉及一种用于数据分组重传的简化的QAM信号星座符号级重新映射方案，该方案可以改进高编码速率上的性能，其中分别为I和Q比特确定映射规则。本发明还进一步涉及一种根据信道编码速率而在比特级与符号级星座重新映射之间为数据分组重传进行自适应切换的方法，以在信道编码速率范围中实现最优的性能。

说明书

技术领域

本发明涉及的是无线通信系统中的数字数据调制。更特别地，本发明涉及一种用于在数据分组重传过程中实施自适应正交幅度调制(QAM)信号星座重新映射的方法。

背景技术

在数字数据传输中，通常实施的是通过从接收机向发射机传送肯定应答(ACK)信号来指示数据分组的成功接收。如果发射机没有在规定时段中接收到ACK或是接收到否定应答(NACK)信号，那么数据分组将会重传。

重传数据分组可以通过使用信号分集来提供改善重传效率的机会。例如，数据分组可以在不同频率上重传，从而实现频率分集，或者数据分组也可以在不同天线上重传，以实现空间分集。数据分组重传的效率还可以通过用信号传递不同形式的冗余比特来加以改进。

信号映射分集是一种用于改进数据分组重传的效率的有前途的技术。为了实现信号映射分集，当调制高于所用正交相移键控(QPSK)时，这时会将相同比特序列映射到信号星座中的不同信号点。正如本领域中众所周知的那样，在将比特调制成更高阶调制的符号时，这些比特的可靠性是不等的。对这些比特而言，其可靠性取决于比特位置和/或比特值。

在为3GPP提出的16QAM和64QAM星座重新映射的一种方案旨在平均化数据分组重传过程的比特可靠性偏差。此外，对16QAM来说，在现有技术中，为其提出的建议已经与高速下行链路分组接入(HSDPA)标准相适应。这种重新映射技术被称为比特级重新映射。当系统使用强信道编码时，比特级重新映射是非常有效的。但是，当系统因为弱信道编码可以产生高编码速率以及数量较少的冗余比特而使用弱信道编码时，比特级重新映射的性能将会很差。

另一种信号重新映射方案旨在最大化多次重传中的最小组合平方欧几里德距离(CSED)。该规则可以很有效地将原始符号差错率减至最小。这种重新映射技术被称为符号级重新映射。当系统因为接近于未编码系统而使用弱的信道编码时，符号级重新映射的性能将会达到最佳。

现有技术中的符号级重新映射技术无法利用QAM信号中带有I和Q标记的比特可以分离的事实。因此，较为理想的是具有一种使用了QAM信号中带有I和Q标记的独立比特并且降低了符号级重新映射复杂度的全新技术。此外，已经证实的是，当系统使用强信号编码时，比特级重新映射方案的性能是最佳的，而在系统使用弱信道编码时，符号级重新映射方案的性能将会最佳。因此，较为理想的是具有一种取决于信道编码的自适应信号重新映射方法和设备，以便相比于使用单个技术的重新映射方案而改进整体性能，并且减小接收机复杂度。

发明内容

本发明涉及一种用于数据分组重传的简化的符号级QAM信号星座重新映射方案，以便提高处于高编码速率时的性能。这种简化的符号级QAM信号星座重新映射方案利用了QAM信号中的分离的带有I和Q标记的比特，以降低接收节点的复杂度。本发明还涉及一种根据信道编码速率而在比特级与符号级星座重新映射之间进行自适应切换的方法，以在信道编码速率范围中实现最优的性能。

附图说明

从以下关于优选实施方式的描述中可以更详细地了解本发明，这些优选实施方式是作为实例给出的，并且是结合附图而被理解的，其中：

图1是根据本发明配置的无线通信系统的示例框图；

图2是由图1的系统实施并针对I标记比特的16QAM和64QAM的调制执行的示例符号级星座重新映射；以及

图3是由图1系统实施的用于数据分组重传的自适应QAM信号星座重新映射方法的流程图。

具体实施方式

在下文中，无线发射/接收单元(WTRU)包括但不局限于用户设备、移动站、固定或移动用户单元、寻呼机或是能在无线环境中工作的其他任何类型的设备。下文中引用的基站包括但不局限于节点-B、站控制器、接入点或是无线环境中的其他任何类型的接口设备。

图1是根据本发明配置的无线通信系统100的示例框图。该系统包括为数字数据调制所配置的发射节点102以及接收节点142。该发射节点102和接收节点142是经由无线通信链路来通信的。

如图1所示，发射节点102包括处理器104、数据调制器106、发射机108、接收机110、传输次数计数器112、用于比特级星座重新映射的星座表114、用于符号级星座重新映射的星座表116、控制器118以及编码器120。

处理器104被配置成实施多种QAM信号星座重新映射技术。在一个优选实施方式中，处理器104实施的是用于数据分组重传的简化的符号级QAM信号星座重新映射方案，这种方案利用了QAM信号中分离的带有I和Q标记的比特。

数据调制器106被配置成将从编码120发送的至少一个输入编码比特映射到QAM星座的一点。处理器104则被配置成选择并存储供数据调制器106使用的信号星座。数据调制器106则被配置成根据处理器104选定的信号星座而将编码器120发送的每个编码比特转换成QAM符号。

依照输入数据比特流的编码速率，处理器104被配置成在使用比特级星座重新映射的星座表114与使用符号级星座重新映射的星座表116之间进行选择。如果来自编码器120的输入比特流的编码速率高于预定阈值，则处理器104选择用于符号级星座重新映射的星座表116。如果来自编码器120的输入比特流的编码速率没有超出预定阈值，那么处理器104将会选择用于比特级星座重新映射的星座表114。

用于比特级星座重新映射的星座表114以及用于符号级星座重新映射的星座表116都是由一组与不同调制类型(例如16QAM和64QAM)相对应的星座构成的。

处理器104被配置成根据当前传输次数来选择供数据调制器106使用的信号星座。该信号星座是由映射规则唯一定义的。而处理器104则可以为每一个传输标识符编号选择不同的星座表114、116。

发射机108被配置成上变换映射后的QAM符号122，并且将其发射到接收节点142中的接收机150。接收机110则被配置成在每一次传输之后接收来自接收节点142的肯定应答(ACK)信号或否定应答(NACK)信号。ACK指示的是接收节点142成功接收到数据分组传输。NACK则指示因为接收节点142没有成功接收到传输而需要执行数据分组重传。

发射节点102中的接收机110被配置成接收来自接收节点142的ACK/NACK信号。在一个优选实施方式中，处理器104被配置成根据新选择的星座而指示数据调制器106将来自编码器120的编码比特重新映射成QAM信号。当接收机110在发射了数据分组之后的预定时段中未能接收到ACK信号时，处理器104被配置成指示发射机108重传该数据分组。此外，处理器104还被配置成根据新选择的配置而指示数据调制器106将编码比特重新映射成QAM符号，以及在接收机110在发射了数据分组之后接收到NACK信号时指示发射机108重传数据分组。

传输次数计数器112被配置成接收由接收机110检测到的ACK/NACK信号。在一个优选实施方式中，在接收到每一个NACK信号时，传输次数计数器112将会加1，而在接收到每一个ACK信号时，传输次数计数器112将会置位成1。传输次数计数器的输出指示的是当前数据分组的传输次数。举例来说，1指示的是数据分组的新传输，2指示的是数据分组的第一次重传。处理器104可以被配置成使用传输次数计数器112的输出来确定数据调制器106使用的信号星座。

数据调制器106被配置成使用公共映射规则μ_m用于接收编码比特的I和Q分量。下标m代表的是第m次数据分组传输。根据公共映射规则μ_m，信号星座中的每一个点都与一个比特序列唯一关联。

数据调制器106支持16QAM、64QAM以及更高的信号星座重新映射。此外，该数据调制器106还支持其它类型的调制，例如正交相移键控(QPSK)。

作为一个有教益的实例，在16QAM信号星座中，每一个点都与一个比特序列{i₁q₁i₂q₂}唯一关联。数据调制器106将比特序列{i₁q₁i₂q₂}映射到一个具有x-y坐标μ_m(i₁i₂)，μ_m(q₁q₂)的点。虽然在下文中仅仅进一步描述了具有I标记的比特，但是由于这些分量是分离的，因此后续描述是同时适用于具有I和Q标记的比特的。

在一个优选实施方式中，两个不同比特对{i₁i₂}、{i′₁i′₂}在第m次数据分组重传中被分别映射到两个坐标μ_m(i₁i₂)和μ_m(i′₁i′₂)。这两个不同比特对之间的组合平方欧几里德距离(CSED)是如下定义的：

$D(i_1{i}_2\leftrightarrow i_1^{\prime }{i}_2^{\prime })=\underset{m=1}{\overset{M}{\Sigma }}{|{\mu }_m\left(i_1{i}_2\right)-{\mu }_m\left(i_1^{\prime }{i}_2^{\prime }\right)|}^2$等式(1)

跨越所有可能比特序列{i₁i₂}、{i′₁i′₂}的最小CSED是用D_min({μ_m})表示并由映射规则{μ_m}确定的。CSED的值代表的是两个不同QAM符号之间的距离。如果两个不同QAM符号之间的CSED很大，那么符号将会较容易分离。由于最小CSED是确定原始比特差错率(BER)的主要因素，因此，通过最大化CSED，可以将原始BER减至最小。

在一个优选实施方式中，为了最小化配对差错概率，可以对映射规则{μ_m}进行设计，以使最小CSED最大化。将最小CSED增至最大的映射规则{μ_m}也称为最优映射。该最优映射可以通过穷举的计算机搜索而被发现，并且可以由发射节点102和接收节点142预先确定。

仍旧参考图1，接收节点142包括处理器144、解调器/组合器146、发射机148、接收机150、解码器152、用于比特级重新映射的星座重新映射表154以及用于符号级重新映射的星座重新映射表156。

接收节点142中的处理器144被配置成接收来自接收机150的控制信号信息。这个控制信号信息可以包括编码速率、调制类型和/或接收数据分组传输的传输次数。处理器144被配置成根据编码速率、调制类型和/或接收数据分组传输的传输次数而从星座重新映射表154、156中选择一个信号星座。选定的信号星座与在发射节点102使用的信号星座是匹配的。

处理器144还被配置成访问用于比特级重新映射的星座重新映射表154以及用于符号级重新映射的星座重新映射表156。在这两个重新映射表154、156中，具有I和Q标记的比特是独立映射到信号星座的。这种独立映射将会降低在接收节点142上实施的数据解调的复杂度。

解调器/组合器146被配置成使用选定的信号星座作为参考而将接收数据分组传输转换成编码比特序列。解调器/组合器146被配置成将当前接收的传输与所有先前传输相结合，以解决数据分组重传。

在关于数据解调的一个优选实施方式中，解调器/组合器146被配置成计算接收信号与星座中的每一个可能信号点之间的欧几里德距离。由于具有I和Q标记的比特是独立映射的，因此具有I和Q标记的比特可以单独解调。在M阶QAM(M-QAM)中，对具有I标记的比特所实施的解调需要计算M个欧几里德距离的平方根，而对具有Q标记的比特所实施的解调同样需要计算M个欧几里德距离的平方根。但是，如果具有I和Q标记的比特未被分离，那么对输入比特所实施的解调将会需要M个欧几里德距离。由此，通过将输入比特分离成具有I和Q标记的比特，可以降低在接收节点142上实施的数据解调的复杂度。

解码器152被配置成接收来自解调器/组合器146的编码比特序列。该解调器152被配置成使用编码比特序列来重建信息比特并且执行循环冗余校验(CRC)。所述CRC将会确定从发射机148发射到发射节点102的是ACK信号还是NACK信号。

图2是一个示例的符号级星座重新映射表200，该表包含了用于16QAM调制的部分202，以及用于64QAM调制的部分204。在图2中只显示了由图1系统100实施的用于具有I标记的比特的映射规则。但是，相同的映射同样适用于具有Q标记的比特。16QAM调制部分202和64QAM调制部分204全都包含了多个星座，其中每一个星座都与特定传输相对应。在图2中，每一行都是一个星座，其中第一行对应的是首次传输，第二行对应的是第二次传输，依此类推。

对每一种调制类型16QAM或64QAM来说，用于每一个不同分组传输次数的映射规则都是以垂直方式列举的。在16QAM调制中，每四个输入编码比特被映射到一个信号点。单个信号点将会包括两个具有I标记的比特以及两个具有Q标记的比特。这两个具有I标记的比特确定的是被映射点的x坐标，而这两个具有Q标记的比特确定的则是被映射点的y坐标。因此，16QAM具有四个可用于映射信号点的x坐标210、212、214、216。

举例来说，如果两个具有I标记的比特的值是“11”，那么对第一次传输而言，被映射信号点的x坐标是210。如果该数据分组需要重传，那么对第二次传输来说，被映射信号点的x坐标是214，而第三次传输则是216，并且第四次传输将会是212。

在64QAM调制中，每八个输入编码后比特映射成一个信号点。单个信号点是由三个具有I标记的比特以及三个具有Q标记的比特组成的。这三个具有I标记的比特确定的是被映射点的x坐标，而这三个具有Q标记的比特确定的则是被映射点的y坐标。因此，64QAM调制具有八个可用于映射信号点的x坐标220、222、224、226、228、230、232、234。

举例来说，如果三个具有I标记的比特的值是“111”，那么对第一次传输来说，被映射信号点的x坐标是220。如果这个数据分组需要被重传，那么对第二次传输来说，被映射信号点的x坐标是220，第三次传输则是232，对于第四次传输是226，第五次传输是226，第六次传输则是222。

表1将图2所示的简化的符号级64QAM信号星座重新映射与简单的重复性重传方案的最小CESD值进行了比较。用每一次重传的比特差错率(BER)衡量的预期增益则是根据最小CSED值预测的。

表1

  重传次数  简单重复性重传  简化的符号级QAM  信号星座重新映射方案  预期增益(dB)  第一次  4  4  0  第二次  8  32  6  第三次  12  56  6.7  第四次  16  112  8.4  第五次  20  156  8.9  第六次  24  208  9.4

符号级重新映射方案将会优化未编码系统或具有高编码速率的系统的性能。相比之下，比特级重新映射方案优化的是具有低编码速率的系统。比特级重新映射是通过改变比特序列顺序和/或使用比特序列中的某些或所有比特的相反值来实现的。

表2是比特级重新映射规则的一个实例。该映射规则是同时适用于具有I和Q标记的比特的。在第一次传输之后，对第二次传输来说，重新映射规则会将具有I或Q标记的比特向左循环移动一位，而对第三次传输来说则会将具有I和Q标记的比特向左循环移动两位。在第四次传输中，第二和第三比特将会反转。第五和第六传输分别会将具有I或Q标记的比特向左移动一位和两位，并且同样会反转第二和第三比特。

表2

  传输次数  重新映射  1  i₁i₂i₃  2  i₂i₃i₁  3  i₃i₁i₂  4  i₁i₂i₃  5  i₂i₃i₁  6  i₃i₁i₂

当编码速率很低时，比特级重新映射方案的性能是优于符号级重新映射的。而在编码速率很高时，符号级重新映射方案的性能将会更高。无线通信系统广泛使用的是自适应编码方案，其中编码速率是根据信道条件之类的因素而被适配的。因此，为了在不同编码速率中实现最优性能，较为理想的是根据实时编码速率来切换星座重新映射方案。

图3是由图1的系统100实施的自适应QAM信号星座重新映射方法300的流程图。所述重新映射方法300是由发射节点102以及接收节点142执行的。

在步骤302中，接收当前信道编码信息。在发射节点102中，当前信道编码信息是经由显性信令接收的。信道信息信号则会从控制器118传送到处理器104。

在接收节点142中，当前控制信号信息是从接收传输中提取的。控制信号包括信道编码信息、调制类型以及当前接收传输的传输次数。由于对控制信号应用了固定的调制和编码，因此该控制信号是可以解码的。在解码了控制信号之后，这时会将信道编码信息、调制类型以及当前接收传输的传输次数发送到处理器144。

在步骤304中，处理器104、144确定信道编码速率是否满足预定阈值。在一个优选实施方式中，处理器104、144根据当前数据分组使用的编码速率来确定系统100使用的是强信道编码还是弱信道编码。

在步骤306中，处理器104、144为当前数据分组选择重新映射表。每一个数据分组都可以传送多次，并且每一次传输使用的都是相同的重新映射表。但是，每一次传输有可能需要不同的星座。

如果数据分组的编码速率高于预定阈值，那么处理器104、144将会选择符号级重新映射表，并且将符号级信号星座重新映射应用于数据分组重传。当系统100是未编码的或者使用的是弱信道编码时，这时较为优选的是符号级星座重新映射技术。

如果当前数据分组的编码速率低于预定阈值，那么处理器104、144将会选择比特级重新映射表，并且将比特级信号星座重新映射应用于数据分组重传。当系统100使用的是强信道编码时，这时较为优选的是比特级星座重新映射技术。

在一个替换实施方式中，该预定阈值可以取决于系统100使用的信道编码类型。例如，当使用turbo码时，该预定阈值可以设置在2/3与3/4之间，而在使用卷积码时，该阈值可以更低或者介于1/2与2/3之间。

在步骤308中，处理器104、144将会选择所要应用的一部分选定星座重新映射表，其中该部分星座重新映射表是根据当前数据分组的调制类型决定的。举例来说，如果当前数据分组使用的是16QAM，那么所应用的将会是重新映射表中的16QAM部分。在发射节点102中，当前数据分组传输的调制类型将会从控制器118用信号通知到处理器104。在接收节点142中，当前数据分组的调制类型是嵌在控制信号中的。

在步骤310中，处理器104、144将会选择信号星座，其中该信号星座是根据当前数据分组传输的传输次数决定的。在发射节点102中，当前数据分组传输的传输次数是通过传输次数计数器112确定并且用信号通知给处理器104的。传输次数计数器112则被配置成对在发射节点102上接收的ACK/NACK信号的数量进行计数。在接收节点142中，当前数据分组传输的传输次数是嵌在控制信号中的。

根据本发明的系统100实施的是一种通过适应信道控制速率来实现最优性能的重新映射方案。当使用强信道编码时，该系统100实施的是比特级重新映射技术，而当使用弱信道编码时，该系统100实施的是符号级重新映射技术。无线信道条件决定使用的是强信道编码还是弱信道编码。在信道条件良好的情况下，弱信道编码是用于增大数据吞吐量的首选编码技术。而在信道条件恶劣的情况下，其中需要很强的纠错能力来确保可靠的无线通信，这时较为优选的将会是强信道编码。

系统100是通过设置预定信道编码速率阈值来确定何时认为当前信道编码较强以及何时认为当前信道编码较弱的。在一个优选实施方式中，预定信道编码速率阈值是根据系统100使用的信道编码类型决定的。

本发明的特征既可以被合并到集成电路(IC)中，也可以被配置在包含众多互连组件的电路中。

虽然本发明的特征和元素在优选的实施方式中以特定的结合进行了描述，但每个特征或元素可以在没有所述优选实施方式的其他特征和元素的情况下单独使用，或在与或不与本发明的其他特征和元素结合的各种情况下使用。本发明提供的方法或流程图可以在由通用计算机或处理器执行的计算机程序、软件或固件中实施，其中所述计算机程序、软件或固件是以有形的方式包含在计算机可读存储介质中的，关于计算机可读存储介质的实例包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、寄存器、缓冲存储器、半导体存储设备、诸如内部硬盘以及可移动磁盘之类的磁介质、磁光介质以及诸如CD-ROM碟片和数字多功能光盘(DVD)之类的光介质。

例如，恰当的处理器包括：通用处理器、专用处理器、常规处理器、数字信号处理器(DSP)、多个微处理器、与DSP核心相关联的一个或多个微处理器、控制器、微控制器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)电路、其他任何集成电路(IC)和/或状态机。

与软件相关的处理器可用于实现射频收发信机，以便在无线发射接收单元(WTRU)、用户设备(UE)、终端、基站、无线电网络控制器(RNC)或是任何一种主机计算机中加以使用。WTRU可以与采用硬件和/或软件形式实施的模块结合使用，例如相机、摄像机模块、视频电路、扬声器电话、振动设备、扬声器、麦克风、电视收发信机、免提耳机、键盘、蓝牙模块、调频(FM)无线电单元、液晶显示器(LCD)显示单元、有机发光二极管(OLED)显示单元、数字音乐播放器、媒体播放器、视频游戏机模块、因特网浏览器和/或任何无线局域网(WLAN)模块。

实施例

1.一种在包含接收机的无线通信系统中用于自适应地重新映射数据分组重传的方法，该方法包括：接收当前数据分组传输的当前信道编码。

2.如实施例1所述的方法，还包括：确定信道编码速率是否高于预定信道编码阈值。

3.如实施例1～2中任一实施例所述的方法，还包括：基于信道编码速率是否高于预定阈值来为数据调制选择信号星座。

4、如实施例1～3中任一实施例所述的方法，还包括：根据当前数据分组传输的调制类型来选择选定星座重新映射表中的一部分。

5.如实施例1～4中任一实施例所述的方法，还包括：根据当前数据分组传输的标识编号来选择信号星座。

6.如实施例1～5中任一实施例所述的方法，其中当信道编码速率低于预定信道编码阈值并且由此指示的是强信道编码时，信号星座是从比特级星座重新映射表中选择的。

7.如实施例6所述的方法，其中具有I和Q标记的信号是独立映射到比特级星座重新映射表中的信号星座的。

8.如实施例1～7中任一实施例所述的方法，其中当信道编码速率高于预定信道编码阈值并且由此指示的是弱信道编码时，信号星座是从符号级星座重新映射表中选择的。

9.如实施例1～8中任一实施例所述的方法，其中具有I和Q标记的比特是独立映射到符号级星座重新映射表中的信号星座的。

10.如实施例9所述的方法，其中符号级重新映射表被用于为数据分组重传实施简化的符号级QAM信号星座重新映射方案，该方案利用了QAM信号中具有可分离的I和Q标记的比特。

11.如实施例1～10中任一实施例所述的方法，其中符号级重新映射方案优化未编码系统或具有高编码速率的系统的性能。

12.如实施例1～11中任一实施例所述的方法，其中比特级重新映射方案优化具有低编码速率的系统的性能。

13.如实施例12所述的系统，其中比特级重新映射是通过改变比特序列顺序和/或使用比特序列中至少一个比特的反转值实现的。

14.如实施例1～13中任一实施例所述的方法，其中当编码速率很低时，比特级重新映射方案的性能优于符号级重新映射方案。

15.如实施例1～14中任一实施例所述的方法，其中用于数据调制的信号星座是根据编码速率而被实时地自适应选择的，由此可以在各种编码速率中实现最佳性能。

16.如实施例1～15中任一实施例所述的方法，其中数据调制使用的是16元正交幅度调制(QAM)星座映射。

17.如实施例1～26中任一实施例所述的方法，其中数据调制使用的是64元正交幅度调制(QAM)星座映射。

18.如实施例1～17中任一实施例所述的方法，其中发射节点是无线发射/接收单元(WTRU)。

19.如实施例1～18中任一实施例所述的方法，其中发射节点是基站。

20.一种在包含发射节点和接收节点的无线通信系统中用于为数据分组重传实施符号级重新映射方案的方法，该方法包括：确定映射规则，以使得任何两个正交幅度调制(QAM)符号之间的最小组合平方欧几里德距离(CSED)最大化。

21.如实施例20所述的方法，还包括：根据映射规则而将具有I标记的比特映射到信号星座的x坐标。

22.如实施例20～21中任一实施例所述的方法，还包括：根据映射规则而将具有Q标记的比特映射到信号星座的y坐标。

23.如实施例20～22中任一实施例所述的方法，其中符号级重新映射方案降低了无线通信系统中的接收机上的数据解调复杂度。

24.如实施例20～23中任一实施例所述的方法，其中映射规则是在发射节点应用的。

25.如实施例20～24中任一实施例所述的方法，其中映射规则是在接收节点应用的。

26.如实施例20～25中任一实施例所述的方法，其中映射规则对具有I和Q标记的比特来说都是相同的。

27.如实施例20～26中任一实施例所述的方法，其中映射规则对具有I和Q标记的比特来说是不同的。

28.如实施例20～27中任一实施例所述的方法，其中映射规则对具有I和Q标记的比特来说是不同的。

29.如实施例20～28中任一实施例所述的方法，其中最小CSSED是通过选择能够最大化最小CSED的映射规则而被确定的。

30.如实施例20～29中任一实施例所述的方法，其中发射节点是无线发射/接收单元。

31.如实施例20～30中任一实施例所述的方法，其中发射节点是基站。