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CN101563872B - 通信系统的无比率编码解码方法 - Google Patents

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Abstract

提供了用于改善通信系统中的性能的方法和装置。在一种实现方式中，接收(1002)已利用无比率编码来编码的初始经编码数据。确定用来接收初始经编码数据的通信介质的质量度量(1004)。识别用于在该通信介质上发送初始经编码数据的调制方案(1104)。基于识别出的调制方案和确定出的质量度量来确定对针对每单位的所接收经编码数据接收到的互信息的量的估计(1120-1130)。基于确定出的估计来确定所接收的互信息的量(1140)。

Description

通信系统的无比率编码解码方法
技术领域
本发明原理涉及通信系统。
背景技术
分层编码系统是公知的并且被用于整个通信产业中。这种分层编码系统的一个示例是MIMO(多输入多输出)体系结构。这些多天线系统通过使用空间复用而具有更大的谱效率。
MIMO系统是其中使用了多个发送天线和多个接收天线的系统。与SISO(单输入单输出)系统相比，在散射丰富的环境中，MIMO系统一般可以实现更高的容量。可以使用不同的方法来实现MIMO容量：可以在多个信道使用上向多个发送天线应用空间-时间码；也可以应用分层结构，其中向每一层只应用一维码。分层结构的示例是贝尔实验室提出的V-BLAST和D-BLAST结构。在V-BLAST中，独立编码的数据流通过不同的发送天线发送。因此，一层表示V-BLAST中的一个天线。在D-BLAST中，数据流/天线关联被周期性地循环。
一般来说，分层体系结构指的是任何这样的交织方法，即，在任何时刻，不同天线属于不同的层，并且每个天线索引在任何时刻属于一层且仅属于一层。层是作为时间函数的天线索引。出于例示目的，分层结构在图1中示出，其中从时间索引1至7的层1由天线索引3，2，1，3，2，1，3表示。
发明内容
根据本发明原理的一方面，接收已利用无比率编码来编码的初始经编码数据。确定用来接收初始经编码数据的通信介质的质量度量。识别用于在该通信介质上发送初始经编码数据的调制方案。基于识别出的调制方案和确定出的质量度量来确定对针对每单位的所接收经编码数据接收到的互信息的量的估计。基于确定出的估计来确定所接收的互信息的量。
一种或多种实现方式的细节在附图和以下描述中阐述。其他特征将从描述和附图以及权利要求中清楚显现出来。
附图说明
在附图中相似的标号始终指代类似组件，附图中：
图1是示出作为时间函数的天线索引的分层通信结构的示图；
图2是根据本发明原理的一个方面的通信系统的框图；
图3是其中集成了本发明原理的示例性MIMO通信系统的更详细框图；
图4是根据本发明原理的一个方面的方法的流程图；
图5a是根据本发明原理的另一个方面的方法的流程图；
图5b是根据本发明原理的另一个方面的方法的流程图；
图5c是根据本发明原理的另一个方面的方法的流程图；
图6是根据本发明原理的一个方面的装置的框图；
图7是根据本发明原理的另一个方面的方法的流程图；
图8是根据本发明原理的另一个方面的装置的框图；
图9是根据本发明原理的又一个方面的装置的框图；
图10是根据本发明原理的又一个方面的方法的流程图；
图11是根据本发明原理的另一个方面的方法的流程图；
图11a是根据本发明原理的另一个方面的方法的流程图；
图12a是根据本发明原理的一个方面的方法的流程图；
图12b是根据本发明原理的另一个方面的方法的流程图；
图13是根据本发明原理的另一个方面的方法的流程图；
图14是根据本发明原理的一个方面的解码器的框图；
图15a是根据本发明原理的另一个方面的使用链接编码(concatenatedcoding)的示例性发送的示图；
图15b是根据本发明原理的另一个方面的使用链接编码的示例性接收的示图；
图16是根据本发明原理的一种实现方式的通信系统的发送器方的使用链接码的方法的流程图；
图17是根据本发明原理的另一种实现方式的通信系统的发送器方的使用链接码的方法的流程图；
图18是根据本发明原理的一种实现方式的通信系统的接收器方的使用链接码的方法的流程图；
图19是根据本发明原理的另一种实现方式的通信系统的接收器方的使用链接码的方法的流程图；
图20是根据本发明原理的一个方面的装置的框图；
图21是根据本发明原理的一个方面的用于修改调制方案的方法的流程图；
图22是根据本发明原理的另一个方面的用于修改调制方案的方法的流程图；
图23是根据本发明原理的一个方面的用于修改调制方案的装置的框图；
图24是根据本发明原理的另一个方面的用于修改调制方案的方法的流程图；
图25是根据本发明原理的另一个方面的用于修改调制方案的方法的流程图；
图26是根据本发明原理的另一个方面的用于修改调制方案的方法的流程图；
图27是根据本发明原理的另一个方面的用于修改调制方案的方法的流程图；
图28是根据本发明原理的另一个方面的用于修改调制方案的方法的流程图；
图29是根据本发明原理的另一个方面的用于修改调制方案的方法的流程图；
图30是根据本发明原理的另一个方面的用于修改调制方案的装置的框图；
图31是根据本发明原理的另一个方面的用于修改调制方案的方法的流程图；
图32是根据本发明原理的另一个方面的用于修改调制方案的方法的流程图；
图33是根据本发明原理的另一个方面的用于修改调制方案的方法的流程图；并且
图34是根据本发明原理的另一个方面的用于修改调制方案的方法的流程图。
具体实施方式
在诸如V-BLAST或D-BLAST体系结构之类的分层MIMO系统中，无比率编码(ratelesscode)可用在子信道上以提供差错校正。在这种系统中，在接收到了足够信息时，可以对码字进行解码。为了判定何时接收到了足够信息，监视信道条件，例如瞬时信噪比(SNR)。互信息(mutualinformation)是SNR的函数。通过在时间上对互信息取平均，可以确定最大发送速率。一个问题在于，在恶劣条件下，累积足够的互信息以便对码字解码所需的时间可能较长，并且具有实时约束的系统(例如流式视频)可能遭受不当的延迟和差错。
根据本发明原理的一种实现方式，利用无比率编码来编码的后续码字的发送可基于定时，或者可以使用SNR信息以及相应存储的查找表来获得通信层的容量值，以避免对接收到的互信息的高估。
图2和图3示出了实现本发明原理的各种概念的通信系统的发送器102和接收器104。以示例方式，图3示出了一种V-BLAST通信系统，其中示出了发送器(即，编码器)具有输入复用器106和多个信道编码器108，每个信道编码器108具有其自己的天线109。接收器104包括解码器110和输出复用器112。本领域的普通技术人员将会认识到，这里公开图2和图3的通信系统只是为了示例目的，本发明原理可以应用到任何利用无比率编码的分层通信系统(例如，所有MIMO系统)。例如，取决于具体应用，发送器和接收器可以各自被替换为收发器。本领域的技术人员将会认识到，在图3中，出于简明目的，没有示出发送器102内包含的调制器和接收器104内包含的解调器。
参考图4，根据本发明原理中的一些的一种实现方式，用无比率编码来编码并发送码字(402)。在发送后，或者基本在发送的同时，监视一时间间隔(404)。该时间间隔一般是预定的，并且具有使得发送器能够假定所发送的码字已被接收器成功接收的长度。本领域的技术人员将会认识到，在不脱离本发明原理的精神的情况下，可以通过许多不同的方式来确立并监视该时间间隔。例如，可以通过使用利用处理器或其他计算介质的设置中断，利用具有定时标志或其他指标的时钟，并且可能为每个预定的时间间隔维护一个单独的定时器，来确立并监视该时间间隔。
在该时间间隔期间，发送器判定是否接收到了确认信号(ACK)形式的指示信号(406)。当在该时间间隔期间接收到了指示信号ACK时，发送下一码字(410)。
如果在该时间间隔期间没有接收到指示信号ACK，系统则像接收到了擦除标志那样进行操作(408)，并且强制对下一码字的后续发送(410)。虽然发送器可能不一定接收到了擦除标志，但通过强制发送器遵守码字发送的时间间隔，仍可以满足系统的实时约束或要求。
图5a示出了本发明原理的另一种实现方式，其中擦除标志是以否定确认NACK的形式实现的。从而，当该时间间隔期满时(504)，不论是否接收到了指示信号，都发送下一码字(510)。如果在该时间间隔期间接收到了指示信号，则判定(506)该指示是肯定确认ACK还是否定确认NACK。
根据各种实现方式，肯定确认ACK可以是表明所发送的码字已被成功接收的指示，或者表明成功接收和成功解码的指示。否定确认NACK可以是表明所发送的码字可能是不可靠的或者不能被完全解码的指示。当识别NACK时，发送器修改随后用于发送下一码字(510)的调制方案(508)。在一种实现方式中，NACK的作用是通知发送器当前调制方案在解码器方不能工作，并且发送器通过修改用于后续发送的调制方案来作出响应。
根据图5b所示的另一种实现方式，发送器可以对在预定的时间段505中接收到的NACK的数目进行监视或计数(514)。该预定时间段505一般长于预定时间段504，并且被选择来确认信道是否确实恶劣(在NACK的情况下)或者确实良好(在ACK的情况下-参见图5c)。如果在预定时间段505期间接收到的NACK的数目大于或等于预定的接收NACK数目(516)，发送器则可以通过降低调制的阶数(518)(例如从16-QAM降低到QPSK)来作出响应并且相应地发送下一码字，而无需来自接收器的任何另外的信息(例如，不需要调制修改指数(modulationmodificationindex)，等等)。
相反，如图5c所示，当在预定时间段505期间接收到的ACK的数目大于或等于预定的接收ACK数目(522)时，发送器在发送下一码字(510)之前通过提高调制的阶数(520)(例如从QPSK提高到16-QAM)来作出响应。图5b和图5c的实现方式还可继续发送附加的码字，同时对ACK和/或NACK进行累积和计数。
图6示出了根据本发明原理的一种实现方式的发送器102的示图。发送器102包括控制器600、处理器602和至少一个存储器/数据存储设备608。处理器602包括板上时钟或定时器604，该板上时钟或定时器604如上所述可以按许多不同方式来用于提供各种本发明原理的定时器功能。根据各种实现方式，控制器600可以是专用集成电路(ASIC)、被编程为根据本发明原理中的一个或多个动作的处理器、或者根据本发明原理中的一个或多个动作所需的逻辑或集成电路设计的任何其他组合。在不脱离本发明原理的精神的情况下，存储器608可以按许多不同形式来实现。例如，存储器608可以是ROM、RAM、可移除盘介质、硬盘驱动器、闪存、或者任何其他适当的存储设备。
图7示出了用于接收利用无比率编码来编码的码字的方法700的流程图。如图所示，接收利用无比率编码来编码的码字(702)。接收无比率编码的码字的操作702是进行中的操作。在接收期间，监视一时间间隔(704)，以判定该时间间隔是否已期满。在该时间间隔期满之前，判定(如果必要的话则反复判定)是否已成功接收并解码了码字(706)。如果是，则发送指示信号(708)，以提供表明已成功接收并解码了码字的肯定指示，并且接收后续的码字。
当在步骤704处时间间隔期满并且没有确认对码字的成功接收和解码时(步骤706)，接收器强制发送指示信号(708)以便能够接收后续的码字(710)。如上所述，此情况下的指示信号可包括擦除标志或者使之被包含在用于告知所接收数据的来源以修改用于后续发送的调制方案的否定确认(NACK)中。
根据一种实现方式，所发送的指示信号(708)可包括调制修改指数或者对经编码的码字的来源的其他调制方案修改指令。这尤其适用于经编码的码字未被成功接收和/或无法被成功解码时(例如，当NACK信号被生成并返回给所接收数据的来源时)。如上所述，当在预定时间间隔内多次确认成功接收和/或解码时，调制修改指数或其他调制方案修改指令可以是调制阶数的正向提高。
图8示出了解码器110和解码器110的一些构成部分的框图。解码器110包括接收器800、控制器802、处理器804、至少一种形式的存储器/数据存储装置806、以及时钟808。如以上参考图7所述，解码器110接收经编码的码字并且响应于肯定或否定接收条件向经编码的码字的来源提供指示信号。肯定接收条件在一种实现方式中包括对经编码的码字的成功接收，在另一种实现方式中包括对接收到的经编码码字的成功接收并解码。否定接收条件在一种实现方式中指示出接收到的数据被认为不可靠并且可能不能被解码，并且在另一种实现方式中否定接收条件指示出接收到的数据被识别为不可解码。
如上所述，在分层MIMO系统中的通信期间，有可能(利用无约束信道容量公式)计算出的互信息远高于接收器中获得的实际互信息，尤其在系统中使用诸如QPSK或16-QAM之类的常见调制方案时更是如此。这是对互信息的高估，这对后续的发送有不利影响。
为了解决该问题并且避免对接收器中获取的互信息的高估，在每个层中使用调制的实际容量公式。例如，当SNR＝5db时，QPSK调制的容量为1.7比特/符号。在没有闭式容量公式(例如，对于16-QAM调制没有闭式容量公式)或者容量计算复杂(例如，将会花费太多处理时间)的情况下，查找表(LUT)可用于基于为通信系统中的层/信道确定的质量度量和所使用的调制的类型来获得接收到的互信息。根据一种实现方式，质量度量是层中的信噪比(SNR)。另外，查找表(LUT)也可用于基于为通信系统中的层/信道确定的质量度量来获得通信信道所支持的最优调制格式。
参考图9和图10，其中示出了根据本发明原理的另一种实现方式的解码器110。解码器的控制器900被配置为接收利用无比率编码来编码的码字(1002)。在无比率编码中，码字可被定义为具有无限的长度，虽然只发送或接收有限的长度。在本申请中，术语“码字”经常用来指无限长度的“码字”的被实际发送或接收的部分。处理器902被配置为计算用来发送码字的通信介质的质量度量。存储器904存储着可用于确定信道所支持的最优调制格式的查找表(LUT)数据。LUT数据的类型将包括针对已知将被用于特定通信系统中的各个调制方案中的每一个的各种LUT。这种调制方案的一些示例包括但不限于BPSK、QPSK和16-QAM。
计算出的质量度量被用于利用例如处理器902来确定通信介质所支持的最优调制格式(1006)。一旦确定了，解码器的控制器就被配置为基于经修改的调制方案来接收后续的码字。经修改的调制方案是根据所确定的能够被通信介质支持并且用于在通信介质上发送数据的最优调制格式导出的(1008)。
根据图11所示的另一种实现方式1100，在接收码字(1102)后，解码器识别所接收数据的来源所使用的调制方案(1104)。然后利用例如处理器来计算通信信道的质量度量(1106)。计算出的质量度量(例如，信道或层的SNR)和已知的调制方案被用于访问存储器904并获得与已知的调制方案相对应的LUT值。确定通信介质所支持的最优调制格式(1108)。最优调制格式例如可通过处理器确定哪个调制格式的LUT在计算出的质量度量下提供最高的预期容量来确定。如果确定出的最优调制格式不同于当前调制方案(或者也可能是具有足够大到有理由进行切换的差异)，则最优调制方案被识别为新的调制方案。一个“滞后”值可用于避免来回切换效应。新的调制方案被反馈(1110)到所发送的数据的来源。该来源被认为会利用反馈的经修改调制方案来发送后续的码字。后续的经编码码字被利用反馈的经修改调制方案来接收(1112)。当然，“最优”格式不一定是全局最优的，并且许多实现方式确定改善(但不一定是最优化)性能的格式。
参考图11a，示出了一种方法1115。在各种实现方式中，LUT也用于确定所接收的互信息的量。方法1115是这种实现方式的示例。方法1115包括接收利用无比率编码来编码的数据(1002)，确定信道的质量度量(例如SNR)(1004)。质量度量例如可通过计算度量、从另一设备接收度量或者从存储装置中访问度量来确定。识别用于发送所接收的经编码数据的调制方案(1104)。
方法1115还包括基于所识别的调制方案/格式和所确定的质量度量，来确定估计，即对针对接收到的经编码数据的每个单位所接收的互信息的量的估计。估计的确定可通过各种方式来执行，例如通过使用闭式容量方程。方法1115示出了可提供增大的速度的另一种实现方式，并且也将适应于不是闭式的容量方程。
方法1115还包括基于识别出的调制方案/格式和所确定的质量度量来访问特定的LUT(1120)，并且访问该特定LUT中提供对针对每单位所接收经编码数据而接收到的互信息的量的估计的条目(1130)。方法1115还包括基于所访问的条目来确定接收到的互信息的量(1140)。在一种实现方式中，LUT是包括给定调制格式的互信息的一维表(例如，列表)，其中每个条目对应于一个不同的SNR。在另一种实现方式中，LUT是二维表(例如，矩阵)，其中行对应于调制格式，列对应于SNR，并且条目对应于特定行(调制格式)和列(SNR)的互信息指标。互信息指标(LUT中的条目)例如可以基于与所识别的调制方案和SNR相对应的容量公式来确定。对LUT的这种使用可以在不使用本申请中描述的其他概念和方面的情况下进行，或者可以结合一个或多个其他概念和方面来使用。
在MIMO和其他通信系统中，虽然执行了容量计算来计算接收到的互信息，但不幸的是，它通常只是一个近似，并且随着时间过去，精度是有限的。从而，即使当全部接收到的互信息被断言足以供接收器解码时，实际上也可能仍不足以对码字解码。
根据本发明原理的一个方面，通过使得能够在接收器中累积超出通常量的附加互信息以便能够对接收到的码字准确地解码，来解决了该不足之处。附加互信息的累积使得成功解码的概率更高。
从而，参考图12a和图12b，其中示出了根据本发明原理的一种实现方式的方法1200。最初，接收利用无比率编码来编码的数据块的数据(1202)。然后判定接收器已经接收到了针对该数据块的初始预定量的互信息(MI)(1203)。该“初始预定量”是据信足以使得接收器能够对接收到的码字成功解码的量。本领域的技术人员将会认识到，该“初始预定量”对于每个通信系统可能是不同的，并且考虑到了诸如噪声等等的任何已知的通信介质变量。
一旦已经接收到了“初始预定量”的互信息，则接收该数据块的附加经编码数据(1204)，并且进行另一个判定，即是否已经接收到了该数据块的超出初始预定量的额外预定量的互信息(1205)。一旦已经累积了附加量或“额外预定量”的互信息，接收器就对接收到的码字进行解码(1206)，然后针对下一个所接收的发送继续接收MI和经编码的码字。在此实现方式中，对码字的解码(1206)是仅利用初始预定量的经编码数据来执行的。如图12b所示，在另一种实现方式中，解码(1206)可利用初始接收到的经编码数据和附加接收到的经编码数据两者来执行(1208)。通过使用与数据块的额外/附加经编码数据相关联的额外累积的MI(1204)，提高了接收器成功解码的概率。
本领域的技术人员将会认识到，在不脱离本发明原理的精神的情况下，“额外预定量”的实际量对于不同通信系统可以不同。
根据另一种实现方式，所累积的额外互信息和初始互信息的量可以基于定时。例如，参考图13，其中示出了根据本发明原理的另一种实现方式的方法1300。如图所示，接收利用无比率编码来编码的数据块的经编码数据(1302)。然后判定是否已经接收到了与经编码数据相关联的初始预定量的MI(1304)。该判定(1304)例如可基于时间间隔或者基于通信介质的容量公式。另外，可以使用查找表，这些查找表包含着基于针对给定调制和信噪比的容量公式，对针对每单位接收数据的互信息的估计。当解码器(通过时间间隔的期满或者其他方式)判定已接收到初始预定量的MI时，接收器开始累积(接收)数据块的附加经编码数据(1306)。接收器累积附加或额外经编码数据和相应的MI，直到额外预定量的MI已被接收到为止(1308)。对额外预定量的MI的判定可基于时间、比特长度、或者用于判定预期量的接收数据任何其他已知方法。当判定已接收到额外预定量的MI时，码字被解码(1310)，并且接收器/解码器可以返回到开始处并且开始接收对经编码码字的下一次发送。
如上所述，第一预定时间间隔具有被认为足以使得解码器能够或者允许解码器对经编码码字进行成功接收并解码的长度。该第一预定时间间隔对于不同通信系统和这些系统所使用的不同调制技术可以不同。一些实现方式可将两个定时器组合成单个定时器。
图14示出了根据本发明原理的一种实现方式的解码器1400。该解码器包括控制器1402，该控制器1402被配置为接收互信息(互信息的量是基于接收到的经编码码字或其他接收到的数据来计算的)。通过应用处理器1404和存储器1406，控制器还被配置为接收初始预定量的互信息，以及额外或者附加预定量的互信息。在一种实现方式中，解码器1400可包括适合于接收互信息的接收器1410。
根据本发明原理，对额外或附加互信息的累积可提供更高的可靠性，但是这通常伴随着由于添加了信息而导致数据速率较慢这一折衷。此外，对附加或额外互信息的累积使得解码器要对更长的码字解码，因此一般来说会导致更高的解码复杂度。这些折衷对于许多应用来说是可接受的。但是，考虑到由于附加互信息的累积而导致的解码复杂度的增大和/或数据速率的减慢，一些实现方式对码字使用链接编码(concatenatedcoding)，其中外部码(outercode)例如是块码(blockcode)，例如ReedSolomon或BCH码，并且内部码(innercode)是无比率编码。
在一个这种实现方式中，K个信息比特首先被利用(N，K)外部块码编码为长度为N的码字。每个码字被分解成更小的子块。例如，N比特码字可被分解成四个子块，每个具有N/4比特的长度。内部无比率编码被应用到码字的每个子块。通过在利用内部无比率编码进行编码之前将块码字(blockcodeword)分解成子块，无比率码字的解码复杂度可得以减小，因为成功解码所需的无比率码字的大小被预期会更小。或者，通过在利用无比率编码进行编码之前将码字分解成G块，外部块码可以更大，并且从而，与串行使用若干个的更小块码的情况下所能实现的相比，对于给定数目的奇偶比特可以提供更多的差错校正。此外，与更小的块码相比，更大的块码例如通过校正更小的块码将无法校正的突发，从而提供了更好的突发差错校正。另外，更大的块码和更小的无比率编码的至少一些优点可同时实现在同一个实现方式中。
图15a和15b分别示出了根据本发明原理的一种实现方式用于发送和接收利用内部无比率编码来编码的码字的配置的示图。如图15a中所示，发送器/编码器序列被输入到外部编码器1502中，用于将输入数据序列的块编码成在编码器1502的输出处提供的码字。划分器1503将数据块输出划分成子块，并且内部编码器1504利用无比率编码对子块编码。经过编码的发送序列被输入到调制器1506，在这里它被调制并经由天线发送。图15b示出了接收器/解码器一方，其中，解调器1508接收经调制的信号并对接收到的经调制信号进行解调。内部无比率编码解码器1510首先对子块的无比率编码进行解码以确定子块，然后组合器1511将子块组合成外部码字，这些外部码字被传递到外部解码器1512，以进一步去除残留误差并且清理解码。组合器1511和划分器1503例如可用软件和/或硬件来实现。一种软件实现方式使用寄存器和适当的指令，一种硬件实现方式使用移位寄存器和适当的逻辑。
图16示出了根据本发明原理的另一种实现方式的用于发送经编码的数据的方法1600。访问数据(1602)，为该数据生成外部块码(1604)，并且将外部块码字分解成子块(1606)。一旦被细分，子块码就被利用无比率编码来编码(1608)。一旦被利用无比率编码来编码，子块的无比率码字就被发送(1610)到接收器。
根据另一种实现方式，一种方法1700为输入的数据块生成外部块码字(1710)，并且为外部块码的子块确定内部无比率码字(1720)。方法1700随后开始发送预定量的无比率码字(1730)。在第一时间间隔期满(1740)之后，认为已经发送了该预定量，并且方法1700开始发送第二预定量的无比率码字(1750)。在第二时间间隔期满(1750)之后，认为已经发送了第二预定量。方法1700可被重复，以便为每个子块发送无比率码字。另外，在一种实现方式中可组合定时器。
图18-20示出了在接收器一方本发明原理的另一种实现方式。参考图18，接收器开始于接收利用链接码来编码的码字的预定量的互信息(1802)。一旦接收到了该预定量，接收器就继续累积或接收超出该预定量的额外量的互信息(1804)。一旦接收到了额外互信息，接收器就被配置为通过首先对内部无比率编码进行解码以确定子块，来对链接编码的码字进行解码(1806)。一旦内部无比率编码被解码，子块就被组合以解出块码字(1808)。一旦块码字被解出，外部码就被解码(1810)以清理残留误差。
图19示出了另一种实现方式，其中定时器被接收器确立来确定已接收到了足够的信息。在本示例中，接收器开始接收利用链接码来编码的码字的预定量的互信息(1902)。监视第一预定时间段(1903)的期满。接收器继续接收预定量的互信息，直到第一预定时间段期满为止。在第一预定时间段期满后，在接收器处接收(累积)“额外”或附加互信息(1904)。额外互信息的这种累积被执行第二预定时间段(1905)。在该第二时间段期满后，通过首先对内部无比率编码进行解码以确定块码字的子块来对码字进行解码(1906)。然后组合子块以解出块码字(1907)。一旦被组合，外部块码就被解码(1908)以清理残留误差。
图20示出了根据本发明原理的一种实现方式的解码器2000的框图。发图所示，解码器2000包括控制器2002、处理器2004和存储器2006。控制器2002被配置为通过接收器2010接收经编码的码字(其提供互信息)。处理器2004包括时钟2008，并且可被编程为确立接收互信息所需的所有时间间隔。存储器2006是解码器2000的一部分，并且可以包括诸如互信息接收所需的时间间隔或时间段之类的信息(该信息取决于诸如用于发送经编码数据的调制方案之类的因素)。解码器2000还被配置为对各个子块的内部无比率编码进行解码，以便它们能够被组合以解出码字。外部码的解码是在已经通过对内部无比率编码的解码和对子块的组合来解出码字之后执行的。
本领域的技术人员将会认识到，控制器和处理器可被分开配置为一起动作，或者可以实现在具有用于如这里所述动作的相应程序和逻辑的单个设备中。
在采用无比率编码的分层通信系统中使用确认信号有其优势，如上所述。尤其，一旦认为已接收到了足够的互信息，就可以发送确认。但是，这种确认的发送虽然是有价值的，但却可能没有完全利用通信信道(例如，可能没有利用信道的全部容量来增大数据速率)。
例如，当每个信道上的调制为BPSK或QPSK时，信道可支持更高阶的调制(例如，16-QAM)，而这种更高阶的调制又可支持更高的数据速率。
存在若干种用于判定是否可能进行这种调制方案修改的方式。参考图21-34示出和描述的实现方式是用于示例目的的，并且示出了对通信质量判定的使用。本领域的技术人员将会认识到，在不脱离本发明原理的精神的情况下，可以作出相同概念的其他方法和/或实现方式。
参考图21，其中示出了根据本发明原理的一种实现方式的方法2100。最初，访问与至少一个通信信道上的通信质量有关的信息(2102)。基于所访问的信息，对于将用来在该信道上发送利用无比率编码编码的数据的调制方案提供指示(2104)。在此示例中，与通信信道的质量有关的信息可以是在预先指定或者预定的时间段内指示信号的发生频率。
图22示出了图21的方法的经修改的实现方式。在该方法2200中，访问与至少一个通信信道上的通信质量有关的信息(2202)，并且识别指示信号。在发起访问后，确立一时间间隔(2208)。在该时间间隔期间，对所识别的指示信号的发生的数目或频率进行计数(2206)。在该时间间隔期满后，响应于并且基于所访问的与质量有关的信息，指示用于发送后续数据的调制方案(2204)。预定时间间隔(2208)的长度可以是基于例如当前使用的调制方案、基于预期结果的估计时间段等等的任何适当的时间长度。
图23示出了根据本发明原理的一种实现方式的装置2300。该装置包括控制器2302、具有时钟2306的处理器2304、存储器2308、以及与双向通信信道2310的连接。如上所述，通信信道2310上的通信质量被确定并用来指示将被用于该信道的调制方案。这样，控制器2302访问与通信信道2310的质量有关的信息。处理器2304被配置为利用所访问的质量信息，来提供对用于在通信信道2310上利用无比率编码编码的数据的后续发送的经修改的调制方案的指示。
例如，处理器2304被示为具有时钟2306。本领域的技术人员将会认识到，在不脱离本发明原理的精神的情况下，时钟2306可通过许多不同的方式来实现。对于本示例来说，时钟2306可用来确立一预定的时间间隔，在该时间间隔期间，控制器2302访问与通信信道2310的质量有关的信息。这样，对信道2310上的通信质量的监视可限于预设或预定的时间段，这有助于符合通信系统的任何实时约束。
图24示出了根据本发明原理的另一种实现方式的方法。在此示例中，解码器监视在至少一个通信信道上接收到指示信号的发生频率(2402)。这些指示信号指示出该至少一个通信信道上的通信质量。基于监视到的这种指示信号的发生频率，可对后续的数据发送变更或改变(2404)用于在通信信道上发送数据的调制方案。该变更或改变例如可以是为了更高数据速率而提高调制阶数的指令，或者是在判定通信信道能够更好地支持更低阶的调制时降低调制阶数的指令(这样将导致比特率降低，但数据可靠度提高)。
根据若干种示例性实现方式，指示信号的形式可以是确认信号(例如，ACK)、否定确认信号(NACK)，或者任何其他指定的、其生成或接收可用于确定通信信道质量的信号。ACK和NACK的使用示例在先前已经描述。
图25示出了图24的实现方式的进一步修改的方法，其中，在对所接收指示信号的发生频率的监视上施加了时间间隔。如图所示，在预定的时间间隔(2504)期间监视(2502)接收到的指示信号的发生频率。在该时间间隔期满(2504)后，用于在至少一个通信信道上发送后续数据的调制方案被变更(2506)以将调制方案最大化并将数据速率增大到信道能够支持的最高水平。但是，如上所述，调制方案的变更可能是降低或者要求较低阶的调制，因为通信信道可能不能支持较高阶的调制。不同的实现方式在如何判定信道是否能够支持较高阶调制方面可能有所不同。例如，一种实现方式仅在很有可能所有误差都将在某一信道上发送的数据中被校正(利用典型的前向差错校正码)的情况下才断言该信道能够支持特定的调制格式(阶数)。
图26示出了根据本发明原理的另一种实现方式的方法2600。最初，监视接收到的指示信号的发生频率(2602)。此时，判定(2604)预期会提高或者可能最大化“良好”吞吐量(每单位时间正确接收并解码的数据的量)的调制格式。所确定的格式可以是至少一个通信信道利用该指示信号数据的发生频率可支持的最优调制格式。例如，可以形成LUT，以将ACK频率(针对给定的调制格式)与可以支持的最高调制格式关联起来。利用确定出的被信道支持的调制格式，执行随后对调制方案的变更(2606)。
图27示出了根据本发明原理的另一种实现方式的方法2700。在该实现方式中，所发送数据的接收器生成并发送指示信号到发送器，指示出对在至少一个通信信道上接收的数据的安全接收和解码(2702)。监视生成指示信号的发生频率(2704)。基于所监视到的指示信号的发生频率，向所接收数据的来源提供对用于通过该信道发送后续数据的调制方案的指示(2706)。
图28示出了图27所示的方法的经修改的方法2800。在该实现方式中，确立预定的时间间隔(2805)，以用于对所生成的指示信号的发生频率的监视(2804)计时。在该预定时间间隔期满后，接收器指示出在至少一个通信信道上发送的后续数据的调制方案(2806)。
图29示出了根据本发明原理的方法的另一种实现方式2900。如图所示，接收器生成并发送指示信号(2902)到所接收数据的来源，并且其发生频率被监视(2904)。与之前一样，在此实现方式中，在预定的时间间隔中执行监视(2906)。当该时间间隔期满时，接收器发送调制指数(2908)到传入数据的来源以修改用于在至少一个通信信道上发送后续数据的调制方案。
调制指数可以是发送器/编码器能够识别并且按照它来动作的任何类型的信号。例如，调制指数可以是在从接收器反馈到发送器的其他数据的头部中提供的控制信号。在其他实现方式中，它可以是指示信号(ACK或NACK)的一部分。本领域的技术人员将会认识到，调制指数的形式可以是任何适当的形式。
图30示出了根据本发明原理的一种实现方式的解码器3000。解码器3000包括被配置为经由至少一个通信信道3012接收传入数据的接收器3002。传入数据可利用无比率编码来编码。控制器3004被配置为计算通信信道3012的质量度量。质量度量表示该至少一个通信信道的容量。一旦计算出质量度量，控制器就结合处理器3006使得解码器利用计算出的质量度量生成调制指数。如上所述，调制指数是一个控制信号，该控制信号被反馈到所发送数据的来源以向所述来源提供用于修改用来在通信信道3012上发送后续数据的调制方案的指令。解码器3000还包括存储器/数据单元3008和时钟3010。
根据该实现方式，质量度量是对在通信信道3012上能够获得的质量水平的具体判定。这种质量度量的一个示例将是信道3012的信噪比(SNR)。利用信道的SNR，联同其他已知信息(例如当前调制方案)，可以识别出用于使信道使用最大化的新的或经修改的调制方案。在诸如其中存在多个用于发送经调制数据的通信信道的分层通信系统之类的系统中，所有信道的平均SNR可用作质量度量或者每个信道的平均SNR可用作每个信道的质量度量。平均值可以是层上的平均、时间平均等等。在其他替换实现方式中，在不脱离本发明原理的精神的情况下，也可使用按块SNR。其他实现方式可包括用作质量度量的峰值SNR判定。
参考图31，其中示出了根据本发明原理的一个方面的解码器3000所实现的示例性方法3100。最初，解码器访问与至少一个通信信道上的通信的质量有关的信息(3102)。然后确定当前在通过该至少一个通信信道发送信号时使用的调制格式(3104)。一旦确定了当前调制格式，解码器就可使用该信息联同所访问的质量信息，并且向所接收数据的来源提供带有修改用于发送后续数据的调制格式的指令的指示(3106)。
根据图32所示的另一种实现方式，一种方法3200包括访问与通信质量有关的信息(3202)，并且确定至少一个通信信道上当前正在使用的调制格式(3204)。然后根据所访问的与通信信道的质量有关的信息来计算质量度量(例如，SNR或ACK的频率)(3206)。然后计算出的质量度量联同已知的或当前的调制格式一起被用于指示将用于在该信道上发送后续数据的调制方案(3208)。
图33示出了根据本发明原理的方法的另一种实现方式3300。在该实现方式中，解码器接收利用无比率编码来编码的数据(3302)。利用该数据，解码器计算质量度量(3304)，该质量度量提供了与至少一个通信信道所支持的最优调制格式有关的信息。
利用计算出的质量度量，解码器指令所接收数据的来源修改用于在该至少一个通信信道上发送后续数据的调制方案(3306)。
图34示出了图33所示的方法3300的经修改的方法实现方式3400。与之前一样，解码器接收利用无比率编码来编码的数据(3402)，并且计算指示出至少一个通信信道所支持的最优调制格式的质量度量(3404)。解码器随后生成响应于计算出的质量度量的调制指数信号，用于指示出所接收数据的来源将要用来在该至少一个通信信道上发送后续数据的调制方案。
很明显，本申请中描述的许多实现方式可以由接收器执行、由发送器执行或者由两者执行。
各个方面、实现方式和特征可通过多种方式中的一种或多种来实现，即使以上并不是参考特定方式或是只使用一种方式来描述的。例如，各个方面、实现方式和特征可利用例如方法、装置、用于执行方法的装置或处理设备、程序或其他指令集、包括程序或指令集的装置以及计算机可读介质中的一种或多种来实现。
装置例如可包括分立的或集成的硬件、固件和软件。例如，装置例如可包括处理器，这指的是一般的处理设备，例如包括微处理器、集成电路或可编程逻辑器件。又例如，装置可包括具有用于执行一个或多个处理的指令的一个或多个计算机可读介质。
计算机可读介质例如可包括软件载体或其他存储设备，例如硬盘、致密盘、随机访问存储器(“RAM”)或只读存储器(“ROM”)。计算机可读介质还可包括例如编码或传输指令的格式化电磁波。指令例如可以采取硬件、固件、软件的形式或者采取电磁波的形式。指令例如可存在于操作系统、单独的应用或两者的组合中。处理器的特征因此可在于例如被配置为执行处理的设备和包括具有用于执行处理的指令的计算机可读介质的设备。
已描述了若干种实现方式。然而，应当明白，可以进行各种修改。例如，不同实现方式的要素可被组合、补充、修改或去除以产生其他实现方式。因此，其他实现方式在权利要求的范围之内。

Claims (18)

1.一种适合用在通信系统中的方法，该方法包括：
接收(1002)已利用无比率编码来编码的经编码数据；
确定用来接收所述无比率经编码数据的通信介质的质量度量(1004)；
识别(1104)用于在所述通信介质上发送所述无比率经编码数据的调制方案；
基于识别出的调制方案和确定出的质量度量来确定(1120-1140)针对所接收的无比率经编码数据接收的互信息的量的估计；
基于所确定的估计确定所接收的互信息的量；
接收初始预定量的互信息，其中，所述初始预定量是据信足以对接收到的所述经编码数据成功解码的量；
在接收到所述初始预定量的互信息之后，接收额外预定量的互信息；以及
一旦确定累积了所述额外预定量的互信息则对所接收到的无比率编码数据进行解码。
2.如权利要求1所述的方法，其中，确定对互信息的量的估计的步骤包括：
基于所述识别出的调制方案和所述确定出的质量度量来访问(1120)查找表；以及
访问(1130)所访问的查找表中提供对针对每单位的所接收经编码数据接收到的互信息的量的估计的条目。
3.如权利要求1所述的方法，其中，对互信息的量的估计是基于与所述识别出的调制方案相对应的容量公式的。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述质量度量包括所述通信介质的信噪比。
5.如权利要求1所述的方法，还包括：
基于所述确定出的质量度量来确定(1006)所述通信介质所支持的调制格式；以及
基于确定出的调制格式来接收(1008)利用无比率编码来编码的后续经编码数据。
6.如权利要求5所述的方法，还包括基于确定出的信道所支持的调制格式来反馈(1110)经修改的调制方案以便随后接收到的码字是利用所述经修改的调制方案来发送的。
7.如权利要求5所述的方法，其中，所述确定(1106)还包括：
访问包含与所述识别出的调制方案相对应的至少一个查找表的存储器；以及
将所述确定出的质量度量应用到所访问的查找表以确定所述通信介质所支持的调制格式。
8.如权利要求6所述的方法，其中，所述接收后续码字的步骤还包括基于确定出的所述通信介质所支持的调制格式来确定为了利用所述经修改的调制方案对经编码码字进行解码要接收多少互信息或者要在多长时间中接收互信息。
9.如权利要求1所述的方法，其中确定互信息的量的估计的步骤包括：
基于所述识别出的调制方案和所确定的质量度量来估计针对每单位所接收的经编码数据接收的互信息的量。
10.一种适合用在通信系统中的装置(110)，包括：
用于接收已利用无比率编码来编码的经编码数据的装置；
用于确定用来接收所述无比率经编码数据的通信介质的质量度量的装置；
用于识别用于在所述通信介质上发送所述无比率经编码数据的调制方案的装置；
用于基于识别出的调制方案和确定出的质量度量来确定针对所接收的无比率经编码数据接收的互信息的量的估计的装置；
用于基于所确定的估计确定所接收的互信息的量的装置；
用于接收初始预定量的互信息的装置，其中，所述初始预定量是据信足以对接收到的所述经编码数据成功解码的量；
用于在接收到所述初始预定量的互信息之后接收额外预定量的互信息的装置；以及
用于一旦确定累积了所述额外预定量的互信息则对所接收到的无比率编码数据进行解码的装置。
11.如权利要求10所述的装置，还包括：
用于基于所述确定出的质量度量来确定所述通信介质所支持的调制格式的装置；以及
用于基于确定出的调制格式来接收利用无比率编码来编码的码字的后续互信息的装置。
12.如权利要求11所述的装置，还包括用于基于所述确定出的调制格式来反馈经修改的调制方案以便随后接收到的码字利用所述经修改的调制方案来发送的装置。
13.如权利要求10所述的装置，其中，用于确定对互信息的量的估计的装置包括：
用于基于所述识别出的调制方案和所述确定出的质量度量来访问查找表的装置；以及
用于访问所访问的查找表中提供对针对每单位的所接收经编码数据接收到的互信息的量的估计的条目的装置。
14.如权利要求10所述的装置，其中，对互信息的量的估计是基于与所述识别出的调制方案相对应的容量公式的。
15.如权利要求10所述的装置，其中，所述质量度量包括所述通信介质的信噪比。
16.如权利要求11所述的装置，其中，用于确定所述通信介质所支持的调制格式的装置还包括：
用于访问包含与所述识别出的调制方案相对应的至少一个查找表的存储器的装置；以及
用于将所述确定出的质量度量应用到所访问的查找表以确定所述通信介质所支持的调制格式的装置。
17.如权利要求12所述的装置，其中，用于接收后续码字的装置还包括用于基于确定出的所述通信介质所支持的调制格式来确定为了利用所述经修改的调制方案对经编码码字进行解码要接收多少互信息或者要在多长时间中接收互信息的装置。
18.如权利要求10所述的装置，其中用于确定互信息的量的估计的装置包括：
用于基于所述识别出的调制方案和所确定的质量度量来估计针对每单位所接收的经编码数据接收的互信息的量的装置。
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