РАСПРЕДЕЛЕНИЕ РЕСУРСОВ В СЕТЯХ СВЯЗИ
DISTRIBUTION OF RESOURCES IN COMMUNICATION NETWORKS

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение в целом относится к сетям связи и, в частности, к распределению ресурсов в подобных сетях.
Уровень техники
На сегодняшний день общей проблемой сетей связи является вопрос о распределении ресурсов, таких как мощность и частота передачи, подходящим образом. Ресурсы ограничены, и по мере непрерывного увеличения количества соединений и абонентов сеть становится все более сложной, из-за чего возникает необходимость в более сложных решениях. Как правило, целью при этом являются эффективное использование ресурсов и надежность передачи.
Автоматический Запрос на Повтор (АЗП) и Гибридный Автоматический Запрос на Повтор (ГАЗП) широко используются в передаче данных, чтобы поддерживать качество передачи. АЗП повторно передает блоки данных, когда принимается сообщение о НеПодтверждении Приема (НПП), указывающее некорректный прием. Приемник сразу отбрасывает поврежденные блоки. Вместо этого принципом ГАЗП является буферизация блоков данных, которые не были приняты правильным образом, и комбинирование буферизированных данных с повторными передачами. Программная процедура комбинирования обычно зависит от того, какой тип схемы комбинирования ГАЗП используется, например, Прямое Комбинирование (ГАЗП-ПК) или Инкрементальная Избыточность (ГАЗП-ИИ) [1].
Существующие решения, подобные вышеупомянутым механизмам АЗП/ГАЗП, связаны с рядом проблем. АЗП/ГАЗП пытается поддержать качество передачи, но не может гарантировать успешные передачи. Даже при максимальном количестве повторных передач блок может быть не принят правильно в плохой среде передачи. Больший предел максимального количества повторных передач увеличит надежность передачи, но потребует большего размера буфера и приведет к большей задержке передачи.
Для достижения более высокой эффективности передачи был проведен ряд исследований планирования ГАЗП/Адаптивной Модуляции и Кодирования (АМК), основанного на прогнозировании канала [2]. Главной проблемой механизма ГАЗП/АМК является адаптация или противодействие изменению беспроводного канала, и самой обычной мерой является использование требуемого среднего соотношения сигнал/шум в качестве показателя. ГАЗП/АМК требует исчерпывающего моделирования всех возможных изменений канала, что является трудноразрешимой задачей.
Соответственно управление ресурсами во время передачи в обычных системах связи далеко от удовлетворительного, и существует значительная необходимость в усовершенствованном механизме распределения ресурсов.
Сущность изобретения
Общей целью настоящего изобретения является достижение улучшенного управления ресурсами в беспроводных сетях связи. Конкретной целью изобретения является обеспечение надежности передачи и эффективности передачи. Другой целью изобретения является уменьшение растраты ресурсов в сетях. Еще одной целью изобретения является предоставление усовершенствованного механизма распределения ресурсов для использования с АЗП/ГАЗП.
Эти цели достигнуты в соответствии с прилагаемой формулой изобретения.
Вкратце, настоящее изобретение предлагает новый способ адаптации параметров распределения ресурсов, чтобы достичь одну или более целей качества с повышенной точностью. В распределении ресурсов представляются новые индикаторы качества, основанные на так называемой взаимной информации (ВИ), предпочтительно на уровне блоков. Основанные на ВИ индикаторы качества предыдущей передачи, прогнозирование канала последующей передачи и, выборочно, один или более дополнительных требований качества используются для определения количества и типа ресурсов, например ресурсов времени, частоты и мощности, которые необходимо использовать для последующей передачи. Распределение ресурсов предпочтительно содержит распределение мощности и/или адаптацию соединения. Последняя может, например, включать адаптивный выбор режима модуляции, скорости кодирования и/или скорости исходных данных на основании состояний канала. Она также включает распределение канала между множеством пользователей. В частности, изобретение предоставляет возможность полезного осуществления, где адаптация соединения и распределение мощности выполняются одновременно, на основании одного и того же измерения. Предлагаемый способ очень полезен в связке с повторными передачами АЗП/ГАЗП.
Согласно другим аспектам изобретения предоставлены узел связи и система связи со средством для распределения ресурсов.
Краткое описание чертежей
Изобретение вместе с его дальнейшими объектами и преимуществами будет понятно при ссылке на следующее описание и прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 - схематический вид модели качества для вычисления индикатора качества согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг.2 - иллюстрация (части) системы связи, в которой может быть использовано настоящее изобретение;
Фиг.3 - блок-схема алгоритма способа распределения ресурсов согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг.4А-4С - структурные схемы, иллюстрирующие различные механизмы функции, определяющей индикатор качества, в устройстве связи согласно вариантам осуществления настоящего изобретения;
Фиг.5 - график, иллюстрирующий отображение между ИПБ и ОСП для ГАЗП-ПК согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг.6 - график, иллюстрирующий функции отображения между ИК и ИПБ для ГАЗП-ИИ согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг.7 - структурная схема системы для распределения ресурсов с ГАЗП-ПК согласно варианту осуществления настоящего изобретения; и
Фиг.8 - структурная схема системы для распределения ресурсов с ГАЗП-ИИ согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание осуществления изобретения
Перечень сокращений приведен в конце данного раздела.
Настоящее изобретение включает определение новых измерений информации и параметров, на основании которых выполняется распределение ресурсов (такое как распределение мощности или адаптация соединения) на соединения связи в сетях связи. До того как будут подробно описаны изобретение и варианты его осуществления, будут разъяснены некоторые основные концепции и определения, чтобы понять их принципы.
Новый интерфейс соединение-система и параметры информации
Настоящее изобретение основано на признании нового усовершенствованного интерфейса соединение-система (С-С), на который также ссылаются как на модель качества, который предоставляет практически оптимальные правила/требования распределения ресурсов (с или без АЗП/ГАЗП) при условии, что могут быть получены хорошие оценки/прогнозирования и измерения канала.
На Фиг.1 приведена структурная схема, иллюстрирующая вариант осуществления подобной модели качества согласно изобретению. Модель 100 качества описывает связь отображения между измерениями 11 информации соединения (ОСП на Фиг.1) и итоговыми индикаторами качества или оценками (ЧБСО и ИК на Фиг.1). Она содержит модель 12 модуляции и модель 13 кодирования соответственно. Как будет описано ниже, преимущественной особенностью предложенной модели 100 качества является то, что она представляет линейный интерфейс между моделью 12 модуляции и моделью 13 кодирования.
Требование качества обслуживания может быть выражено посредством различных индикаторов качества: ЧБСО (Частота Блоков С Ошибками), пропускной способностью, задержкой, так же как и одним или более новыми индикаторами, определенными согласно изобретению. Эти индикаторы могут быть получены статистически или на основании измерений информации соединения, таких как ОСП или сырая Частота Ошибочных Битов, и играют важную роль в процедуре распределения ресурсов по изобретению. Новые индикаторы качества будут выведены в разделе «Взаимная информация на уровне блока», изложенном ниже, но сначала на символьном уровне будет разъяснена концепция взаимной информации, на которой основаны индикаторы.
Взаимная информация на символьном уровне
модулированной взаимной информации (ВИ) на символьном уровне.
γ
j
Увиденная декодером, информация из источника переносится программными выводами демодулятора. Классическое значение информации из теории информации представляет собой так называемую взаимную информацию (ВИ) между входом и выходом канала, то есть между выходным битом кодера и входным программным битом декодера. Теорема кодирования канала гласит, что идеальный кодек (то есть система кодера/декодера) способен надежно передавать на скорости кодирования равной взаимной информации канала [3]. Мера информации на основании пропускной способности канала может быть выражена как значение  При , представляющем отношение сигнал/помеха (ОСП) на момент j, то есть
,
I(γ
)
j
СИ обозначена как  и определяется как:
,
X
Y=(Y
+i*Y
∈C
С
P(X)
X. P(Y|X,γ
)
Y
X
γ
R
I)
j
j
где модулированный символ  принадлежит конкретной группе модуляции, и принятый символ , где  является набором комплексных чисел [4]. В уравнении (2)  является априори вероятностью  является функцией плотности распределения вероятности от , обусловленной символом  передачи и параметризированным состоянием канала.
Также существуют аппроксимации символьной информации, которые иногда могут быть использованы вместо формулы (2). Например, на основании объединенного предела Чернова (Chernoff) для кодированной передачи выражение Экспоненциального Отображения Эффективного ОСП (ЭОЭ ОСП) для модуляции M-символа имеет следующий вид:
,
γ
m
где  это корректирующий модуляцию множитель для заданной группы.
Другие аппроксимированные выражения взаимной информации могут, например, быть основаны на частоте отсечки двоичной фазовой манипуляции (ДФМ):
или на основании единой теории информации Шеннона, то есть реальных Гаусовских вводах аддитивного белого Гаусовского шума (АБГШ):
.
Также могут быть другие аппроксимированные выражения, такие как:
,
где {α,β} это экспонента компенсации модуляции для заданной группы. При хорошей тренировке формула (6) дает очень хорошее совпадение.
Взаимная информация на уровне блока
Характеристика конкретного кодека может быть выражена как взаимная информация на блок кодирования.
1
2
J
На блоке (N, K) кодирования, где K обозначает количество битов информации и N обозначает количество кодированных битов в одном блоке кодирования, который соответствует J модулированным символам, пропускная способность канала является накоплением СИ-ий в блоке. Принимая, что принятый кодированный блок подвергается множеству состояний {γ,γ,…,γ} каналов, взаимная информация согласно настоящему изобретению более того определяется на различных уровнях как следующие индикаторы качества:
- Информация принятого кодированного блока (ИПБ):
j
2
j
Для модуляции по порядку M, I(γ)≤logM=N/J, и, следовательно, ИПБ(γ)≤N.
информацию принятого интервала
СИ
символьная информация
где ИПБ обозначает ,  это , то есть I и S это количество символов в одном интервале.
ИПБ это общая информация принятых кодированных (сырых) битов до декодирования.
- Частота информации принятого кодированного блока (ЧИПБ),
то есть нормализованная ИПБ:
- Частота блоков с ошибками (ЧБСО),
то есть отношение количества блоков с ошибками к общему количеству переданных блоков.
- Информация кадра (ИК):
ИК это информация принятого декодированного бита в одном блоке кодирования, и она может интерпретироваться как квантованная пропускная способность, то есть количество правильно принятых битов на блок кодирования.
- Частота блоков без ошибок (ЧББО)
, то есть нормализованная информация кадра:
- Пропускная способность (ПС)
R
Т
битинфо
блоккодиров
где  это скорость передачи битов информации, и  это период одного блока кодирования.
цель
цель
изм
изм
Основанные на взаимной информации индикаторы качества, такие как ИПБ, ЧИПБ, ИК и ЧББО, представляют качество обслуживания и могут быть использованы для выражения требований/ограничений передачи, например, ИК или ИПБ. Путем сравнения целевой величины с соответствующими измеренными значениями, например, ИК или ИПБ, может быть определено, выполняется ли требование. Индикаторы, основанные на взаимной информации, не зависят от образца и изменений канала, что делает их более удобными, чем обычные параметры КО, для использования при распределении ресурсов.
Следует отметить, что другие индикаторы качества, основанные на взаимной информации, такие как, например, другие типы нормализованных параметров ИК и ИПБ, также входят в объем настоящего изобретения.
Модель модуляции с помощью взаимной информации
СИ
Модель (12 на Фиг.1) модуляции имеет дело с взаимной информацией  на символьном уровне для различных групп модуляции.
Согласно теории информации Шеннона [5] пропускная способность канала для канала с Аддитивным Белым Гаусовским Шумом без ограничения полосы пропускания выражается следующим образом:
СИ
СИ
j
j
j
При цифровой модуляции взаимная информация  обозначает пропускную способность канала с дискретным входом и непрерывным выходом. Пропускная способность группы по порядку М не может быть выше, чем log2M, но она может быть достаточно близка к пропускной способности Шеннона на очень низких значениях ОСП в случае прекрасного знания γ. В добавление, при заданном состоянии γ канала,  больше для модуляции высшего порядка в случае прекрасного знания канала. Однако можно ожидать, что в случае неудовлетворительной оценки канала содержание информации будет ограничено оценкой γ.
Модель кодирования при помощи взаимной информации
Как показано на Фиг.1, модель 13 кодирования для канала с множеством состояний включает функцию для комбинирования 14 и отображения 15 качества символьной информации. Модель 100 качества для канала со множеством состояний может, например, быть реализована посредством справочных таблиц и включать следующие шаги:
γ
,γ
,…,γ
СИ
, СИ
,…, СИ
1
2
J
1
2
J
[1] Для набора программных выводов демодулятора с множеством состояний {} канала {} вычисляются путем проверки справочной таблицы взаимной информации для конкретной группы, как описано путем вышеупомянутой модели 12 модуляции.
ИПБ
ИК
ЧИПБ
ЧБСО
[2] Выбрать справочные таблицы для кодека. Таблицы генерируются на основании результатов моделирования Аддитивного Белого Гаусовского Шума, которые не должны зависеть от режима модуляции. Например, могут быть выбраны справочные таблицы перевода  в  или  в .
ИПБ
ЧИПБ
ИПБ
ИПБ
ИПБ
код
[3] Собрать  или  с помощью формулы (7) или (8). Эта функция на Фиг.1 выполняется в узле 14. Чтобы моделировать характеристику кодека в случае неоптимального алгоритма кодирования, необходима модификация в формуле (7) путем внесения корректировки для  в форме корректирующего  множителя , в следующей форме:
Другой способ корректировки для РБИ выражается следующим образом:
γ
код
где  это корректирующий множитель в области ОСП.
[4] Получить индикаторы качества путем проверки справочных таблиц АБГШ. Это функция на Фиг.1 представлена в узле 15.
Представление параметра, основанного на взаимной информации на уровне блока, такого как ИПБ (или ЧИПБ), в интерфейсе соединение-система предоставляет возможность раздельных моделей модуляции и кодирования соответственно, и интерфейс между моделью 12 модуляции и моделью 13 кодирования является линейным. Функциональная особенность линейного интерфейса предоставляет возможность сравнительно простого доступа к оценкам различных индикаторов качества, основанных на измерениях информации соединения.
Вышеописанная модель качества, предложенная согласно настоящему изобретению, связана с преимуществом, заключающимся в том, что она более точна, чем соответствующие интерфейсы соединение-система по предыдущему уровню техники.
Новая процедура распределения ресурсов
распределение мощности
адаптацию соединения
Согласно настоящему изобретению предлагается использовать насыщенную обратную связь вышеописанного типа, которая несет информацию состояния канала и требования информации передачи, чтобы достичь улучшенной процедуры распределения ресурсов. Распределение ресурсов предпочтительно содержит  (управление мощности) и/или . В основном основанные на ВИ индикаторы качества предыдущей (текущей) передачи, прогнозирование канала последующей передачи («следующая попытка» в случае использования изобретения для улучшения повторных передач) и обычно также один или более требований качества используются для определения количества ресурсов, включая ресурсы времени, частоты и мощности, которое необходимо использовать для последующей передачи («второй попытки»).
Таким образом, настоящее изобретение представляет новые меры качества в распределении ресурсов, когда как распределение ресурсов по известному уровню техники основано на обычных измерениях, например ОСП или ЧБСО. Как будет очевидно в дальнейшем, новые основанные на ВИ индикаторы связаны с некоторыми преимущественными функциональными особенностями, предоставляющими возможность более надежной и эффективной пакетной передачи через соединения связи.
распределение ресурсов
Для цели раскрытия  относится к распределению/назначению/установке/управлению ресурсов, таких как ресурсы мощности или ресурсы, определяющие соединение (например, относящиеся к частоте или времени), на соединение связи. Распределение определяющих соединение или связанных с соединением ресурсов включает, например, адаптивный выбор режима модуляции, скорости кодирования и/или скорости исходных данных на основании состояний канала. Оно также включает распределение канала в области частоты, в области времени, области пространства и/или области кода. На распределение определяющих соединение ресурсов далее, в общем, будут ссылки как на адаптацию соединения.
Фиг.2 иллюстрирует (суб)систему 200 связи, в которой может использоваться настоящее изобретение. Проиллюстрирована базовая станция 21, связывающаяся с мобильными узлами 22 (пользовательское оборудование, мобильные станции и т.п.) через соответствующие соединения 23 связи. Изобретение особенно полезно для (хотя и не ограничено этим) пакетной связи через беспроводные соединения и предназначено для ситуаций, где передающий узел передает или пытается передать сигнал в принимающий узел через соединение связи. Принимающий узел проводит мониторинг соединения, и на основании измеренной информации соединения определяется, как распределить ресурсы на соединение. В общем, все участвующие узлы 21, 22 являются приемопередатчиками, содержащими как принимающую функцию, так и передающую функцию. Для цели изобретения «принимающим» или «передающим» узлом может быть базовая станция 21, мобильный узел 22 или любой другой подходящий узел/устройство связи.
На Фиг.3 приведена блок-схема алгоритма способа для распределения ресурсов согласно варианту осуществления настоящего изобретения. На первом этапе S1 сигнал передается из передающего узла в принимающий узел через соединение связи. Текущее значение индикатора качества/измерения соединения (например, ИК, ИПБ) для сигнала определяется на основании взаимосвязи/формулы взаимной информации (этап S2). Для этой цели может быть использована модель качества, основанная на информации, которая упрощает выбор режима модуляции и адаптацию скорости кодирования путем предоставления возможности выполнения выбора режима модуляции и адаптации скорости кодирования по отдельности. Индикатор качества является параметром, (непосредственно или косвенно) представляющим взаимную информацию сигнала на уровне блока. Он, например, может представлять общую кодированную битовую информацию принятого блока, такую как ИПБ или ЧИПБ, или представлять общую декодированную битовую информацию принятого блока, такую как ИК или ЧББО. Информация соединения (например, ОСП) сигнала, измеренная в принимающем узле, предпочтительно используется как ввод на этапе определения индикатора качества.
Этап определения индикатора качества предпочтительно содержит моделирование параметров взаимной информации на символьном уровне, используя модель модуляции с представлением отношения сигнал/помеха в качестве ввода и комбинированием параметров взаимной информации во взаимную информацию на уровне блока. Эта кодированная взаимная информация на уровне блока может быть преобразована в декодированный индикатор качества на уровне блока, используя модель кодирования, независящую от упомянутой модели модуляции. Например, этап S2 может включать отображение ОСП принятого символа модуляции в символьную информацию (СИ); отображение значения СИ в информацию принятого блока (ИПБ); и отображение значения ИПБ в частоту блоков с ошибками (ЧБСО) и/или информацию кадра (ИК).
Также ссылаясь на Фиг.3, на этапе S4 принимается решение, как должны быть распределены ресурсы на соединение связи в ответ на текущее значение индикатора качества. Индикатор качества, как правило, вводится в функцию распределения ресурсов, и ресурсы тогда распределяются на основании результата функции. Как правило, распределение ресурсов включает и/или следует за сравнением текущего значения индикатора качества и его целевым значением (шаг S3).
Таким образом, распределение ресурсов может быть выполнено посредством параметра распределения ресурсов, такого как мощность или скорость кодирования. Выполнение фактического распределения ресурсов, как правило, включает установку одного или более из следующих параметров в передающем узле:
i) полоса пропускания передачи и ее спектральное положение
ii) продолжительность передачи
iii) мощность передачи
iv) форматы пакета или субпакета в сессии гибридного автоматического запроса на повтор (ГАЗП)
v) количество повторных передач в сессии ГАЗП
Когда распределение ресурсов используется для определения полосы пропускания передачи и ее спектрального положения (i), оно, например, содержит установление положения и количества переданных субнесущих в системе с множеством несущих и/или количество каналов кода в мультиплексированных системах с разделением кода. Когда распределение ресурсов используется для определения продолжительности передачи (ii), оно, например, содержит установление момента времени передачи пакета или субпакета в сессии ГАЗП и продолжительности переданного пакета или субпакета в системе ГАЗП. Когда распределение ресурсов используется для определения форматов пакета или множества субпакетов в сессии ГАЗП (iv), оно, например, содержит выбор одного или более из следующих параметров: порядок модуляции, скорость прямой коррекции ошибок (ПКО), тип кода ПКО и тип комбинирования ГАЗП.
Посредством изобретения часто представляется возможным использовать единственную справочную таблицу для конкретной схемы кодирования, которая не зависит от режима модуляции. Это приводит к простому выполнению функции распределения ресурсов.
Следует отметить, что решение распределения ресурсов иногда может подразумевать, что передача не должна иметь место, то есть на соединение не распределяются никакие ресурсы. Это, как правило, регулируется посредством продолжительности передачи; если текущее состояние канала или его состояние в ближайшем будущем такое плохое, что (повторная) передача оценивается как бесполезная, передача может быть приостановлена и возобновлена позже.
цель
цель
Что касается критериев КО, то, как правило, по меньшей мере, один критерий КО, непосредственно относящийся к критерию индикатора качества (например, ИПБ или ИК), должен быть включен при определении распределения ресурсов. Это, как правило, случай с критерием частоты блоков с ошибками или критерием пропускной способности на соединение. Однако также могут присутствовать опциональные критерии, такие как ЧБСО, задержка передачи пакета, флуктуации времени задержки или остаточная частота блоков с ошибками (ЧБСО), которые могут быть использованы для определения приоритета обслуживания индивидуальных пользователей. В любом случае, когда, по меньшей мере, один критерий КО использует индикатор качества, подобный ИПБ или ИК, изобретение повышает точность функции распределения ресурсов.
Настоящее изобретение приводит к ряду преимуществ. Оно может повысить надежность передачи путем распределения ресурсов на основании состояний канала и требований качества. Более того, в случае сбоя передачи предложенное распределение ресурсов повысит вероятность удачной повторной передачи. Это означает, что не будет также много повторных передач, как при обычной технологии, то есть задержка передачи, вызываемая неправильной передачей, уменьшается.
Кроме того, посредством изобретения может быть повышена эффективность передачи. Адаптация соединения и управление мощности, основанные на взаимной информации, предоставляют возможность распределения соответствующих ресурсов для повторной передачи, и соответственно бесполезная растрата ресурсов может быть уменьшена. Ресурс распределяется в количестве чуть большем, чем достаточно для поддержания требования качества. Даже несмотря на то, что для обеспечения устойчивости против изменений канала и ошибок оценок требуется порог распределения ресурсов, бесполезная растрата ресурсов будет меньше, чем, например, при обычных системах АЗП/ГАЗП, которые поддерживают такие же качество и задержку передачи.
В частности, путем представления управления мощности и/или адаптации соединения, основанных на насыщенной обратной связи, могут быть достигнуты улучшения механизмов передачи/повторной передачи, таких как АЗП/ГАЗП. Например, посредством предложенной адаптации соединения может быть предоставлен гибкий выбор скорости кодирования, то есть могут быть предоставлены изменяемые размеры блоков повторной передачи, и соответственно эффективность передачи будет повышена в сравнении с, например, существующей системой ГАЗП/АМК в ВНРК (Обычный АЗП/ГАЗП с обратной связью ПП/НПП может предоставить только конкретные типы скоростей кодирования. Следовательно, иногда невозможно избежать растраты определенного количества ресурсов, даже с планированием АМК).
либо
либо
совместным
Могут быть варианты осуществления изобретения, в которых распределение ресурсов включает  распределение мощности,  адаптацию соединения. Однако изобретение также предоставляет возможность осуществления особого предпочтительного варианта с  распределением мощности и адаптацией соединения. Посредством вышеописанной модели качества, основанной на информации, адаптация соединения и распределение мощности могут быть выполнены одновременно на основании одного и того же измерения (то есть основанного на взаимной информации индикатора качества) для достижения требования КО с большей точностью. Подобное совместное распределение мощности и адаптация соединения разработаны совместно, учитывая общие системные ресурсы. Как правило, в случае ограниченных ресурсов канала будет использовано более гибкое распределение мощности, и в случае строгого ограничения мощности передачи или уровня помех будет использована более гибкая адаптация соединения. Было показано, что подобное «сотрудничество» превосходит обычное независимое распределение мощности и адаптацию соединения.
Следует отметить, что, несмотря на то что по известному уровню техники существуют системы, которые выполняют и адаптацию соединения, и распределение мощности, в этих системах адаптация соединения и распределение мощности спроектированы независимо и они не работают совместно. Например, система WCDMA AMR имеет управление мощности по внутреннему кольцу с учетом интервалов, основанное на оценке ОСП на уровне интервалов; управление мощности по внешнему кольцу с учетом ВИП, основанное на ЧБСО; и адаптацию соединения с учетом ВИП, основанную на оценке ОСП на уровне ВИП. Другим примером является система Высокоскоростного Нисходящего Пакетного Доступа (ВНПД), которая использует адаптацию соединения с учетом ВИП согласно состоянию канала и требованию КО, вместе с довольно медленным управлением мощности, которая не имеет целью какие-либо требования КО.
Новые измерения и процедуры соответственно очень полезны при адаптации соединения и распределении мощности для заданного пользователя. Как упомянуто, они также полезны для распределения или планирования канала там, где ресурсы канала используются среди различных пользователей. Иначе говоря, для целей настоящего раскрытия выражение «соединение связи» может обозначать как субсоединение в группе субсоединений, образующей соединения/каналы к определенному пользователю, так и к соответствующим соединениям/каналам, связанным с соответствующими пользователями. В области частоты распределение канала относится к распределению несущих (множественный доступ с разделением частот (FDMA)) или субнесущих сигналов (мультиплексирование с ортогональным частотным разделением сигналов (OFDM/OFDMA)). В области времени оно относится к распределению интервалов времени (Множественный доступ с временным разделением каналов (TDMA)). Подобно в области пространства распределение канала относится к распределению линий антенны (например, система со многими входами и многими выходами (MIMO)), тогда как в области кода оно относится к распределению разделяемых кодов (множественный доступ с кодовым разделением каналов (CDMA)).
Как упомянуто в разделе «Уровень техники», обычные решения ГАЗП/АМК в качестве показателя в задаче противодействия изменению беспроводного канала, как правило, используют требуемое среднее значение ОСП. Обычный способ полагается на среднее отношение ОСП-ЧБСО. Если текущая передача не достигает желаемой ЧБСО, стратегия заключается в повторной передаче с таким уровнем мощности или с такой другой модуляцией или форматом кодирования, что общее принятое ОСП будет достаточным для желаемой ЧБСО. Однако средняя характеристика ОСП-ЧБСО зависит от скорости и образа изменения канала. Различные скорости и образы изменения канала приводят к различным кривым среднего отношения ОСП-ЧБСО даже при одинаковой модуляции и кодировании. ГАЗП/АМК требуют исчерпывающего моделирования всех возможных изменений канала, что является трудновыполнимой задачей. Изобретение преодолевает эти трудности путем представления характеристики измерения информации (индикаторов качества, основанных на ВИ), которая интерпретирует изменяемые значения ОСП в унифицированное количество, которое независимо от скорости и образа изменения канала.
На Фиг.4А-4С показаны структурные схемы, иллюстрирующие различные варианты организации функции определения индикатора качества в узлах связи согласно вариантам осуществления настоящего изобретения. Все проиллюстрированные механизмы 400 распределения ресурсов представляют принимающий узел 41 с функцией 43 мониторинга линии и передающий узел 42 с функцией 45 для выполнения фактического распределения ресурсов.
В первом варианте осуществления (Фиг.4А) индикатор качества вычисляется в вычислителе 44 индикатора качества принимающего узла 41. Приемник 41 также содержит средство (не показано) для принятия решения о том, какие ресурсы должны быть распределены на данное соединение. Команда управления распределения ресурса посылается из принимающего узла 41 в передающий узел 42, и передающий блок распределяет ресурсы согласно этой команде.
Во втором варианте осуществления (Фиг.4В) вычислитель 44 индикатора качества вместо этого расположен на стороне передатчика. Приемник 41 просто передает информацию соединения для вычисления индикатора качества в передатчик 42, после чего индикатор качества вычисляется в передатчике, который определяет и выполняет распределение ресурсов.
Как проиллюстрировано на Фиг.4С, также могут быть варианты осуществления, где индикатор(ы) качества вычисляется(ются) в месте, которое не является ни действующим приемником, ни передающим узлом, например в отдельном узле 46 управления высшего уровня. В этом случае информация соединения для вычисления индикатора качества передается из приемника 41 во внешний узел 46 управления. Узел 46 управления вычисляет индикатор качества и передает команду управления распределения ресурсов в передатчик 42. Как на Фиг.4А, функция 45 распределения ресурсов передатчика 42 тогда выполняет распределение ресурсов согласно команде управления.
Чтобы избежать путаницы, на Фиг.4 узлы 41 и 42 обозначены как приемник и передатчик. Безусловно, в нормальной ситуации каждый узел содержит и функцию приема, и функцию передачи, то есть это узел приемопередатчика.
Определение индикатора качества - пример осуществлений
Как было упомянуто, изобретение имеет несколько полезных применений в связке с повторными передачами АЗП/ГАЗП.
В ГАЗП частота источника фиксирована, то есть равна постоянной K, и, как упомянуто в разделе «Уровень техники», процедура программного комбинирования зависит от того, какая схема комбинирования ГАЗП используется. При ГАЗП-ПК приемник всегда комбинирует всю повторную передачу блока с ошибками; то есть количество данных, которые буферизирует приемник, остается неизменным. При ГАЗП-ИИ приемник буферизирует кодированные символы, которые представляют новую информацию к блоку, переданному первым; то есть количество данных, которые необходимо буферизировать, увеличивается с последующими повторными передачами.
Соответственно существуют три типа схем АЗП/ГАЗП: обычный АЗП (тип I); ГАЗП с Прямым Комбинированием (тип II); и ГАЗП с Инкрементальной Избыточностью (тип III). Распределение ресурсов в различных типах может быть разъяснено посредством различных факторов, которые регулируются/определяются:
цель
цель
цель.
• Для типов I и II, то есть для обычного АЗП и ГАЗП-ПК, поскольку скорость кодирования фиксирована, ЧБСО и ИК могут быть преобразованы в ИПБ Следовательно, адаптация повторной передачи будет заключаться в минимизации расхода мощности путем регулирования мощности для достижения
цель
цель
распределении мощности
ИПБ, то есть в . Как правило, целью является определить мощность, необходимую для достижения принятого ОСП, которое наиболее близко соответствует ИПБ, используя ГАЗП-ПК.
цель
цель
цель.
цель
адаптация скорости кодирования
• Для типа III, то есть ГАЗП-ИИ, целью, как правило, будет минимизировать занятые ресурсы канала и достичь ИК, то есть . Скорость кодирования изменяется согласно количеству повторных передач и стратегий. После каждой повторной передачи система ГАЗП-ИИ будет соответствовать конкретной схеме кода, ИПБ которой может быть с легкостью получена из ИК Также представляется возможным комбинировать адаптацию скорости кодирования с распределением мощности. Таким образом, целью может быть определение скорости кодирования, необходимой для достижения принятой ИПБ значения, которое наиболее близко к ИПБ, используя ГАЗП-НИ.
В добавление для всех случаев адаптация модуляции может быть выполнена на основании мгновенного качества канала. Адаптация модуляции обычно является выборочной, в том смысле, что изготовители могут решить не внедрять адаптацию модуляции.
Для блока кодирования с К бит информации уравнение (15) предоставляет информацию кадра (ИК) для i-ой передачи следующим выражением:
Согласно целевой ЧБСО (или иного требования КО) требования ИК выводятся как:
ИПБ
i
Для конкретного режима кодирования существует исключительное соответствие между ИК и информацией ИПБ кодированного (принятого) блока. ИПБ для i-го принятого блока обозначена как . Соответственно могут быть получены целевые значения ИПБ для различных режимов кодирования.
На основании измерений информации неудавшихся i раз приемов разница между целью информации удачного приема может быть вычислена и направлена обратно в передатчик в качестве требования информации для следующей повторной передачи. Для АЗП требование информации для i+1-ой попытки повторной передачи определяется как:
Для ГАЗП оно выражается как разница информации:
Или в области ИПБ:
Более того, для заданного режима модуляции может быть построено соответствие между ΔИПБ и ΔОСП.
Обычно выражения ИК используются для выбора режима кодирования, тогда как выражения ИПБ используются для выбора режима модуляции и управления мощности.
В следующих параграфах приведены примеры управления мощности, выбора режима модуляции и выбора скорости кодирования для схем АЗП/ГАЗП.
Управление мощности и выбор режима модуляции для заданного режима кодирования
При заданном режиме кодирования требование ΔИК информации кадра может быть вычислено. И для схемы АЗП, и для схемы ГАЗП-ИИ требование ИПБ для следующей попытки повторной передачи вычисляется как:
с соответствующим требованием ОСП:
i+1
i+1
ΔОСП
где ΔN это количество кодированных битов в блоке кодирования для предстоящей (i+1)-ой повторной передачи, которое равно N для АЗП и ГАЗП-ПК. Переданную мощность (i+1)-ой повторной передачи нужно определять посредством  и прогнозирования канала.
Для ГАЗП-ПК с комбинированием с максимальным отношением (КМО) требование ОСП для следующей попытки повторной передачи определяется как:
с соответствующим требованием ИПБ:
ΔИПБ
Требование ОСП - это эффективная цель ОСП для управления мощности в следующей попытке повторной передачи, то есть мощность должна быть распределена так, чтобы достичь  с заданным режимом модуляции.
Фиг.5 содержит график, представляющий собой пример распределения мощности для системы ГАЗП-ПК. Показана функция отображения между ИПБ и ОСП.
Э,1~t-1
Э,1~t
Э,t
цель
цель.
цель
ОСП это эффективное комбинированное ОСП предыдущих 1~(t-1) передач, а ОСП это желаемое эффективное комбинированное ОСП для всех t передач. ОСП это целевое ОСП t-ой передачи, на основании которого принимается решение распределения мощности. ИПБ дает требование для итогового комбинированного ОСП Комбинированное ОСП может быть получено на основании измерений всех принятых передач. Различия между ОСП и измерениями вместе с прогнозированием качества канала дают требование мощности.
ΔИПБ
Что касается режима модуляции, для заданного эффективного целевого ОСП, которое может быть ограничено порогом максимальной мощности, режим модуляции должен быть выбран так, чтобы удовлетворять требованию  для предстоящего (повторно передаваемого) блока.
в блоке кодирования
Настоящее изобретение предоставляет возможность адаптации модуляции , чтобы максимизировать пропускную способность канала. Это составляет еще одно его преимущество. Путем представления модели качества, основанной на ВИ, в блоке кодирования может быть выбрано множество режимов модуляции, и с помощью соответствующим образом спроектированного алгоритма схема смешанной модуляции может быть лучше, чем схема единой модуляции.
Выбор скорости кодирования
Выбор скорости кодирования, в основном, используется с ГАЗП-ИИ.
ΔИК
В случае ограниченной мощности передачи и заданной схемы модуляции скорость кодирования для следующей попытки повторной передачи должна быть определена так, чтобы удовлетворять требованию .
потерь
Пусть R обозначает отношение потерь на трассе канала прогноза i+1-ой передачи канала при i-ой неудачной попытке, тогда:
i
i+1
i
i+1
где P и P являются переданными мощностями для i-ой и i+1-ой повторных передач соответственно, а ОСПи ОСП являются соответствующими значениями принятого ОСП. Соответственно средняя символьная информация (СИ) может быть вычислена следующим образом:
i
i+1
i+1
i
код,i+1
После (i+1)-ой попытки повторной передачи в ГАЗП-ИИ скорость кодирования изменится с (N,K) на (N,K), то есть (i+1)-ая попытка передаст ΔN=N-N кодированных бита. Отображающая функция ИКвИПБ() для (i+1)-ой попытки определяется скоростью кодирования. Скорость кодирования должна быть выбрана так, чтобы удовлетворять следующему условию:
Фиг.6 содержит график, иллюстрирующий выбор скорости кодирования для системы ГАЗП-ИИ. Показано несколько отображающих функций между ИК и ИПБ для различных скоростей Δ кодирования. Требование информации (требование ИПБ) следующей передачи для каждой скорости кодирования может быть вычислено из
цель
цель
ИК и измеренной принятой ИПБ. На основании прогнозирования канала и соответствующего распределения мощности может быть прогнозирована ИПБ следующей передачи. Будет выбрана наибольшая скорость кодирования, которая удовлетворяет ИК. В проиллюстрированном примере это означает, что будет выбрана Δ1/2. Тогда N определяется посредством итоговой скорости t-ой и (t-1)-ой передач. Альтернативно для выбранной скорости кодирования мощность может быть определена с помощью требования ИПБ и качества канала.
На Фиг.7 показана структурная схема системы для распределения ресурсов с ГАЗП-ПК согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Пример иллюстрирует систему/механизм 700 для комбинированного распределения мощности и адаптации соединения, содержащий узел 70 отображения качества; узел 71 (повторной) передачи; канал 72; приемник 73; узел 74 для прогнозирования канала; узел 75, 76 для комбинирования ОСП и вычисления ИПБ; узел 77 для сравнения ИПБ; узел 78 принятия решения распределения ресурсов; и узел 79 для управления (распределения) мощности и адаптации соединения.
цель
цель
Узел 70 отображения качества предоставлен с или имеет доступ к некоторому количеству справочных таблиц характеристики кодирования (например, ИПБ-ЧБСО или ЧИПБ-ЧБСО для некоторого количества режимов кодирования). Вводы в узел 70 отображения качества включают, по меньшей мере, одно требования качества, такое как ЧБСО, и информацию о режиме кодирования, например скорость кодирования и размер блока. Посредством этих вводов узел отображения качества может проверить требование информации/индикатор качества для каждого блока кодирования. На Фиг.7 целевое значение индикатора качества ИПБ-ИПБ выводится из узла 70 отображения качества.
Переходя к функции приемопередатчика, содержащего соединение, в котором выполняются измерения канала, последовательность битов информации вводится в узел 71 передатчика. Узел 71 передатчика обычно имеет средство для первой передачи, так же как и для повторных передач, и включает подузел 71А кодирования/модуляции/буферирования и подузел 71В распределения мощности. Подузел 71А кодирования/модуляции/буферирования принимает вводы, содержащие последовательность битов информации и сигналы СМК (режим модуляции, скорость кодирования, и т.п.), и выводит модулированную символьную последовательность. Модулированная символьная последовательность перенаправляется в узел 71В распределения мощности, в который также подается текущая передаваемая мощность. Узел 71В предоставляет передаваемую символьную последовательность с уровнем распределенной мощности.
До входа в узел 73 приемника на принимающей стороне переданная символьная последовательность основного диапазона проходит через канал. Для реальной системы узел 72 канала с Фиг.7 представляет радиопередачу в воздухе, тогда как для целей моделирования он может быть моделью канала, представленной для моделирования некоторых типичных беспроводных каналов распространения.
В узле 73 приемника принятая символьная последовательность основного диапазона подвергается функциям измерения и оценки, которые используются для выполнения адаптации соединения и управления мощности. Выводы из узла 73 приемника включают оценки импульсной характеристики канала, которые передаются в узел 74 прогнозирования канала, и относящуюся к ОСП информацию, такую как оценки ОСП для каждого узла передачи (например, временные интервалы) или распределение ОСП, которые, как правило, передаются в узел 74 прогнозирования канала, так же как и в узел 75 комбинирования ОСП. Узел 74 прогнозирования канала прогнозирует распределения ОСП предстоящих передач на основании оценок/распределений ОСП (для каждого узла передачи) предыдущего (нескольких предыдущих) ВИП и оценку импульсной характеристики канала предыдущих ВИП.
i
Переходя к узлу 75 комбинирования ОСП, принимается комбинирование с максимальным отношением (КМО), и вводы, содержащие оценки ОСП для каждого узла передачи предыдущих (нескольких) ВИП, комбинируются в эффективное ОСП (ОСП) после комбинирования КМО. Далее в узле 76 вычисления ИПБ эквивалентная ИПБ для общего количества i попыток передачи вычисляется на основании эквивалентного ОСП общего количества 1~i передач и режима модуляции.
цель
i
Система 700 сверх того содержит функцию для сравнения целевого значения индикатора качества (ИПБ) с его измеренным/оцененным значением. Эта функция на Фиг.7 представлена узлом 77 сравнения ИПБ, который, в основном, выполняет следующее вычисление: ΔИПБ=ИПБ-ИПБ. Результат сравнения переводится в решение ΔИПБ в узле 78 решения ΔИПБ. В этом примере, если ΔИПБ≤0, то распределение ресурсов не будет дополнительно увеличено, но, с другой стороны, если ΔИПБ>0, то требование ИПБ следующей передачи (например, выраженное через ΔИПБ) передается в узел 79 управления мощности/адаптации соединения. В этот узел 79 для распределения ресурсов, таким образом, предоставляется требование ИПБ для следующей передачи и статистический прогноз ОСП для следующей передачи. На основании этих вводов он может выполнить выбор СМК и распределение мощности так, чтобы условия передачи улучшились.
Обычно распределение ресурсов, как вышеописанный механизм, является итерационным процессом, где выводы узла 79 распределения мощности/адаптации соединения передаются обратно в узел 70 отображения качества и узел передатчика соответственно, и выполняются непрерывные измерения на принятой символьной последовательности для того, чтобы улучшить распределение ресурсов и установки передачи.
На Фиг.8 приведена структурная схема системы для распределения ресурсов с ГАЗП-ИИ согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Пример иллюстрирует систему/механизм 800 для комбинированного распределения мощности и адаптации соединения, содержащую(ий) узел 80 отображения качества; узел 81 (повторной) передачи; канал 82; приемник 83; узел 84 для прогнозирования канала; узлы 85 для вычисления ИПБ; узел 87 для сравнения ИПБ; узел 88 принятия решения ΔИПБ и узел 89 для управления (распределения) мощности и адаптации соединения.
цель
цель
Большинство функций с Фиг.8 соответствуют, более или менее точно, функциям, описанными со ссылкой на Фиг.7. Однако Фиг.8 иллюстрирует ГАЗП-ИИ, тогда как Фиг.7 иллюстрирует ГАЗП-ПК. Это означает, что в Фиг.7 скорость кодирования фиксирована для всех повторных передач, то есть соответствия качества (ИПБ-ЧБСО) для ГАЗП-ПК фиксированы. Следовательно, ИПБ нужно проверить только один раз. Однако на Фиг.8 скорость кодирования уменьшается с ростом количества попыток повторных передач вследствие увеличивающего количества избыточных битов. Следовательно, соответствия ИПБ-ЧБСО изменяются в зависимости от количества повторных передач и стратегий. Следовательно, ИПБ нужно проверять для каждой попытки повторной передачи.
Более того, выводы узлов 73; 83 приемника различаются. В случае ГАЗП-ПК требуются оценка ОСП и оценка канала. ГАЗП-ИИ использует еще одну дополнительную оценку - оценку индикатора качества (ИПБ).
Что касается выбора СМК в узле 71; 81, при системе ГАЗП-ПК во всех попытках повторных передач используется только конкретная СМК, следовательно, для конкретного блока информации кодирование и модуляция выполняются только один раз, и буферизированная модулированная символьная последовательность будет распределена на различные уровни мощности, то есть будет управляться распределением мощности во всех повторных передачах. С другой стороны, при системе ГАЗП-ИИ и выбор скорости кодирования, и выбор режима модуляции будут выполнены при любой попытке повторной передачи, так же как и распределение мощности.
С модификациями, очевидными специалистам в данной области техники, схемы, проиллюстрированные в Фиг.7 и 8, могут быть использованы для выполнения отдельного распределения мощности или отдельной адаптации соединения. ИПБ может быть заменена другим индикатором качества, основанным на взаимной информации, таким как вышеописанные параметры на уровне блока. Более того, следует понимать, что узлы с Фиг.7 и 8 представляют функции, которые, предпочтительно, представлены в системе распределения ресурсов согласно изобретению. Различные варианты осуществления могут иметь функции, реализованные иным образом, и два или более узлов могут быть удачно реализованы вместе в одном физическом устройстве.
Принимая во внимание ограничение скорости кодирования, связанное с ГАЗП-ИИ, то есть меньшее усиление комбинирования для меньшей скорости кодирования, совместное распределение мощности будет очень полезно в этом случае. (Проблема достаточно серьезна для турборежима, поскольку большинство существующих систем используют 1/3 скорости турбокодирования в качестве основного кода, и эти системы используют сравнение скорости для управления результирующей скорости кодирования. Известно, что ГАЗП-ИИ имеет достаточно малое преимущество по сравнению с ГАЗП-ПК для скорости кодирования, меньшей 0,5.)
Приведенные выше модели для АЗП/ГАЗП-ПК и ГАЗП-ИИ полезны для уменьшения задержки повторной передачи.
Из приведенных выше примеров очевидно, что процедура согласно изобретению очень полезна в тех случаях, когда была ошибка передачи и выполняется повторная передача. Однако следует особо отметить, что предлагаемое изобретение в равной степени применимо для предоставления решения о том, какие ресурсы требуются для передачи нового пакета. Например, для соединений без ГАЗП (такие как действующий голосовой поток) насыщенная обратная связь может быть использована для регулирования мощности следующего пакета, чтобы сохранить желаемый уровень эффективности. Даже тогда, когда текущий пакет принимается успешно, насыщенная обратная связь может сообщить системе, достаточно ли ресурсов для сохранения желаемого уровня эффективности для будущих пакетов. В особом предпочтительном варианте осуществления изобретения сравнения с целевыми значениями и регулирования распределенных ресурсов выполняются непрерывно, чтобы увеличить надежность и эффективность передачи.
Несмотря на то что изобретение было описано со ссылкой на конкретные проиллюстрированные варианты его осуществления, следует отметить, что оно также охватывает эквиваленты раскрытых функций, так же как и модификации и варианты, очевидные специалистам в данной области техники. Следовательно, объем изобретения определяется исключительно прилагаемой формулой изобретения.
СОКРАЩЕНИЯ
АБГШ - Аддитивный Белый Гаусовский Шум
АЗП - Автоматический Запрос на Повтор
АМК - Адаптивная Модуляция и Кодирование
ВИ - Временной Интервал
ВИП - Временной Интервал Передачи
ВНПД - Высокоскоростной Нисходящий Пакетный Доступ
ВНРК - Высокоскоростной Нисходящий Разделенный Канал
ГАЗП - Гибридный Автоматический Запрос на Повтор
ГАЗП-НИ - ГАЗП с Инкрементальной Избыточностью
ГАЗП-ПК - ГАЗП с Прямым Комбинированием
ДФМ - Двоичная Фазовая Манипуляция
ИК - Информация Кадра
ИПБ - Информация Принятого Блока
ИПИ - Информация Принятого Интервала
КМО - Комбинирование с Максимальным Отношением
КО - Качество Обслуживания
КФМ - Квадратурная Фазовая Манипуляция
НПП - НеПодтверждение Приема
ОСП - Отношение Сигнал/Помеха
ПКО - Прямая Коррекция Ошибок
ПП - Подтверждение Приема
СИ - модулированная Символьная Информация
СМК - Схема Модуляции и Кодирования
ЧББО - Частота Блоков Без Ошибок
ЧБСО - Частота Блоков С Ошибками
ЧИПБ - Частота Информации Принятого Блока
ЭОЭ ОСП - Экспоненциальное Отображение Эффективного ОСП
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ