專利名稱：寬帶碼分多址接入系統(tǒng)速率匹配參數(shù)優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在寬帶碼分多址接入(Wideband Code DivisionMultiple Access，WCDMA)系統(tǒng)優(yōu)化參數(shù)的方法，更具體地說是優(yōu)化配置WCDMA系統(tǒng)中傳輸信道RM(速率匹配，Rate Matching)參數(shù)的方法。
背景技術(shù)：
在WCDMA系統(tǒng)物理層基帶流程的上行和下行流程中，都有速率匹配的步驟。在同一個傳輸信道中的不同TTI(傳輸時間間隔，Transport TimeInterval)內(nèi)，傳輸碼塊的大小和碼塊的個數(shù)都可能變化。如果直接將各條傳輸信道復(fù)合為一條物理信道，不能始終保證復(fù)合構(gòu)成的CCtrCH(碼復(fù)用傳輸信道Coded Composite Transport Channel)能夠按照協(xié)議中規(guī)定的幀格式映射到物理信道上；也就是說物理信道上能夠在一幀中包含的比特數(shù)會比復(fù)合信道要求它在一幀內(nèi)發(fā)送的數(shù)目不一致。因此必須對信道復(fù)合的過程進行控制。
通過比特重復(fù)或者比特流打孔動態(tài)調(diào)整碼流的大小，使得最后得到的CCtrCH信道能夠正確映射到物理信道。在實際的重復(fù)和打孔操作中，被操作的比特會盡量分散于整個傳輸信道中，以保證對譯碼的影響最小。下行和上行速率匹配的過程在計算速率匹配操作，即打掉或重復(fù)，比特數(shù)目的公式是一致的，WCDMA協(xié)議3GPP TS 25.212 V4.1.0(2001-01)中規(guī)定的計算方法如下式所示 其中i的取值從1到IΔNi＝Zi-Zi-1-N1，其中，i＝1...I
公式中的符號說明如下I為CCtrCH中包含的傳輸信道；Ndata為按照受物理傳輸限制要求復(fù)合信道CCtrCH每一個無線幀應(yīng)該包含的比特數(shù)；Nm為第m條傳輸信道在速率匹配前對應(yīng)一個10ms無線幀中的比特數(shù)；RMm為第m條傳輸信道的速率匹配參數(shù)；ZI為一個中間結(jié)果；ΔNI為計算得到的第i條傳輸信道需要通過速率匹配重復(fù)(如果值為正)或者打孔(如果值為負)的比特數(shù)。
從上述的公式可以看出速率匹配因子實際影響到了如何將CCtrCH要求的比特速率分配到各個傳輸信道上。WCDMA的協(xié)議中并沒有說明如何設(shè)定不同的傳輸信道的速率匹配因子參數(shù)。如果不能根據(jù)傳輸信道性能要求均衡分配速率到不同傳輸信道，就不能獲得最佳性能的復(fù)合信道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種優(yōu)化傳輸信道速率匹配參數(shù)的方法，綜合考慮各個傳輸信道的不同的性能要求，利用合理的速率匹配參數(shù)進行速率匹配操作，均衡分配速率到不同傳輸信道，從而獲得最佳復(fù)合信道性能；并且可以根據(jù)復(fù)合的各條傳輸信道的性能要求定量地計算出各自的速率匹配參數(shù)值。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的計算出在基帶流程中復(fù)合的各條傳輸信道的誤碼率限制。如果信道質(zhì)量要求以誤碼率限制的形式給出，可以直接使用它。但如果信道質(zhì)量要求是誤塊率或誤幀率限制的形式，就按照下面的公式推導(dǎo)出相應(yīng)的誤碼率限制。
BER=-ln(1-ERROR_Ratio)size]]>其中，
BER(誤比特率，Bit Error Ratio)為待求的誤碼率限制；ERROR_Ratio為給定的誤塊率限制或誤幀率限制；Size為碼塊尺寸或者傳輸信道對應(yīng)著的一個無線幀的尺寸。
如果該傳輸信道的格式集中有多種可能的碼塊大小，則應(yīng)根據(jù)這些不同格式集在此傳輸信道中出現(xiàn)的概率進行計算，得到一個期望碼塊尺寸或者期望的無線幀尺寸。
根據(jù)不同傳輸信道的糾錯編碼增益，由傳輸信道的誤碼率要求得到經(jīng)過編碼以后的傳輸信道的誤碼率要求。
在本發(fā)明中，傳輸信道編碼前的誤碼率要求為編碼前誤碼率，編碼后的傳輸信道的誤碼率要求表述為編碼后誤碼率。由于編碼增益，編碼后誤碼率大于編碼前誤碼率。
根據(jù)各復(fù)用的傳輸信道的編碼后誤碼率，求解由各個信道的速率匹配增益方程構(gòu)成的方程組，獲得滿足各個復(fù)用的傳輸信道性能的最佳的速率匹配參數(shù)組合。
信道的速率匹配增益方程的形式如下如果信道是通過比特重復(fù)操作獲得正增益，對應(yīng)的增益方程為Q′=Q(1-12*ΔNN),ifΔN>0]]>如果相反，信道進行比特打孔操作獲得負增益，對應(yīng)的增益方程為Q′=Q(1+ΔNN)-12*ΔNN,ifΔN<0]]>上述公式中，Q為速率匹配操作后的信道誤碼率；Q’為速率匹配操作前的信道誤碼率；ΔN為信道的速率匹配操作比特數(shù)，其為正值時表示重復(fù)比特操作，其為負數(shù)時表示打孔比特操作；
N為傳輸信道速率匹配前的碼段比特數(shù)。
重復(fù)操作和打孔比特操作獲得的速率匹配增益方程形式不同。由于在速率匹配參數(shù)設(shè)計好之前無法確定哪些傳輸信道會執(zhí)行重復(fù)比特操作，哪些執(zhí)行打孔比特操作，所以方程組的形式是不定的；具體的求解方法為a)假設(shè)所有信道都會執(zhí)行重復(fù)操作，構(gòu)建由所有信道的正增益形式的速率匹配增益方程構(gòu)成的方程組求解。
b)解方程組，如果所有解出的ΔN都符合構(gòu)造的方程組對各個信道是執(zhí)行打孔比特操作還是重復(fù)比特操作的假設(shè)，則開始執(zhí)行d)步驟；否則執(zhí)行c)步驟。
c)將對應(yīng)著最大誤碼率限制的信道設(shè)定為執(zhí)行打孔操作(因為它的性能要求最低)，構(gòu)建新的方程組并執(zhí)行步驟b)；d)由各個信道的ΔN值推出各個信道的速率匹配參數(shù)。
應(yīng)用本發(fā)明的方法，可以定量地獲得傳輸信道的速率匹配因子，保證了采用此組速率匹配因子進行速率匹配時，能夠使得復(fù)合信道CCtrCH的性能同時滿足參加復(fù)用的傳輸信道不同的性能要求，而不會出現(xiàn)不均衡情況。也就是說降低了各傳輸信道對其在空中無線傳輸時的品質(zhì)要求。本發(fā)明能夠降低信道的發(fā)射功率，實際上也就是提高了系統(tǒng)的容量。


圖1為本發(fā)明1/2速率卷積編碼糾錯增益擬合曲線圖。
圖2為本發(fā)明1/3速率卷積編碼糾錯增益擬合曲線圖。
圖3為本發(fā)明Turbo編碼糾錯增益擬合曲線圖。
圖4為本發(fā)明的總體流程圖。
圖5為本發(fā)明中計算各個傳輸信道的編碼后誤碼率限制的流程圖。
圖6為本發(fā)明中信道的速率匹配增益方程求解流程圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖和具體的實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明本發(fā)明提供的系統(tǒng)中傳輸信道速率匹配參數(shù)設(shè)計方法分為以下幾個步驟首先，計算在基帶流程中參與復(fù)用的各條傳輸信道的誤碼率限制。
傳輸信道的誤碼率限制反映了信道的性能要求；但是，實際的信道性能參數(shù)有可能是通過誤塊率和誤幀率限制的形式給出的，在這一個步驟中，需要將它們統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為誤碼率限制的形式。
下面推導(dǎo)這個轉(zhuǎn)換的公式定義符號變量Err為以碼段形式(碼塊或幀)給定的錯誤率；Ber誤碼率；Size給定碼段的長度；x碼流長度；ErrNum錯誤碼段計數(shù)。
運用統(tǒng)計理論，可得出Err=limx→∞ErrNumx/size]]>定義num＝x/size，它是長度為x的碼流上的碼段數(shù)。長度為x的碼流上的誤比特數(shù)為x×Ber。根據(jù)概率論，將一個錯誤比特位隨機分入num個碼段上時，其中某個碼段不被分到此誤比特的概率是(1-1/num)，則某個碼段連續(xù)(x×Ber)次都不被分進錯誤比特的概率是(num-1num)x·Ber,]]>所以最可能的錯誤碼段數(shù)目為ErrNum=num*(1-(num-1num)x·Ber)]]>由此，所以可以推導(dǎo)出
Err=limx→∞ErrNumnum=limx→∞(1-(num-1num)x·Ber)=limx→∞(1-(x-sizex)x·Ber)=1-e-size·Ber]]>從而得到轉(zhuǎn)化碼段形式的錯誤限制為誤碼率限制形式的公式如下Ber=-ln(1-Err)size]]>如果該傳輸信道的格式集中有多種可能的碼段大小，因此應(yīng)先根據(jù)這些不同大小碼段在此傳輸信道中出現(xiàn)的概率計算得到一個期望碼段尺寸，再帶入上述公式求得誤碼率限制。
然后，根據(jù)不同傳輸信道的糾錯編碼增益計算各個傳輸信道的編碼后誤碼率限制。
考慮各個傳輸信道的糾錯編碼增益以獲得它們在速率匹配操作前的性能要求，也就是編碼后誤碼率限制。
在WCDMA協(xié)議3GPP TS 25.212 V4.1.0(2001-01)中規(guī)定有三種編碼方式，它們分別是1/2速率的卷積編碼，1/3速率的卷積編碼和Turbo編碼。這些編碼方式的增益有很大的差別。最準確的獲得某傳輸信道編碼增益的方法是按照該信道的參數(shù)設(shè)計仿真程序計算得到統(tǒng)計結(jié)果。但在實際中不易實現(xiàn)。一個簡單實用的方法是設(shè)計一個作為參考的傳輸信道，以此信道為基礎(chǔ)對協(xié)議中規(guī)定的三種不同的編碼方式進行仿真試驗，獲得編碼增益試驗結(jié)果。當需要求某個傳輸信道的編碼后誤碼率限制時，只需根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)進行插值就可以得到。參考信道有如下特點1)假定錯誤比特均勻分布在編碼后的整個傳輸信道碼流上。這也與實際的情況相符，因為物理層中的交織流程會使得誤碼分布離散開。
2)解碼算法均為硬判決。
3)本發(fā)明中對1/2速率和1/3速率的卷積編碼增益仿真試驗是對長度為400的隨機二進制碼流進行了2000次編譯碼試驗，獲得的誤比特率結(jié)果的準確度應(yīng)該在1e-4準確度級別上；Turbo編碼增益仿真試驗是對長度為1000的隨機碼流進行了十萬次編譯碼試驗。
獲得的誤比特率結(jié)果的準確度應(yīng)該在1e-6準確度級別上。
仿真得到的三種編碼方式下的增益數(shù)據(jù)列表如下表1

參見圖1、圖2、圖3，其為由表1中的數(shù)據(jù)擬合得到的三種編碼方式的增益曲線。
進一步，代入各傳輸信道的編碼后誤碼率，求解由信道的速率匹配增益方程構(gòu)成的方程組，從而得到最佳的各信道的速率匹配參數(shù)組合。
為了方便說明，定義如下的符號變量Ni為第i條傳輸信道速率匹配操作比特數(shù)，如果是正數(shù)就執(zhí)行重復(fù)操作，是負數(shù)則執(zhí)行打孔操作；Ni為第i條傳輸信道在速率匹配前對應(yīng)一個無線幀中的比特數(shù)；RMi為第i條傳輸信道的速率匹配參數(shù)；Ndata為CCtrCH上一個無線幀中的比特數(shù)；I為參與復(fù)用的傳輸信道個數(shù)；Qi為第i條傳輸信道的編碼后誤碼率限制；Q為CCtrCH的誤碼率限制；Xi為第i條傳輸信道速率匹配操作的變化率，即為ΔNi/NI；Puncture為中間變量，當前假設(shè)的執(zhí)行打孔操作的信道條數(shù)。
速率匹配環(huán)節(jié)中各個傳輸信道操作比特數(shù)的計算方法，由WCDMA協(xié)議3GPP TS 25.212 V4.1.0(2001-01)中的公式可以推出ΔNi=Ni·RMi·NdataΣj=1INj·RMj-Ni,i=1,2,...I]]>另外，按照信道的速率匹配操作是比特重復(fù)還是比特打孔應(yīng)依照如下的規(guī)則進行如果是比特重復(fù)操作，速率匹配后的統(tǒng)計誤碼率為Q；速率匹配前的統(tǒng)計誤碼率為Q’。一般來說ΔNi＜Ni，也就是說不會有被重復(fù)一次以上的比特位。重復(fù)比特的解調(diào)結(jié)果進行合并使得誤碼可能性降低一半，所以得到如下的比特重復(fù)操作下的增益方程為
Q′=Q(1-12*ΔNiNi),ifΔNi>0]]>如果是比特打孔操作，被打掉的比特在接收方會被隨意補為0或者1，錯誤的可能性為1/2。所以打孔操作下的增益方程為Q′=Q(1+ΔNiNi)-12*ΔNiNi,ifΔNi<0]]>由于設(shè)計速率匹配參數(shù)前無法判定哪些信道需要進行比特打孔操作，哪些信道需要進行比特重復(fù)操作，所以無法確定每個信道的速率匹配增益方程形式。因此程序流程是個試探求解然后驗證的過程。
參見圖4，其為本發(fā)明的總體流程圖，包括如下的步驟步驟1計算在基帶流程中參與復(fù)用的各條傳輸信道的誤碼率限制；步驟2根據(jù)不同傳輸信道的糾錯編碼增益，計算各個傳輸信道的編碼后誤碼率限制；步驟3根據(jù)各傳輸信道的編碼后誤碼率，求解由信道的速率匹配增益方程構(gòu)成的方程組，獲得最佳的各信道的速率匹配參數(shù)組合。
參見圖5，其為本發(fā)明中計算各個傳輸信道的編碼后誤碼率限制的流程圖，包括首先，設(shè)置一參考傳輸信道；然后，以該參考信道為基礎(chǔ)，對WCDMA協(xié)議3GPP TS 25.212 V4.1.0(2001-01)中規(guī)定有三種編碼方式進行仿真試驗，獲得編碼增益試驗數(shù)據(jù)表；最后，根據(jù)該編碼增益試驗數(shù)據(jù)表，對相應(yīng)的傳輸信道的編碼后誤碼率限制進行插值。
參見圖6，其為本發(fā)明中信道的速率匹配增益方程求解方法的流程圖，包括步驟1假設(shè)所有信道都會執(zhí)行重復(fù)操作，構(gòu)建由所有信道的正增益形式的速率匹配增益方程構(gòu)成的方程組求解；
步驟2解方程組，如果所有解出的ΔN都符合構(gòu)造的方程組對各個信道是執(zhí)行打孔比特操作還是重復(fù)比特操作的假設(shè)，則開始執(zhí)行步驟4；否則執(zhí)行步驟3；步驟3將對應(yīng)著最大誤碼率限制的信道設(shè)定為執(zhí)行打孔操作，構(gòu)建新的方程組并執(zhí)行步驟2；步驟4根據(jù)WCDMA協(xié)議3GPP TS 25.212 V4.1.0(2001-01)中各傳輸信道速率匹配操作比特數(shù)的計算公式，由各個信道的ΔN值計算出各個信道的速率匹配參數(shù)。
本發(fā)明提供的方法可以精確配置各個參與復(fù)用的傳輸信道的速率匹配參數(shù)值從而使得復(fù)合信道的誤碼率限制最大。
最后應(yīng)說明的是以上實施例僅用以說明本發(fā)明而并非限制本發(fā)明所描述的技術(shù)方案；因此，盡管本說明書參照上述的各個實施例對本發(fā)明已進行了詳細的說明，但是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，仍然可以對本發(fā)明進行修改或者等同地替換；而一切不脫離本發(fā)明的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。
權(quán)利要求
1.一種寬帶碼分多址接入系統(tǒng)速率匹配參數(shù)優(yōu)化方法，其特征在于根據(jù)各傳輸信道的編碼后誤碼率限制，獲得最佳的各信道的速率匹配參數(shù)組合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶碼分多址接入系統(tǒng)速率匹配參數(shù)優(yōu)化方法，其特征在于所述的最佳的各信道的速率匹配參數(shù)組合，通過求解由信道的速率匹配增益方程構(gòu)成的方程組獲得；該方程組的構(gòu)建方法為當信道通過比特重復(fù)操作獲得正增益時Q′=Q(1-12×ΔNN),ΔN>0]]>或者，當信道進行比特打孔操作獲得負增益時Q′=Q(1+ΔNN)-12×ΔNN,ΔN<0]]>其中Q為速率匹配操作后的信道誤碼率；Q’為速率匹配操作前的信道誤碼率；ΔN為信道的速率匹配操作比特數(shù)，其為正值時表示重復(fù)比特操作，其為負數(shù)時表示打孔比特操作；N為傳輸信道速率匹配前的碼段比特數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶碼分多址接入系統(tǒng)中傳輸信道速率匹配的方法，其特征在于所述的信道速率匹配增益方程的構(gòu)造及求解方法為步驟1初始構(gòu)建所有信道都執(zhí)行重復(fù)操作的方程組，即構(gòu)建由所有信道的正增益形式的速率匹配增益方程構(gòu)成的方程組并求解；步驟2解方程組，如果所有解出的ΔN都符合構(gòu)造方程組時對各個信道是執(zhí)行打孔比特操作，還是重復(fù)比特操作的設(shè)定，是則開始執(zhí)行步驟4；否則執(zhí)行步驟3；步驟3將對應(yīng)著最大誤碼率限制的信道設(shè)定為執(zhí)行打孔操作，根據(jù)新的設(shè)定構(gòu)建新方程組并執(zhí)行步驟2；步驟4根據(jù)WCDMA協(xié)議3GPP TS 25.2 12 V4.1.0(2001-01)中各傳輸信道速率匹配操作比特數(shù)的計算公式，由各個信道的ΔN值計算出各個信道的速率匹配參數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶碼分多址接入系統(tǒng)速率匹配參數(shù)優(yōu)化方法，其特征在于當信道質(zhì)量要求以誤塊率或誤幀率限制的形式給出時，相應(yīng)的誤碼率限制通過如下的公式計算BER=-ln(1-ERROR_Ratio)size]]>其中，BER(誤比特率，Bit Error Ratio)為待求的誤碼率限制；ERROR_Ratio為給定的誤塊率限制或誤幀率限制；Size為碼塊尺寸或者傳輸信道對應(yīng)著的一個無線幀的尺寸。
全文摘要
一種寬帶碼分多址接入系統(tǒng)速率匹配參數(shù)優(yōu)化方法，即，根據(jù)各傳輸信道的編碼后誤碼率限制，獲得最佳的各信道的速率匹配參數(shù)組合；該參數(shù)組合具體通過求解由信道的速率匹配增益方程構(gòu)成的方程組獲得。本發(fā)明的方法，可以定量地獲得傳輸信道的速率匹配因子，保證了采用此組速率匹配因子進行速率匹配時，能夠使得復(fù)合信道CCtrCH的性能同時滿足參加復(fù)用的傳輸信道不同的性能要求，而不會出現(xiàn)不均衡情況；即降低了各傳輸信道對其在空中無線傳輸時的品質(zhì)要求。本發(fā)明能夠降低信道的發(fā)射功率，實際上也就是提高了系統(tǒng)的容量。
文檔編號H04W28/22GK1492607SQ0213765
公開日2004年4月28日 申請日期2002年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月24日
發(fā)明者魯翌暉, 竇建武 申請人:深圳市中興通訊股份有限公司