通信的限制）"，IEEE通信學(xué)報(bào)， 第57卷，No. 12,第3629-3639頁(yè)，2009年12月一文中被公開(kāi)，其中ADC的量化被結(jié)合到 調(diào)制和量化器最優(yōu)化的研究中。這篇文章作為整體通過(guò)引用并入本公開(kāi)。然而，該文章中 的方法受限于理想化的加性白高斯信道的設(shè)定（沒(méi)有信道彌散channeldispersion，以及 完美的時(shí)間/頻率/相位同步）。實(shí)踐中，所發(fā)送的信號(hào)還經(jīng)受一些失真。這就需要開(kāi)發(fā)如 此所公開(kāi)的用于調(diào)制和量化器選擇的新方法。本公開(kāi)公開(kāi)了在ADC受限的通信系統(tǒng)中促成 高數(shù)據(jù)速率傳輸?shù)娜舾尚路f的方法。具體地，這些方法被公開(kāi)以用于在實(shí)際通信場(chǎng)景中對(duì) 傳輸調(diào)制和ADC量化器的最優(yōu)化選擇和反饋。
[0053] 圖5示出根據(jù)本公開(kāi)的包括ADC量化器的信道模型。圖5中所示的信道模型500 的實(shí)施例僅僅是用于說(shuō)明的。其他實(shí)施例可以被使用而不脫離此公開(kāi)的范圍。
[0054] 為了說(shuō)明在此公開(kāi)的方法，根據(jù)等式1提供下面的示例性通信信道模型：
[0055] y(t) =h(t)x(t)+n(t) (1)
[0056] 其中t為時(shí)間索引，x(t)是復(fù)基帶發(fā)送符號(hào)、y(t)是復(fù)基帶接收符號(hào)，并且n(t) 是加性復(fù)高斯噪聲。信道系數(shù)h(t)是未知的復(fù)高斯隨機(jī)變量，例如，其模仿其中所接收的 信息經(jīng)受衰落的典型的無(wú)線通信環(huán)境。
[0057] 對(duì)于其中ADC不是瓶頸的系統(tǒng)，先前的模型被用于系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。然而，對(duì)于 ADC受限的系統(tǒng)，ADC也可以被并入作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一部分。這是利用下面的復(fù)基帶信道模 型工作來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如等式2中所示的：
[0058] z(t) =Qt(y(t)) =Qt(h(t)x(t)+n(t)) (2)
[0059] 其中Qt表示在時(shí)間t處的ADC量化操作。
[0060] 該量化操作將模擬接收信號(hào)y(t) 505轉(zhuǎn)換為數(shù)字化樣本。對(duì)于L-倉(cāng)（L-bin)量 化，量化器輸出是L個(gè)索引，諸如，z(t)e{1，2，...，L}中的一個(gè)。注意到y(tǒng)(t)505是復(fù)基 帶信號(hào)，因此Qt表示對(duì)復(fù)符號(hào)的量化操作。實(shí)踐中，這能夠通過(guò)對(duì)實(shí)部和虛部應(yīng)用單獨(dú)的 量化（即，對(duì)y(t)的同相（I)分量和正交相位（Q)分量的單獨(dú)量化），或者以其他方式來(lái)實(shí) 施。
[0061] 對(duì)于L-倉(cāng)量化，量化器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)個(gè)可能輸出值中的一個(gè)。指定量化器 510因而等同于指定：將進(jìn)入的符號(hào)空間劃分到L個(gè)區(qū)域。在此，對(duì)于y (t) 505為復(fù)值的模 擬信號(hào)的情況，L-倉(cāng)量化器將被表示為C的所有復(fù)值的數(shù)的空間劃分為L(zhǎng)個(gè)區(qū)域，因此指 定量化器等同于指定將C劃分為L(zhǎng)個(gè)區(qū)域。作為示例，考考L= 16,其可通過(guò)對(duì)I和Q信道 的樣本使用4-倉(cāng)（即，2比特ADC)的量化來(lái)實(shí)現(xiàn)。2比特ADC是由三個(gè)閾值的集合來(lái)指定 的，因此在此情況下，量化器由每個(gè)都用于I和Q信道的、三個(gè)閾值來(lái)指定。
[0062] 在緩慢變化的信道的典型場(chǎng)景的情況下，例如在室內(nèi)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中遇到的信道515， 該信道在某一持續(xù)時(shí)間（被叫做信道相干時(shí)間）期間可以接近于恒定的。為了說(shuō)明在此公 開(kāi)的方法，我們暫時(shí)丟棄時(shí)間索引t，并編寫(xiě)如等式3中的信道模型：
[0063] z=Q(y) =Q(hx+n) (3)
[0064] 通過(guò)這個(gè)信道模型500可以達(dá)到的傳輸速率由香農(nóng)容量的信息理論概念給出，其 被定義為信道輸入X520和信道輸出z525之間的互信息的最大值，該最大化是在信道輸 入X520的概率測(cè)度（measure)(概率分布或輸入分布）上執(zhí)行的。請(qǐng)注意，在ADC量化器 510被并入作為這個(gè)信道500的一部分的情況下，量化器的不同選擇導(dǎo)致了不同的信道模 型，因此容量也是量化器選擇的函數(shù)。為了最優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾?，因而期望的是，挑選得 到最大信道容量的量化器。
[0065] 設(shè)輸入-輸出互信息被表示為I(X;z)，其是被表示為F的信道輸入的概率測(cè)度的 函數(shù)。為了最優(yōu)化信道數(shù)據(jù)速率，下面的容量根據(jù)等式4來(lái)計(jì)算：
[0066] C=maxQmaxFI(x；z) (4)
[0067] 先前的最優(yōu)化包括通過(guò)輸入分布F和ADC量化器Q二者來(lái)最大化信道互信息。通 常，輸入分布（即輸入概率測(cè)度）被約束為滿(mǎn)足某些時(shí)刻的限制，如第二時(shí)刻，或平均功率。
[0068] 請(qǐng)注意，互信息I(X;z)依賴(lài)于信道系數(shù)h，因此不同的最優(yōu)化針對(duì)不同的信道實(shí) 現(xiàn)來(lái)執(zhí)行。此外，注意到，一旦執(zhí)行最優(yōu)化（通過(guò)發(fā)送器或接收器），發(fā)送器和接收器二者都 應(yīng)知道最優(yōu)化的方案。發(fā)送器基于最優(yōu)化的輸入概率測(cè)度來(lái)挑選調(diào)制符號(hào)，同時(shí)接收器使 用關(guān)于輸入概率測(cè)度和ADC量化器的知識(shí)來(lái)執(zhí)行可靠的檢測(cè)和解碼。
[0069] 圖6示出根據(jù)本公開(kāi)的、在ADC受限的收發(fā)器中促成提高的數(shù)據(jù)速率的流程圖 600。當(dāng)信令流描述一系列的順序信號(hào)時(shí)，除非明確說(shuō)明，否則不應(yīng)推斷得出：關(guān)于執(zhí)行的特 定次序的序列、信號(hào)或其部分是串行執(zhí)行而不是并發(fā)地或以重疊的方式執(zhí)行、或者所描述 的信號(hào)是排他地、在不存在居間或中間信號(hào)的情況下執(zhí)行的。該所描述的示例中描述的過(guò) 程由例如在移動(dòng)站或基站中的發(fā)送器鏈來(lái)實(shí)施。
[0070] 最優(yōu)化輸入分布和ADC量化器從而提升鏈路性能的過(guò)程可以是如下的過(guò)程。發(fā)送 器在步驟610中傳送導(dǎo)頻或參考符號(hào)的訓(xùn)練序列，并且在步驟615中，導(dǎo)頻/參考符號(hào)的訓(xùn) 練序列被接收器用于估計(jì)信道系數(shù)h?；谠摴烙?jì)，在步驟620中，接收器最優(yōu)化成對(duì)的輸 入分布和ADC量化器的選擇。在一些實(shí)施例中，輸入分布的選擇可以是，例如，QPSK、16QAM 或64QAM的星座，并且ADC量化器的選擇可以是例如4-倉(cāng)、8-倉(cāng)和16-倉(cāng)分辨率之一。
[0071] 在步驟625中，輸入分布，以及可能的話ADC量化器，的最優(yōu)化的選擇，被反饋給發(fā) 送器。在步驟630中，發(fā)送器使用適當(dāng)?shù)妮斎敕植迹ê芸赡苁怯山邮掌髦甘镜妮斎敕植迹?來(lái)傳送數(shù)據(jù)符號(hào)（同時(shí)可能執(zhí)行信道編碼），同時(shí)也顯式地指示將被接收器使用的輸入分 布以及可能的話ADC量化器。在步驟635中，接收器基于發(fā)送器所指示的輸入分布以及可 能的話（andpossibly)ADC量化器的選擇來(lái)解碼和解調(diào)接收到的數(shù)據(jù)符號(hào)。
[0072] 在一些實(shí)施例中，發(fā)送器可以被綁定為使用由接收器所建議的輸入分布。在這些 實(shí)施例中，接收器無(wú)需指示ADC量化器選擇，并且發(fā)送器無(wú)需指示所使用的星座以及所假 設(shè)的接收器的ADC量化器。
[0073] 在一些實(shí)施例中，發(fā)送器沒(méi)有被綁定為使用由接收器所建議的星座。在這些實(shí)施 例中，優(yōu)選的是，接收器指示最優(yōu)的ADC量化器選擇以及星座選擇。發(fā)送器選擇要使用的星 座和ADC量化器的適合的對(duì)子，并且向接收器指示這個(gè)星座和所假設(shè)的接收器的ADC量化 器的對(duì)子。
[0074] 在其中發(fā)送器能夠獲得信道估計(jì)的另一應(yīng)用場(chǎng)景中，諸如TDD系統(tǒng)或WiFi系統(tǒng)， 發(fā)送器執(zhí)行輸入分布和ADC量化器的最優(yōu)化。在這種系統(tǒng)中，發(fā)送器基于由接收器，例如在 蜂窩通信系統(tǒng)的上行鏈路中，能夠時(shí)而傳送的導(dǎo)頻或其他符號(hào)，而掌握了信道估計(jì)。
[0075] 圖7示出根據(jù)本公開(kāi)的、用于在發(fā)送器掌握信道估計(jì)的那些系統(tǒng)中促成提高的數(shù) 據(jù)速率的流程圖700。當(dāng)信令流描述一系列的順序信號(hào)時(shí)，除非明確說(shuō)明，不應(yīng)推斷得出： 關(guān)于執(zhí)行的特定次序的序列、信號(hào)或其部分是串行執(zhí)行而不是并發(fā)地或以重疊的方式執(zhí) 行、或者所描述的信號(hào)是排他地、在不存在居間或中間信號(hào)的情況下執(zhí)行的。該所描述的實(shí) 例中描述的過(guò)程由例如在移動(dòng)站或基站中的發(fā)送器鏈來(lái)實(shí)施。
[0076] 在實(shí)施例中，發(fā)送器在以下過(guò)程中最優(yōu)化輸入概率分布和ADC量化器。在步驟710 中，發(fā)送器通過(guò)使用從接收器發(fā)送的導(dǎo)頻和/或參考符號(hào)來(lái)估計(jì)發(fā)送器和接收器之間的通 信信道系數(shù)h。
[0077] 基于該估計(jì)，在步驟715中，發(fā)送器最優(yōu)化輸入概率分布和ADC量化器的選擇。在 步驟720中，輸入分布和ADC量化器的最優(yōu)化的選擇被傳達(dá)給接收器。
[0078] 在步驟725中，發(fā)送器使用適當(dāng)?shù)妮斎敕植迹ê芸赡苁窃谥安襟E中獲得的優(yōu)選 的輸入分布）來(lái)傳送數(shù)據(jù)符號(hào)（同時(shí)可能執(zhí)行信道編碼），同時(shí)也顯式地指示該輸入分布 和將被接收器使用的ADC量化器。在步驟730中，接收器基于發(fā)送器所指示的輸入分布和 ADC量化器來(lái)解碼和解調(diào)接收到的數(shù)據(jù)符號(hào)。
[0079] 圖8示出結(jié)合本公開(kāi)的、用于具有受限的反饋設(shè)置的輸入分布和ADC量化器的最 優(yōu)化的流程圖800。當(dāng)信令流描述一系列的順序信號(hào)時(shí)，除非明確說(shuō)明，不應(yīng)推斷得出：關(guān) 于執(zhí)行的特定次序的序列、信號(hào)或其部分是串行執(zhí)行而不是并發(fā)地或以重疊的方式執(zhí)行、 或者所描述的信號(hào)是排他地、在不存在居間或中間信號(hào)的情況下執(zhí)行的。該所描述的實(shí)例 中描述的過(guò)程通過(guò)例如在移動(dòng)站或基站中的發(fā)送器鏈來(lái)實(shí)施。
[0080] 可以以各種方式來(lái)執(zhí)行從接收器到發(fā)送器的、最優(yōu)的輸入分布以及可能的話ADC 量化器的選擇的反饋。在一些實(shí)施例中，發(fā)送器和接收器在存儲(chǔ)器中維護(hù)可能的輸入分布 的先驗(yàn)指定的碼本（priorispecifiedcodebook)，S卩，所有可能的輸入分布的集合，以及 可能的話，可能的ADC量化器的碼本，例如所有可能的量化器選擇的集合。取代使用單獨(dú)的 與輸入分布和ADC量化器相對(duì)應(yīng)的碼本，還可以使用聯(lián)合的碼本，其具有指定輸入分布和 ADC量化器的組合的特定條目（以及相應(yīng)的索引）。
[0081 ] 基于通過(guò)步驟810和815獲得的信道估計(jì)，在步驟820中，接收器從所述碼本中計(jì) 算所有可能的輸入分布和ADC量化器的輸入-輸出互信息。
[0082] 在步驟825中，接收器挑選最優(yōu)的輸入分布和量化器的對(duì)子，以作為產(chǎn)生最大互 信息的一對(duì)。例如，對(duì)于給定的輸入分布和ADC量化器的碼本，接收器能夠計(jì)算出所有可能 的輸入分布