一種正交頻分復(fù)用通信系統(tǒng)的雙參數(shù)自適應(yīng)調(diào)制方法
【專利摘要】該發(fā)明屬于正交頻分復(fù)用通信系統(tǒng)雙參數(shù)自適應(yīng)調(diào)制方法，包括：系統(tǒng)的總PER等參數(shù)的設(shè)置，系統(tǒng)當(dāng)前段PER和當(dāng)前總PER的接收、處理，調(diào)整OFDM系統(tǒng)的調(diào)制方式，調(diào)整段PER上、下門限，變更系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行的調(diào)制方式并將當(dāng)前段PER的上、下門限值作為下次調(diào)整的基礎(chǔ)。該發(fā)明由于采用系統(tǒng)當(dāng)前的總誤塊率和段誤塊率兩參數(shù)作為判斷的依據(jù)，浮動式的自適應(yīng)地調(diào)整段誤塊率的上、下門限，在數(shù)據(jù)傳輸過程中更適應(yīng)信道的變化情況，實(shí)時(shí)改變系統(tǒng)的調(diào)制方式，使系統(tǒng)總誤塊率滿足指標(biāo)要求，加之本調(diào)制方法不需要信噪比估計(jì)，因而具有調(diào)制方法簡單、系統(tǒng)的性能好，可在確保信息傳輸可靠性的同時(shí)進(jìn)一步提升系統(tǒng)頻譜效率，有利于工程的實(shí)際應(yīng)用等特點(diǎn)。
【專利說明】一種正交頻分復(fù)用通信系統(tǒng)的雙參數(shù)自適應(yīng)調(diào)制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及信號處理和通信【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是在正交頻分復(fù)用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)通信系統(tǒng)中采用雙參數(shù)的自適應(yīng)調(diào)制方法，該 方法可根據(jù)當(dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài)實(shí)時(shí)改變系統(tǒng)調(diào)制方式。

【背景技術(shù)】
[0002] 作為未來通信的關(guān)鍵技術(shù)，0FDM技術(shù)成為了通信研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)，將0FDM技術(shù)與 自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)相結(jié)合是這個(gè)研究領(lǐng)域的一個(gè)重要課題。在無線通信中，信道的特性是隨 時(shí)間變化的，此時(shí)如何有效地利用有限的頻帶資源是一個(gè)重要的研究方向。自適應(yīng)調(diào)制是 一種提高頻譜利用率的技術(shù)，它可根據(jù)信道特性的變化而自適應(yīng)地改變系統(tǒng)的調(diào)制參數(shù)， 以達(dá)到提高系統(tǒng)頻譜效率和最大化平均吞吐量的目的。
[0003] 傳統(tǒng)的基于固定門限的自適應(yīng)調(diào)制算法（Adaptive Modulation Techniques for Duplex OFDM Transmission[J], IEEE Trans. On Vehicular technology, vol. 49, no. 5, pp. 1893-1906, 2000)，以信道質(zhì)量一信噪比（Signal to Noise Ratio, SNR)作為判斷的依據(jù)， 一般通過設(shè)置調(diào)制方式切換所需要的SNR門限值，與估計(jì)得到的SNR相比較，進(jìn)而給出調(diào)制 方式。圖1為傳統(tǒng)的基于固定門限自適應(yīng)調(diào)制的0FDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，該系統(tǒng)中，發(fā)射機(jī)： 用戶的信息比特（1)經(jīng)QAM調(diào)制（2)得到調(diào)制信號向量，調(diào)制處理后的信號經(jīng)0FDM符號生 成（3)、D/A變換（4)、上變頻（5)等處理后進(jìn)行發(fā)射；發(fā)射后的信號經(jīng)過無線信道（6)到達(dá) 接收機(jī)；接收機(jī)：接收機(jī)將接收到的信號，經(jīng)過下變頻處理（7)、A/D變換（8)得到基帶（接 收）信號，基帶（接收）信號通過解0FDM符號處理（9)得到數(shù)據(jù)信號，數(shù)據(jù)信號經(jīng)QAM解 調(diào)（10)后還原為發(fā)射后的比特信號，該比特信號再經(jīng)過誤塊率統(tǒng)計(jì)（11)處理可以得到系 統(tǒng)的誤塊率情況；經(jīng)過步驟（9)處理得到的數(shù)據(jù)信號經(jīng)過信噪比估計(jì)（12)可以得到估計(jì)出 的信號SNR，調(diào)制方式切換門限（13)輸出SNR門限，經(jīng)（12)估計(jì)出的SNR和經(jīng)（13)得到的 SNR門限經(jīng)調(diào)制方式選擇（14)處理后得到下一次系統(tǒng)工作的調(diào)制方式，分別送至QAM調(diào)制 (2)和QAM解調(diào)（10)，完成系統(tǒng)的自適應(yīng)調(diào)制處理。
[0004] 上述基于固定門限的0FDM自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)根據(jù)信道質(zhì)量的變化，自適應(yīng)地改變 系統(tǒng)的調(diào)制方式，在滿足系統(tǒng)誤碼率指標(biāo)的約束條件下，若信道狀況較好，就選擇高階的調(diào) 制方式，若信道狀況較差，則選擇低階的調(diào)制方式，其調(diào)制方式是由估計(jì)的SNR和SNR門限 決定的，即影響調(diào)制方式選擇的主要兩個(gè)因素為：一是SNR門限的設(shè)置，二是SNR估計(jì)誤差。 其優(yōu)點(diǎn)在于當(dāng)SNR估計(jì)很準(zhǔn)確時(shí)，系統(tǒng)誤塊率和系統(tǒng)頻譜效率性能較好，但此方法存在明 顯的缺點(diǎn)：一是需要進(jìn)行SNR估計(jì)、從而增加了系統(tǒng)復(fù)雜度；二是SNR估計(jì)的誤差影響調(diào)制 方式選擇的準(zhǔn)確性；三是在變化的無線信道環(huán)境中，信道特性隨著時(shí)間而變化，在不同的信 道條件下，相同誤碼率所要求的SNR門限并不相同，難以設(shè)置理想的SNR門限；因而此類方 法存在固定調(diào)制門限的方法中SNR門限值的選擇難度大、SNR估計(jì)誤差對系統(tǒng)性能影響大、 自適應(yīng)調(diào)制方法復(fù)雜，頻譜效率低等缺陷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是針對【背景技術(shù)】存在的缺陷，研究設(shè)計(jì)一種正交頻分復(fù)用通信系 統(tǒng)的雙參數(shù)自適應(yīng)調(diào)制方法，該方法基于系統(tǒng)的段誤塊率和總誤塊率兩個(gè)誤塊率（Packet Error Rate，PER)參數(shù)完成系統(tǒng)的自適應(yīng)調(diào)制，并且采用浮動式的自適應(yīng)門限，以克服傳統(tǒng) 固定門限的方法中需信噪比估計(jì)、SNR門限的選擇困難及SNR估計(jì)誤差對系統(tǒng)性能的影響； 從而達(dá)到簡化調(diào)制方法，有效提高系統(tǒng)的性能，在確保通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸可靠性的同時(shí)進(jìn) 一步提升系統(tǒng)頻譜效率等目的。
[0006] 本發(fā)明的解決方案是在0FDM發(fā)射機(jī)和接收機(jī)工作的基本流程保持不變的條件 下，在系統(tǒng)的雙參數(shù)自適應(yīng)調(diào)制處理模塊中以系統(tǒng)的總誤塊率（長時(shí)間內(nèi)的累計(jì)誤塊率， 簡稱總PER)作為指標(biāo)，采用系統(tǒng)的段誤塊率（某一段時(shí)間內(nèi)的誤塊率，簡稱段PER，）和總 誤塊率（總PER)這兩個(gè)參數(shù)作為調(diào)整調(diào)制方式的依據(jù)，在通信過程中根據(jù)信道的變化實(shí)時(shí) 改變系統(tǒng)調(diào)制方式的自適應(yīng)調(diào)制，從而實(shí)現(xiàn)其發(fā)明的。
[0007] 現(xiàn)對本發(fā)明所述采用雙參數(shù)自適應(yīng)調(diào)制方法的原理及依據(jù)闡述如下：
[0008] 圖2為本發(fā)明基于雙參數(shù)自適應(yīng)調(diào)制的0FDM系統(tǒng)原理方框圖，誤塊率（PER)統(tǒng)計(jì) 模塊可得到系統(tǒng)當(dāng)前的段PER和總PER，輸送到雙參數(shù)自適應(yīng)調(diào)制模塊處理、其輸出的調(diào)制 方式再經(jīng)QAM調(diào)制和QAM解調(diào)處理以實(shí)時(shí)變更當(dāng)前的調(diào)制方式。
[0009] 本發(fā)明采用的調(diào)制方式包括：BPSK、〇?51(、8〇41、16〇41、32〇41、64〇41(每一種調(diào)制 方式對應(yīng)的調(diào)制級別依次為：1、2、3、4、5、6級），而各調(diào)制級別對應(yīng)的調(diào)制階數(shù)依次為2、4、 8、16、32、64，每次調(diào)整都是將調(diào)制級別降低一級或者升高一級；在一定的信噪比下，調(diào)制級 別每降低一級，信息傳輸速率將會降低、系統(tǒng)頻譜效率也會降低，但PER會下降，當(dāng)最低級 別調(diào)制方式都無法滿足系統(tǒng)可靠性的要求時(shí)，則輸出增加系統(tǒng)功率指令；而調(diào)制級別每升 高一級，信息傳輸速率將會提高、系統(tǒng)頻譜效率也會增大，但PER會提高，當(dāng)在最高級別的 調(diào)制方式下，若系統(tǒng)總PER仍很低，則輸出降低系統(tǒng)功率指令；因此本發(fā)明自適應(yīng)調(diào)制的本 質(zhì)是：當(dāng)總PER和段PER都較大時(shí)，通過降低調(diào)制級別來降低PER，但犧牲了系統(tǒng)頻譜效率； 當(dāng)總PER較小時(shí)，通過升高調(diào)制級別來提高系統(tǒng)頻譜效率；其余情況則不調(diào)整調(diào)制方式；調(diào) 整目的是使系統(tǒng)在滿足總PER指標(biāo)條件下、達(dá)到系統(tǒng)頻譜效率的最大化。
[0010] 本發(fā)明在系統(tǒng)運(yùn)行中，不僅調(diào)制級別在實(shí)時(shí)地改變，段PER的上、下門限也在自適 應(yīng)地調(diào)整。在調(diào)整段PER的上或下門限時(shí)，段PER的下門限或上門限將同步變化。該調(diào)整 的目的是：使得段PER與其上、下門限的關(guān)系盡可能和總PER與其上、下門限的關(guān)系保持一 致。
[0011] 調(diào)整段PER上、下門限的原因：因?yàn)榭侾ER是長期累計(jì)的結(jié)果，而段PER僅僅反映 當(dāng)前很短一段時(shí)間內(nèi)的誤塊率；與段PER相比，總PER表現(xiàn)出了一定的"滯后性"。本方法 采用浮動式的自適應(yīng)調(diào)整段PER的上、下門限，使其更合理地適應(yīng)信道的變化情況，確保總 PER能滿足系統(tǒng)可靠性的要求。
[0012] 附圖3即為本發(fā)明正交頻分復(fù)用通信系統(tǒng)的雙參數(shù)自適應(yīng)調(diào)制方法的流程方框 圖。
[0013] 因而本發(fā)明方法包括：
[0014] 步驟A.參數(shù)的設(shè)置：根據(jù)系統(tǒng)的可靠性要求，設(shè)定系統(tǒng)的總PER指標(biāo)，并設(shè)定總 PER上、下門限值，段PER上、下門限初值和門限調(diào)整步長值；
[0015] 步驟B.系統(tǒng)當(dāng)前段PER和當(dāng)前總PER的接收、處理：接收通信系統(tǒng)誤塊率統(tǒng)計(jì)模 塊送來的系統(tǒng)當(dāng)前段PER和總PER，并同時(shí)分別轉(zhuǎn)步驟C和步驟D ;
[0016] 步驟C.調(diào)整0FDM系統(tǒng)的調(diào)制方式：根據(jù)步驟B所得的系統(tǒng)當(dāng)前段PER和總PER， 調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行的調(diào)制方式，即：
[0017] 步驟Q.如果當(dāng)前總PER大于等于系統(tǒng)所設(shè)總PER的上門限，且當(dāng)前段PER也大于 等于段PER上門限時(shí)，若當(dāng)前調(diào)制方式不是最低級別則將調(diào)制級別降低一級后，轉(zhuǎn)步驟E ; 若當(dāng)前調(diào)制方式是最低級別則輸出增加系統(tǒng)功率指令后，轉(zhuǎn)步驟E ;
[0018] 步驟C2.如果當(dāng)前總PER小于系統(tǒng)所設(shè)總PER下門限時(shí)，若當(dāng)前調(diào)制方式不是最 高級別則將調(diào)制級別增加一級后，轉(zhuǎn)步驟E ;若當(dāng)前調(diào)制方式是最高級別時(shí)，則輸出降低系 統(tǒng)功率指令后，轉(zhuǎn)步驟E ;
[0019] 步驟D.調(diào)整段PER上、下門限：根據(jù)步驟B所得系統(tǒng)當(dāng)前段PER和總PER，自適應(yīng) 調(diào)整段PER上門限，此時(shí)段TOR的下門限隨之同步調(diào)整，使段PER與其上、下門限的關(guān)系同 當(dāng)前總PER與其上、下門限關(guān)系一致，其調(diào)整方式如下：
[0020] 步驟Di.如果當(dāng)前總PER大于等于系統(tǒng)所設(shè)總PER上門限、而當(dāng)前段PER小于本 身的上門限時(shí)，則降低段PER的上門限后，轉(zhuǎn)步驟E;段PER上、下門限的調(diào)整方式通過下式 調(diào)整：

【權(quán)利要求】
1. 一種正交頻分復(fù)用通信系統(tǒng)的雙參數(shù)自適應(yīng)調(diào)制方法，包括： 步驟A.參數(shù)的設(shè)置：根據(jù)系統(tǒng)的可靠性要求，設(shè)定系統(tǒng)的總PER指標(biāo)，并設(shè)定總PER 上、下門限值，段PER上、下門限初值和門限調(diào)整步長值； 步驟B.系統(tǒng)當(dāng)前段PER和當(dāng)前總PER的接收、處理：接收通信系統(tǒng)誤塊率統(tǒng)計(jì)模塊送 來的系統(tǒng)當(dāng)前段PER和總PER，并同時(shí)分別轉(zhuǎn)步驟C和步驟D ; 步驟C.調(diào)整OFDM系統(tǒng)的調(diào)制方式：根據(jù)步驟B所得的系統(tǒng)當(dāng)前段PER和總PER，調(diào)整 系統(tǒng)運(yùn)行的調(diào)制方式，即： 步驟q.如果當(dāng)前總PER大于等于系統(tǒng)所設(shè)總PER的上門限，且當(dāng)前段PER也大于等 于段PER上門限時(shí)，若當(dāng)前調(diào)制方式不是最低級別則將調(diào)制級別降低一級后，轉(zhuǎn)步驟E;若 當(dāng)前調(diào)制方式是最低級別則輸出增加系統(tǒng)功率指令后，轉(zhuǎn)步驟E ; 步驟C2.如果當(dāng)前總PER小于系統(tǒng)所設(shè)總PER下門限時(shí)，若當(dāng)前調(diào)制方式不是最高級 別則將調(diào)制級別增加一級后，轉(zhuǎn)步驟E ;若當(dāng)前調(diào)制方式是最高級別時(shí)，則輸出降低系統(tǒng)功 率指令后，轉(zhuǎn)步驟E ; 步驟D.調(diào)整段PER上、下門限：根據(jù)步驟B所得系統(tǒng)當(dāng)前段PER和總PER，自適應(yīng)調(diào)整 段PER上門限，此時(shí)段PER的下門限隨之同步調(diào)整，使段PER與其上、下門限的關(guān)系同當(dāng)前 總PER與其上、下門限關(guān)系一致，其調(diào)整方式如下： 步驟Di.如果當(dāng)前總PER大于等于系統(tǒng)所設(shè)總PER上門限、而當(dāng)前段PER小于本身的上 門限時(shí)，則降低段PER的上門限后，轉(zhuǎn)步驟E;段PER上、下門限的調(diào)整方式通過下式調(diào)整：
其中，PERpm seg up為之前的段PER上門限，PEReur seg up為當(dāng)前調(diào)整后的段PER上門限，類 似地，PERpre seg lOT為之前的段PER下門限，PERem seg lOT為當(dāng)前調(diào)整后的段PER下門限，St印 為門限調(diào)整步長，〇 < St印< 1 步驟D2.如果當(dāng)前總PER小于系統(tǒng)所設(shè)總PER下門限，而當(dāng)前段PER大于本身的下門 限時(shí)，則提高段PER下門限后，轉(zhuǎn)步驟E ; 步驟D3.如果當(dāng)前總PER在所設(shè)總PER的上、下門限之間，而當(dāng)前段PER大于本身的上 門限或小于其下門限時(shí)，則相應(yīng)提高段PER上門限或降低段PER的下門限后，轉(zhuǎn)步驟E ; 步驟E.變更系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行的調(diào)制方式：將步驟C所確定的調(diào)制方式，送至系統(tǒng)QAM調(diào) 制和QAM解調(diào)模塊、以替換系統(tǒng)當(dāng)前的調(diào)制方式；同時(shí)將步驟D所得當(dāng)前段PER的上、下門 限值返回步驟A以替換段PER的上、下門限初值，作為下次調(diào)整的基礎(chǔ)。
2.按權(quán)利要求1所述正交頻分復(fù)用通信系統(tǒng)的雙參數(shù)自適應(yīng)調(diào)制方法，其特征在于在 步驟A中所述設(shè)定系統(tǒng)的總PER指標(biāo)，系統(tǒng)的總PER指標(biāo)為} 0. 2。
【文檔編號】H04L27/26GK104092639SQ201410263702
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月13日
【發(fā)明者】程郁凡, 莊倩倩, 張?zhí)煊? 申請人:電子科技大學(xué)