專利名稱：用于OFDM中的子帶自適應(yīng)Turbo編碼調(diào)制的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及正交頻分復(fù)用(OFDM)中的自適應(yīng)編碼調(diào)制技術(shù)。
背景技術(shù)：
OFDM技術(shù)是目前解決高速無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹髁骷夹g(shù)。OFDM技術(shù)的原理是將要傳輸?shù)母咚贁?shù)據(jù)用許多個(gè)正交的子載波來傳輸，每個(gè)子載波上的數(shù)據(jù)速率相對(duì)較低。與通常的頻分復(fù)用系統(tǒng)相比，OFDM中子載波的正交交迭使得系統(tǒng)有更高的頻譜利用率。OFDM中將整個(gè)信號(hào)帶寬劃分為多個(gè)很窄的子載波頻帶，由于每個(gè)子載波帶寬小于信道的相干帶寬，從而是平坦衰落。這樣，與單載波系統(tǒng)相比，OFDM中的均衡要容易實(shí)現(xiàn)的多。目前，OFDM技術(shù)已成功應(yīng)用于非對(duì)稱用戶數(shù)據(jù)環(huán)路(ADSL)、數(shù)字視頻廣播(DVB)以及無線異步傳輸模式(WATM)系統(tǒng)之中。
為了提高無線系統(tǒng)的頻譜利用率，衰落信道的高速無線數(shù)據(jù)傳輸要求采用自適應(yīng)、高頻譜利用率的傳輸技術(shù)。
Turbo編碼調(diào)制是一種高頻譜利用率的編碼調(diào)制技術(shù)。1993年Berrou等人提出的Turbo碼由于其獨(dú)特的編碼結(jié)構(gòu)和迭代譯碼的思想，使得其具有了接近香農(nóng)容量理論值的性能。一定的編碼結(jié)構(gòu)和譯碼迭代次數(shù)下，在白高斯噪聲(AWGN)信道下與信道容量極限的差距可小于1dB。之后，又有多人先后提出了幾種二進(jìn)制Turbo碼與高進(jìn)制調(diào)制相結(jié)合的方法，稱為Turbo編碼調(diào)制，用于有效提高系統(tǒng)的頻譜利用率。1994年，S.L.Goff等人首先提出了二進(jìn)制Turbo碼級(jí)聯(lián)格雷映射多進(jìn)制調(diào)制的方法。接著，Wachsmann又提出了一種將Turbo碼作為多級(jí)編碼(MLC)分量碼的方法。S.Benedetto提出了并行級(jí)聯(lián)網(wǎng)格編碼調(diào)制(PCTCM)的結(jié)構(gòu)，P.Robertson提出了一種采用Ungerboeck網(wǎng)格碼作為Turbo碼分量碼以及符號(hào)交織的方法。
在衰落信道中，與固定編碼調(diào)制相比，自適應(yīng)調(diào)制與編碼(AMC)技術(shù)可以有效的提高系統(tǒng)的吞吐和誤碼率(BER)性能。這里所謂的吞吐指的就是系統(tǒng)的頻譜利用率，也就是單位頻譜帶寬在單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘?。AMC技術(shù)的基本思路是根據(jù)當(dāng)前的信道特性自適應(yīng)的變化發(fā)送功率、符號(hào)傳輸速率、星座大小、編碼效率和編碼機(jī)制中的一種或者多種。在不犧牲BER的前提下，在信道條件好時(shí)多傳一些信息，提高頻譜利用率，在信道條件差時(shí)降低吞吐量來保證一定的BER要求。
近年來，人們對(duì)AMC技術(shù)與OFDM的結(jié)合進(jìn)行了研究。對(duì)OFDM中逐個(gè)子載波進(jìn)行變功率自適應(yīng)調(diào)制，根據(jù)每個(gè)子載波上信道特性的不同為其分配不同的發(fā)送功率和調(diào)制方式。與固定調(diào)制相比，在相同的吞吐性能下可以獲得相當(dāng)大的信噪比(SNR)增益。接著，如果引入了自適應(yīng)網(wǎng)格編碼調(diào)制(ATCM)，還可以進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的頻譜利用率。但是，它們都假設(shè)發(fā)端完全知道每個(gè)子載波的信道特性，而在實(shí)際的閉環(huán)自適應(yīng)中，發(fā)端的自適應(yīng)信息來自于收端的反饋，因此逐子載波自適應(yīng)在實(shí)際系統(tǒng)中需要很大的反饋信息。為了減少系統(tǒng)的反饋開銷，Hanzo提出了一種基于固定門限的子帶自適應(yīng)調(diào)制方法。其中將OFDM中所有子載波劃分為若干子帶，頻域上相鄰若干子載波稱為一個(gè)子帶。在自適應(yīng)中，根據(jù)每個(gè)子帶內(nèi)子載波的最低SNR與各種調(diào)制方式下的SNR門限相比較，對(duì)每個(gè)子帶選取同一種調(diào)制方式。這樣，由于同一個(gè)子帶采用相同的調(diào)制方式，從而可以大大降低收端向發(fā)端的反饋信息量。
但是，Hanzo的子帶自適應(yīng)中僅僅考慮了自適應(yīng)調(diào)制，而沒有給出如何將子帶自適應(yīng)調(diào)制與自適應(yīng)編碼相結(jié)合的有效方法。而我們知道，如果在自適應(yīng)調(diào)制中引入編碼，尤其是進(jìn)行Turbo編碼調(diào)制的話，可以大大的提高系統(tǒng)的吞吐和BER性能。還有一點(diǎn)，在Hanzo的基于固定門限的子帶自適應(yīng)調(diào)制中，反饋開銷的減少是以吞吐性能的犧牲為代價(jià)的。系統(tǒng)的吞吐性能對(duì)子帶的選取數(shù)目很敏感，如果進(jìn)一步減少開銷，降低子帶數(shù)目的話，吞吐性能的損失將會(huì)很大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供了一種用于OFDM中的子帶自適應(yīng)Turbo編碼調(diào)制的方法，其目標(biāo)是在恒定功率和目標(biāo)BER限制下，優(yōu)化系統(tǒng)吞吐。本發(fā)明中在子帶自適應(yīng)中引入Turbo編碼調(diào)制，用于進(jìn)一步提高系統(tǒng)的頻譜利用率。同時(shí)，為了滿足目標(biāo)BER的限制條件，給出了基于容量估計(jì)的自適應(yīng)算法。我們提出的基于恒定功率的子帶自適應(yīng)編碼調(diào)制具有高頻譜利用率和低反饋的特點(diǎn)。而且，該方法下的吞吐性能對(duì)于OFDM中子帶個(gè)數(shù)的選取不敏感，因此該方法還可以用于整個(gè)OFDM符號(hào)的自適應(yīng)，也就是子帶個(gè)數(shù)為1的情況，從而可以進(jìn)一步降低系統(tǒng)反饋。
本發(fā)明的主要思路是1)從自適應(yīng)結(jié)構(gòu)上來說，對(duì)時(shí)域上相鄰OFDM符號(hào)中的同一子帶進(jìn)行聯(lián)合編碼。由于Turbo編碼調(diào)制中，要獲得優(yōu)異的性能需要較長的編碼塊，而單純一個(gè)OFDM符號(hào)內(nèi)每個(gè)子帶內(nèi)的子載波數(shù)目有限。而且時(shí)域相鄰OFDM符號(hào)信道特性也有一定的相關(guān)性，因此在自適應(yīng)Turbo編碼調(diào)制中，為了增加Turbo編碼塊的長度，我們對(duì)相鄰若干OFDM符號(hào)中頻域上同一子帶內(nèi)的子載波進(jìn)行聯(lián)合的編碼調(diào)制。也就是說，一個(gè)自適應(yīng)編碼塊包括時(shí)域上M個(gè)相鄰OFDM符號(hào)中的N·M個(gè)相鄰子載波，參見圖1；2)采用基于子帶容量估計(jì)的自適應(yīng)算法。恒定發(fā)送功率下的子帶自適應(yīng)問題，歸結(jié)為就是每個(gè)子帶內(nèi)編碼調(diào)制參數(shù)選取的問題。本專利申請(qǐng)中，我們進(jìn)行子帶自適應(yīng)的目標(biāo)是在恒定發(fā)送功率以及目標(biāo)BER限制下獲得盡可能高的吞吐能力。自適應(yīng)算法的目標(biāo)，就是根據(jù)每個(gè)子帶內(nèi)的信道特性，為每個(gè)子帶選取滿足目標(biāo)BER且吞吐性能盡可能高的Turbo編碼調(diào)制參數(shù)。對(duì)于Turbo編碼調(diào)制來說，我們難以像Hanzo提出的自適應(yīng)調(diào)制一樣，根據(jù)各個(gè)子載波上的瞬時(shí)SNR，利用顯式直接計(jì)算出各自瞬時(shí)BER，從而得到自適應(yīng)后的平均BER性能。信道色散下的Turbo編碼調(diào)制的誤碼性能目前還很難由顯式給出。但是，基于Turbo編碼調(diào)制在子載波之間很強(qiáng)的分集能力，同時(shí)由于在每個(gè)編碼塊內(nèi)信道特性具有很強(qiáng)的相關(guān)性，我們提出了的基于子帶容量估計(jì)的自適應(yīng)算法。其思路是，利用容量公式計(jì)算每個(gè)子帶內(nèi)的信道容量。由于用容量公式計(jì)算出來的是理想的編碼調(diào)制下的吞吐性能，而考慮到實(shí)際的編碼調(diào)制無法達(dá)到理想容量的性能，再根據(jù)實(shí)際Turbo編碼調(diào)制的性能對(duì)計(jì)算所得的信道容量做一個(gè)回退。為了達(dá)到目標(biāo)BER的要求且能獲得盡可能高的系統(tǒng)吞吐，我們選取吞吐能力不高于所估計(jì)的子帶信道容量且吞吐能力盡可能高的Turbo編碼調(diào)制參數(shù)作為當(dāng)前子帶的參數(shù)。
本發(fā)明的特征在于1)在恒定子載波發(fā)射功率和目標(biāo)誤碼率BER的限制下，對(duì)相鄰若干個(gè)OFDM符號(hào)中頻域上同一子帶內(nèi)的子載波進(jìn)行聯(lián)合的編碼調(diào)制，即它使一個(gè)自適應(yīng)編碼塊包括時(shí)域上M個(gè)相鄰OFDM符號(hào)中的N·M個(gè)相鄰子載波，N為頻域上一個(gè)子帶內(nèi)子載波個(gè)數(shù)，以獲得較長的編碼塊，以滿足高性能Turbo編碼調(diào)制的需要；同時(shí)它又基于容量估計(jì)的準(zhǔn)則來選取不同子帶內(nèi)的編碼調(diào)制參數(shù)，即利用帶限AWGN信道下的離散輸入連續(xù)輸出的信道容量公式對(duì)當(dāng)前子帶采用各種編碼調(diào)制參數(shù)下的傳輸能力進(jìn)行估計(jì)，以便選取具有最大吞吐性能，且又小于該子帶估計(jì)出來的吞吐能力的編碼調(diào)制參數(shù)作為該子帶的編碼調(diào)制參數(shù)。
2)在對(duì)所選的子帶傳輸能力作估計(jì)時(shí)所用的每個(gè)子載波的信噪比SNR這個(gè)參數(shù)，需要對(duì)實(shí)際各子載波的接收SNR進(jìn)行一個(gè)回退，其回退數(shù)值要根據(jù)AWGN中仿真所得的目標(biāo)誤碼率下各種Turbo編碼調(diào)制的SNR門限性能與離散輸入連續(xù)輸出的信道容量下的SNR之差而確定。它依次含有以下步驟(1)首先選取幾種具有不同吞吐能力的Turbo編碼調(diào)制參數(shù)，作為每個(gè)子帶選取參數(shù)的范圍a.不傳；b.1/2 Turbo碼BPSK，吞吐能力為0.5bits/s/Hz；c.1/2 Turbo碼QPSK，吞吐能力為1bits/s/Hz；d.3/4 Turbo碼QPSK，吞吐能力為1.5bits/s/Hz；e.2/3 Turbo碼8PSK，吞吐能力為2bits/s/Hz；f.3/4 Turbo碼16QAM，吞吐能力為3bits/s/Hz；g.2/3 Turbo碼64QAM，吞吐能力為4bits/s/Hz；分別依次表示成Mm，m∈(0，1，2，3，4，5，6)；吞吐能力分別依次表示成Rm，m∈(0，1，2，3，4，5，6)；(2)估計(jì)各種Turbo編碼調(diào)制參數(shù)Mm在AWGN下逼近信道容量的能力，即實(shí)際編碼調(diào)制與理想編碼調(diào)制相比的SNR性能損失Gm；(2.1)通過仿真計(jì)算各種Turbo編碼調(diào)制參數(shù)Mm在AWGN下達(dá)到目標(biāo)BER所需的SNR門限G1m，m∈(0，1，2，3，4，5，6)；(2.2)根據(jù)下述現(xiàn)有的AWGN下的離散輸入連續(xù)輸出的信道容量公式
C*(SNR,N)=log2(N)-1NΣk=0N-1E{log2Σi=0N-1exp[-|ak+w-ai|2-|w|22σ2]}···(1)]]>其中{a0...aN-1}是信道的N個(gè)離散輸入亦即調(diào)制級(jí)數(shù)；E是對(duì)復(fù)高斯噪聲w的期望；2σ2為w的方差；計(jì)算參數(shù)Mm達(dá)到各自吞吐Rm所需的SNR門限G2m，m∈(0，1，2，3，4，5，6)。由于由上面容量公式(1)無法直接得到求SNR門限的表達(dá)式，實(shí)際中可以通過先畫出容量公式(1)的曲線，然后再通過曲線觀察要達(dá)到一定容量所需的最小SNR門限，即G2m(2.3)Gm＝G1m-G2m；G1m實(shí)際值，G2m理想值；(3)估計(jì)每個(gè)子帶的實(shí)際傳輸能力，即目標(biāo)BER下最大允許的吞吐；當(dāng)前每個(gè)子帶采用編碼調(diào)制Mm下的實(shí)際傳輸能力的估計(jì)值Cm，為Cm=1NcΣn=1NCC*(γn-Gm(dB),Dm)···(2)]]>其中，Nc為子帶內(nèi)子載波總數(shù)；Dm為Mm中調(diào)制星座的大小，Dm＝{0，1，2，2，3，4，6}；γn為子帶內(nèi)子載波n的接收SNR；(4)選取Rm不高于Cm，且吞吐量最大的Turbo編碼調(diào)制Mm*作為該子帶的編碼調(diào)制參數(shù)m*=max{argm[Rm-Cm≤0]}···(3)]]>子帶自適應(yīng)與子載波自適應(yīng)相比，可以降低系統(tǒng)的反饋開銷，以及自適應(yīng)復(fù)雜度。本專利申請(qǐng)?jiān)诂F(xiàn)有的子帶自適應(yīng)調(diào)制中引入Turbo編碼調(diào)制技術(shù)，用于進(jìn)一步提高系統(tǒng)的頻譜利用率。同現(xiàn)有的子帶自適應(yīng)思路一樣，子帶自適應(yīng)Turbo編碼調(diào)制亦是根據(jù)當(dāng)前信道特性，在信道條件好的子帶采用高吞吐的Turbo編碼調(diào)制參數(shù)，以提高系統(tǒng)總吞吐，在信道條件差的子帶采用低吞吐的Turbo編碼調(diào)制參數(shù)，保證系統(tǒng)BER要求。


圖1自適應(yīng)編碼塊示意圖。
圖2各種調(diào)制級(jí)數(shù)下的容量曲線。
圖3本發(fā)明使用的通用Turbo編碼調(diào)制結(jié)構(gòu)。
圖4本方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
具體說來，該自適應(yīng)算法包括以下幾個(gè)步驟，見圖41)選取幾種具有不同吞吐能力的Turbo編碼調(diào)制參數(shù)，作為每個(gè)子帶選取參數(shù)的范圍。比如我們可以選取以下七種Turbo編碼調(diào)制參數(shù)，它們是“不傳”、1/2 Turbo碼BPSK、1/2 Turbo碼QPSK、3/4 Turbo碼QPSK、2/3 Turbo碼8PSK、3/4 Turbo碼16QAM、以及2/3 Turbo碼64QAM，分別表示成Mm，m∈(0，1，2，3，4，5，6)，其對(duì)應(yīng)吞吐分別為0、0.5、1、1.5、2、3、和4bits/s/Hz，分別表示成Rm，m∈(0，1，2，3，4，5，6)。以下的步驟都假設(shè)基于這些參數(shù)進(jìn)行。
2)估計(jì)各種Turbo編碼調(diào)制參數(shù)在AWGN下逼近信道容量的能力。我們首先得到各種Turbo編碼調(diào)制參數(shù)在AWGN下，達(dá)到目標(biāo)BER所需的最低SNR，即SNR門限，表示成G1m，m∈(0，1，2，3，4，5，6)。AWGN下Turbo編碼調(diào)制的性能可以通過其性能界獲得，亦可以通過仿真獲得。然后計(jì)算從容量的角度，采用理想編碼調(diào)制獲得相應(yīng)的吞吐所需的SNR門限。我們利用現(xiàn)有的AWGN下的離散輸入連續(xù)輸出的信道容量公式進(jìn)行計(jì)算。
C*(SNR,N)=log2(N)-1NΣk=0N-1E{log2Σi=0N-1exp[-|ak+w-ai|2-|w|22σ2]}]]>其中{a0...aN-1}是信道的N個(gè)離散輸入亦即調(diào)制級(jí)數(shù)，其平均功率為1。E是對(duì)復(fù)高斯噪聲w的期望，w方差為2σ2。各種調(diào)制參數(shù)下容量的數(shù)值結(jié)果參見圖2，其中橫軸和縱軸分別表示SNR和信道容量C。我們將由上式所得的各種參數(shù)Mm獲得相應(yīng)吞吐Rm所需的SNR門限表示成G2m，m∈(0，1，2，3，4，5，6)。并定義Gm＝G1m-G2m，m∈(0，1，2，3，4，5，6)，意指實(shí)際編碼調(diào)制Mm與理想的編碼調(diào)制相比的性能損失。
3)估計(jì)每個(gè)子帶的實(shí)際傳輸能力，即目標(biāo)BER下最大允許的吞吐。對(duì)OFDM每個(gè)子帶，我們用下式作為對(duì)當(dāng)前子帶采用編碼調(diào)制Mm下的實(shí)際傳輸能力的估計(jì)Cm=1NcΣn=1NcC*(γn-Gm(dB),Dm)]]>其中，C*(，)參見上面的容量公式，Nc為子帶內(nèi)子載波總數(shù)，Dm表示Mm中調(diào)制星座的大小，Dm＝{0，1，2，2，3，4，6}，γn為子帶內(nèi)子載波n的接收SNR。由于考慮到AWGN下實(shí)際Turbo編碼調(diào)制不能達(dá)到信道容量的性能，式中對(duì)每個(gè)子載波的SNRγn做了一個(gè)GmdB的回退。
4)選取Rm不高于Cm，且吞吐最大的Turbo編碼調(diào)制Mm*作為該子帶的編碼調(diào)制參數(shù)，即m*=max{argm=0..6[Rm-Cm≤0]}]]>其中，Rm為參數(shù)Mm的實(shí)際吞吐，Rm＝{0，0，5，1，1.5，2，3，4}。最后如果m*＝0，意味著該子帶內(nèi)不傳數(shù)據(jù)。
現(xiàn)舉例說明如下以下結(jié)果來自計(jì)算機(jī)軟件仿真，計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)為windows2000，仿真軟件采用matlab。
假設(shè)OFDM系統(tǒng)信道帶寬為10MHz，等分為1024個(gè)子載波。時(shí)域上一個(gè)時(shí)隙包含8個(gè)OFDM符號(hào)，長度為1ms。信道采用M.1225車載信道模型A，其六徑最大時(shí)延約為2.5us。目標(biāo)BER為10-4。子帶自適應(yīng)中頻域劃分為16個(gè)子帶，每個(gè)子帶內(nèi)的子載波數(shù)為1024/16＝64。時(shí)域聯(lián)合編碼的符號(hào)數(shù)M＝8，參見圖1。這樣一個(gè)編碼塊內(nèi)包含子載波數(shù)為512。
按上面步驟1，假設(shè)選取以下七種Turbo編碼調(diào)制參數(shù)作為每個(gè)子帶參數(shù)選取范圍，它們是“不傳”、1/2 Turbo碼BPSK、1/2 Turbo碼QPSK、3/4 Turbo碼QPSK、2/3 Turbo碼8PSK、3/4 Turbo碼16QAM、以及2/3 Turbo碼64QAM，分別表示成Mm，m∈(0，1，2，3，4，5，6)，其對(duì)應(yīng)吞吐分別為0、0.5、1、1.5、2、3、和4bits/s/Hz，分別表示成Rm，m∈(0，1，2，3，4，5，6)。Turbo編碼調(diào)制采用當(dāng)前復(fù)雜度最低的一種結(jié)構(gòu)，即二進(jìn)制Turbo碼與多進(jìn)制調(diào)制相級(jí)連的結(jié)構(gòu)。Turbo碼的分量遞歸系統(tǒng)卷積(RSC)多項(xiàng)式為(13，11)，不同效率Turbo碼由1/3碼校驗(yàn)位均勻鑿孔而得。譯碼采用4次迭代，最大后驗(yàn)概率(MAP)算法。
按上面步驟2，計(jì)算Gm＝G1m-G2m，m∈(0，1，2，3，4，5，6)。首先通過仿真計(jì)算各種Turbo編碼調(diào)制參數(shù)Mm在AWGN下達(dá)到目標(biāo)BER所需的BER門限G1m。通過仿真可得G1m＝(-∞，-0.4，2.2，5.2，7.6，10.9，14.5)。再由容量公式計(jì)算參數(shù)Mm達(dá)到各自吞吐Rm所需的SNR門限G2m。通過計(jì)算得G2m＝(-∞，-2.8，0，3.5，5.7，9.3，12.7)。最后得到Gm＝(0，2.4，2.2，1.7，1.9，1.6，1.8)，m∈(0，1，2，3，4，5，6)。
按上面步驟3，計(jì)算每個(gè)子帶按照參數(shù)Mm來傳輸，要達(dá)到目標(biāo)BER所能達(dá)到的最大傳輸能力。其中Dm＝{0，1，2，2，3，4，6}，表示參數(shù)Mm中各自的調(diào)制進(jìn)制數(shù)。其中考慮到Turbo編碼調(diào)制的實(shí)際性能與理想容量值之間的差距，需要對(duì)每個(gè)子載波的SNR做Gm的回退。
按上面步驟4，為每個(gè)子帶選取合適的編碼調(diào)制參數(shù)。選取Rm小于步驟3中計(jì)算的最大傳輸能力，且比其他參數(shù)吞吐大的參數(shù)，作為該子帶的編碼調(diào)制參數(shù)。其中Rm為參數(shù)Mm的實(shí)際吞吐，Rm＝{0，0，5，1，1.5，2，3，4}。要求Rm小于步驟3中計(jì)算的最大傳輸能力，是因?yàn)槌^了最大傳輸能力，目標(biāo)BER就難以滿足了。比如，計(jì)算出的子帶最大吞吐能力為(0.2，3.2，4.6，1.7)，此時(shí)選取的參數(shù)應(yīng)分別為(m0，m5，M6，M3)。意即分別表示不傳，3/4 Turbo碼16QAM，2/3Turbo碼64QAM和3/4 Turbo碼QPSK。
采用本專利申請(qǐng)的自適應(yīng)Turbo編碼調(diào)制技術(shù)，可以獲得更高的頻譜利用率。通過軟件仿真可見，在子帶數(shù)為16，目標(biāo)BER為10-4下，吞吐分別為1、2、和3bits/s/Hz時(shí)，相對(duì)于固定Turbo編碼調(diào)制來說，SNR增益分別約為8dB、7.5dB和10dB。如果進(jìn)行符號(hào)自適應(yīng)，即子帶數(shù)為1，此時(shí)的SNR增益亦分別有8dB、7.5dB和11dB。
本專利申請(qǐng)中的編碼調(diào)制采用了目前復(fù)雜度最低的一種通用Turbo編碼調(diào)制結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。在其編碼調(diào)制中，前端是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的二進(jìn)制Turbo編碼器，編碼器輸出信息位dk，1L dk，m-m％，和校驗(yàn)位ck，11L ck，m-m％1，ck，12L ck，m-m％2。然后將其輸出經(jīng)鑿孔和交織后再進(jìn)行多進(jìn)制調(diào)制，多進(jìn)制符號(hào)采用格雷映射。假設(shè)符號(hào)星座點(diǎn)數(shù)為M＝2m，在k時(shí)刻調(diào)制前的比特序列為{uk，i}＝1...m，調(diào)制符號(hào)輸出為{Ak，Bk}。在接收端，先對(duì)接收復(fù)數(shù)符號(hào){Xk，Yk}進(jìn)行解調(diào)，計(jì)算出每個(gè)傳輸比特的似然比，再采用二進(jìn)制Turbo碼的譯碼算法進(jìn)行譯碼。
由此可見，本發(fā)明有如下優(yōu)點(diǎn)1)可以獲得更高的頻譜利用率。采用逼近信道容量的Turbo編碼調(diào)制，以及基于容量估計(jì)的自適應(yīng)算法，使得可以獲得更加優(yōu)異的自適應(yīng)吞吐性能。
2)可以降低系統(tǒng)反饋開銷。本技術(shù)基于固定發(fā)射功率的子帶自適應(yīng)，因此對(duì)每個(gè)子帶來說，收端只需要向發(fā)端反饋若干比特來表示該子帶內(nèi)編碼調(diào)制參數(shù)的選取，從而可以大大降低自適應(yīng)中系統(tǒng)所需的反饋開銷。更為重要的一點(diǎn)是，在該自適應(yīng)算法下，OFDM中所有子載波劃分子帶的個(gè)數(shù)對(duì)自適應(yīng)性能的影響不大，也就是說，該自適應(yīng)算法還可以用于OFDM符號(hào)的自適應(yīng)，從而進(jìn)一步降低系統(tǒng)反饋開銷。
權(quán)利要求
1.用于OFDM中的子帶自適應(yīng)Turbo編碼調(diào)制，含有子帶自適應(yīng)編碼調(diào)制的步驟，其特征在于在恒定子載波發(fā)射功率和目標(biāo)誤碼率BER的限制下，對(duì)相鄰若干個(gè)OFDM符號(hào)中頻域上同一子帶內(nèi)的子載波用通用的Turbo編碼調(diào)制結(jié)構(gòu)進(jìn)行聯(lián)合的編碼調(diào)制，即它使一個(gè)自適應(yīng)編碼塊包括時(shí)域上M個(gè)相鄰OFDM符號(hào)中的N·M個(gè)相鄰子載波，N為頻域上一個(gè)子帶內(nèi)子載波個(gè)數(shù)，以獲得較長的編碼塊，以滿足高性能Turbo編碼調(diào)制的需要；同時(shí)它又基于容量估計(jì)的準(zhǔn)則來選取不同子帶內(nèi)的編碼調(diào)制參數(shù)，即利用帶限白高斯噪聲(AWGN)信道下的離散輸入連續(xù)輸出的信道容量公式對(duì)當(dāng)前子帶采用各種編碼調(diào)制參數(shù)下的傳輸能力進(jìn)行估計(jì)，以便選取具有最大吞吐性能，且又不高于該子帶估計(jì)出來的吞吐能力的編碼調(diào)制參數(shù)作為該子帶的編碼調(diào)制參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于OFDM中的子帶自適應(yīng)Turbo編碼調(diào)制的方法，其特征在于在對(duì)所選的子帶傳輸能力作估計(jì)時(shí)所用的每個(gè)子載波的信噪比SNR這個(gè)參數(shù)，需要對(duì)實(shí)際每個(gè)載波的接收SNR進(jìn)行一個(gè)回退，其回退數(shù)值要根據(jù)AWGN中仿真所得的目標(biāo)誤碼率下各種Turbo編碼調(diào)制的SNR門限性能與離散輸入連續(xù)輸出的信道容量下所需的SNR之差而確定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于OFDM中的子帶自適應(yīng)Turbo編碼調(diào)制的方法，其特征在于它依次含有以下步驟(1)首先選取幾種具有不同吞吐能力的Turbo編碼調(diào)制參數(shù)，作為每個(gè)子帶選取參數(shù)的范圍。比如a.不傳；b.1/2 Turbo碼BPSK，吞吐能力為0.5bits/s/Hz；c.1/2 Turbo碼QPSK，吞吐能力為1bits/s/Hz；d.3/4 Turbo碼QPSK，吞吐能力為1.5bits/s/Hz；e.2/3 Turbo碼8PSK，吞吐能力為2bits/s/Hz；f.3/4 Turbo碼16QAM，吞吐能力為3bits/s/Hz；g.2/3 Turbo碼64QAM，吞吐能力為4bits/s/Hz；分別依次表示成Mm，m∈(0，1，2，3，4，5，6)；吞吐能力分別依次表示成Rm，m∈(0，1，2，3，4，5，6)；(2)估計(jì)各種Turbo編碼調(diào)制參數(shù)Mm在AWGN下逼近信道容量的能力，即實(shí)際編碼調(diào)制與理想編碼調(diào)制相比的SNR性能損失Gm；(2.1)通過仿真計(jì)算各種Turbo編碼調(diào)制參數(shù)Mm在AWGN下達(dá)到目標(biāo)BER所需的SNR門限G1m，m∈(0，1，2，3，4，5，6)；(2.2)根據(jù)下述現(xiàn)有的AWGN下的離散輸入連續(xù)輸出的信道容量公式C*(SNR,N)=log2(N)-1NΣk=0N-1E{log2Σi=0N-1exp[|ak+w-ai|2-|w|22σ2]}]]>其中{a0...aN-1}是信道的N個(gè)離散輸入亦即調(diào)制級(jí)數(shù)；E是對(duì)復(fù)高斯噪聲w的期望；2σ2為w的方差；計(jì)算參數(shù)Mm達(dá)到各自吞吐Rm所需的SNR門限G2m，m∈(0，1，2，3，4，5，6)。由于由上面容量公式無法直接得到求SNR門限的表達(dá)式，實(shí)際中可以通過先畫出容量公式的曲線，然后再通過曲線觀察要達(dá)到一定容量所需的最小SNR門限，即G2m；(2.3)Gm＝G1m-G2m；G1m實(shí)際值，G2m理想值；(3)估計(jì)每個(gè)子帶的實(shí)際傳輸能力，即目標(biāo)BER下最大允許的吞吐；當(dāng)前每個(gè)子帶采用編碼調(diào)制Mm下的實(shí)際傳輸能力的估計(jì)值Cm為Cm=1NcΣn=1NcC*(γn-Gm(dB),Dm)]]>其中，Nc為子帶內(nèi)子載波總數(shù)；Dm為Mm中調(diào)制星座的大小，Dm＝{0，1，2，2，3，4，6}；γn為子帶內(nèi)子載波n的接收SNR；(4)選取Rm不高于Cm，且吞吐量最大的Turbo編碼調(diào)制Mm。作為該子帶的編碼調(diào)制參數(shù)m*=max{argm[Rm-Cm≤0]}.]]>
全文摘要
用于OFDM中的子帶自適應(yīng)Turbo編碼調(diào)制的方法屬于自適應(yīng)編碼調(diào)制技術(shù)，其特征在于在恒定子載波發(fā)射功率和目標(biāo)誤碼率的限制下，對(duì)相鄰若干個(gè)OFDM符號(hào)中頻域上同一子帶內(nèi)的子載波作聯(lián)合編碼調(diào)制，以適應(yīng)高性能Turbo編碼調(diào)制的要求；同時(shí)它利用帶限白高斯噪聲信道下離散輸入、連續(xù)輸出的信道容量公式對(duì)當(dāng)前子帶采用各種編碼調(diào)制下的傳輸能力進(jìn)行估計(jì)，以便選取具有最大吞吐性能且又不高于該子帶估計(jì)出來的吞吐能力的編碼調(diào)制參數(shù)作為該子帶的編碼調(diào)制參數(shù)。它在獲得更高頻譜利用率的同時(shí)又降低了系統(tǒng)的反饋開銷。
文檔編號(hào)H04J1/00GK1540895SQ200310103049
公開日2004年10月27日 申請(qǐng)日期2003年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月31日
發(fā)明者周世東, 佘小明, 周春暉, 姚彥, 肖立民, 粟欣 申請(qǐng)人:清華大學(xué)