一種正交頻分復用通信系統(tǒng)的雙參數(shù)自適應調制方法
【專利摘要】該發(fā)明屬于正交頻分復用通信系統(tǒng)雙參數(shù)自適應調制方法，包括：系統(tǒng)的總PER等參數(shù)的設置，系統(tǒng)當前段PER和當前總PER的接收、處理，調整OFDM系統(tǒng)的調制方式，調整段PER上、下門限，變更系統(tǒng)當前運行的調制方式并將當前段PER的上、下門限值作為下次調整的基礎。該發(fā)明由于采用系統(tǒng)當前的總誤塊率和段誤塊率兩參數(shù)作為判斷的依據(jù)，浮動式的自適應地調整段誤塊率的上、下門限，在數(shù)據(jù)傳輸過程中更適應信道的變化情況，實時改變系統(tǒng)的調制方式，使系統(tǒng)總誤塊率滿足指標要求，加之本調制方法不需要信噪比估計，因而具有調制方法簡單、系統(tǒng)的性能好，可在確保信息傳輸可靠性的同時進一步提升系統(tǒng)頻譜效率，有利于工程的實際應用等特點。
【專利說明】一種正交頻分復用通信系統(tǒng)的雙參數(shù)自適應調制方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及信號處理和通信【技術領域】，特別是在正交頻分復用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)通信系統(tǒng)中采用雙參數(shù)的自適應調制方法，該 方法可根據(jù)當前的系統(tǒng)狀態(tài)實時改變系統(tǒng)調制方式。
【背景技術】
[0002] 作為未來通信的關鍵技術，0FDM技術成為了通信研究領域的熱點，將0FDM技術與 自適應調制技術相結合是這個研究領域的一個重要課題。在無線通信中，信道的特性是隨 時間變化的，此時如何有效地利用有限的頻帶資源是一個重要的研究方向。自適應調制是 一種提高頻譜利用率的技術，它可根據(jù)信道特性的變化而自適應地改變系統(tǒng)的調制參數(shù)， 以達到提高系統(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調制算法（Adaptive Modulation Techniques for Duplex OFDM Transmission[J], IEEE Trans. On Vehicular technology, vol. 49, no. 5, pp. 1893-1906, 2000)，以信道質量一信噪比（Signal to Noise Ratio, SNR)作為判斷的依據(jù)， 一般通過設置調制方式切換所需要的SNR門限值，與估計得到的SNR相比較，進而給出調制 方式。圖1為傳統(tǒng)的基于固定門限自適應調制的0FDM系統(tǒng)結構框圖，該系統(tǒng)中，發(fā)射機： 用戶的信息比特（1)經QAM調制（2)得到調制信號向量，調制處理后的信號經0FDM符號生 成（3)、D/A變換（4)、上變頻（5)等處理后進行發(fā)射；發(fā)射后的信號經過無線信道（6)到達 接收機；接收機：接收機將接收到的信號，經過下變頻處理（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QAM解 調（10)后還原為發(fā)射后的比特信號，該比特信號再經過誤塊率統(tǒng)計（11)處理可以得到系 統(tǒng)的誤塊率情況；經過步驟（9)處理得到的數(shù)據(jù)信號經過信噪比估計（12)可以得到估計出 的信號SNR，調制方式切換門限（13)輸出SNR門限，經（12)估計出的SNR和經（13)得到的 SNR門限經調制方式選擇（14)處理后得到下一次系統(tǒng)工作的調制方式，分別送至QAM調制 (2)和QAM解調（10)，完成系統(tǒng)的自適應調制處理。
[0004] 上述基于固定門限的0FDM自適應調制技術根據(jù)信道質量的變化，自適應地改變 系統(tǒng)的調制方式，在滿足系統(tǒng)誤碼率指標的約束條件下，若信道狀況較好，就選擇高階的調 制方式，若信道狀況較差，則選擇低階的調制方式，其調制方式是由估計的SNR和SNR門限 決定的，即影響調制方式選擇的主要兩個因素為：一是SNR門限的設置，二是SNR估計誤差。 其優(yōu)點在于當SNR估計很準確時，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：一是需要進行SNR估計、從而增加了系統(tǒng)復雜度；二是SNR估計的誤差影響調制 方式選擇的準確性；三是在變化的無線信道環(huán)境中，信道特性隨著時間而變化，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，難以設置理想的SNR門限；因而此類方 法存在固定調制門限的方法中SNR門限值的選擇難度大、SNR估計誤差對系統(tǒng)性能影響大、 自適應調制方法復雜，頻譜效率低等缺陷。
【發(fā)明內容】
[0005] 本發(fā)明的目的是針對【背景技術】存在的缺陷，研究設計一種正交頻分復用通信系 統(tǒng)的雙參數(shù)自適應調制方法，該方法基于系統(tǒng)的段誤塊率和總誤塊率兩個誤塊率（Packet Error Rate，PER)參數(shù)完成系統(tǒng)的自適應調制，并且采用浮動式的自適應門限，以克服傳統(tǒng) 固定門限的方法中需信噪比估計、SNR門限的選擇困難及SNR估計誤差對系統(tǒng)性能的影響； 從而達到簡化調制方法，有效提高系統(tǒng)的性能，在確保通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸可靠性的同時進 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)射機和接收機工作的基本流程保持不變的條件 下，在系統(tǒng)的雙參數(shù)自適應調制處理模塊中以系統(tǒng)的總誤塊率（長時間內的累計誤塊率， 簡稱總PER)作為指標，采用系統(tǒng)的段誤塊率（某一段時間內的誤塊率，簡稱段PER，）和總 誤塊率（總PER)這兩個參數(shù)作為調整調制方式的依據(jù)，在通信過程中根據(jù)信道的變化實時 改變系統(tǒng)調制方式的自適應調制，從而實現(xiàn)其發(fā)明的。
[0007] 現(xiàn)對本發(fā)明所述采用雙參數(shù)自適應調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)自適應調制的0FDM系統(tǒng)原理方框圖，誤塊率（PER)統(tǒng)計 模塊可得到系統(tǒng)當前的段PER和總PER，輸送到雙參數(shù)自適應調制模塊處理、其輸出的調制 方式再經QAM調制和QAM解調處理以實時變更當前的調制方式。
[0009] 本發(fā)明采用的調制方式包括：BPSK、〇?51(、8〇41、16〇41、32〇41、64〇41(每一種調制 方式對應的調制級別依次為：1、2、3、4、5、6級），而各調制級別對應的調制階數(shù)依次為2、4、 8、16、32、64，每次調整都是將調制級別降低一級或者升高一級；在一定的信噪比下，調制級 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，當最低級 別調制方式都無法滿足系統(tǒng)可靠性的要求時，則輸出增加系統(tǒng)功率指令；而調制級別每升 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，當在最高級別的 調制方式下，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)明自適應調制的本 質是：當總PER和段PER都較大時，通過降低調制級別來降低PER，但犧牲了系統(tǒng)頻譜效率； 當總PER較小時，通過升高調制級別來提高系統(tǒng)頻譜效率；其余情況則不調整調制方式；調 整目的是使系統(tǒng)在滿足總PER指標條件下、達到系統(tǒng)頻譜效率的最大化。
[0010] 本發(fā)明在系統(tǒng)運行中，不僅調制級別在實時地改變，段PER的上、下門限也在自適 應地調整。在調整段PER的上或下門限時，段PER的下門限或上門限將同步變化。該調整 的目的是：使得段PER與其上、下門限的關系盡可能和總PER與其上、下門限的關系保持一 致。
[0011] 調整段PER上、下門限的原因：因為總PER是長期累計的結果，而段PER僅僅反映 當前很短一段時間內的誤塊率；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調整段PER的上、下門限，使其更合理地適應信道的變化情況，確?？?PER能滿足系統(tǒng)可靠性的要求。
[0012] 附圖3即為本發(fā)明正交頻分復用通信系統(tǒng)的雙參數(shù)自適應調制方法的流程方框 圖。
[0013] 因而本發(fā)明方法包括：
[0014] 步驟A.參數(shù)的設置：根據(jù)系統(tǒng)的可靠性要求，設定系統(tǒng)的總PER指標，并設定總 PER上、下門限值，段PER上、下門限初值和門限調整步長值；
[0015] 步驟B.系統(tǒng)當前段PER和當前總PER的接收、處理：接收通信系統(tǒng)誤塊率統(tǒng)計模 塊送來的系統(tǒng)當前段PER和總PER，并同時分別轉步驟C和步驟D ;
[0016] 步驟C.調整0FDM系統(tǒng)的調制方式：根據(jù)步驟B所得的系統(tǒng)當前段PER和總PER， 調整系統(tǒng)運行的調制方式，即：
[0017] 步驟Q.如果當前總PER大于等于系統(tǒng)所設總PER的上門限，且當前段PER也大于 等于段PER上門限時，若當前調制方式不是最低級別則將調制級別降低一級后，轉步驟E ; 若當前調制方式是最低級別則輸出增加系統(tǒng)功率指令后，轉步驟E ;
[0018] 步驟C2.如果當前總PER小于系統(tǒng)所設總PER下門限時，若當前調制方式不是最 高級別則將調制級別增加一級后，轉步驟E ;若當前調制方式是最高級別時，則輸出降低系 統(tǒng)功率指令后，轉步驟E ;
[0019] 步驟D.調整段PER上、下門限：根據(jù)步驟B所得系統(tǒng)當前段PER和總PER，自適應 調整段PER上門限，此時段TOR的下門限隨之同步調整，使段PER與其上、下門限的關系同 當前總PER與其上、下門限關系一致，其調整方式如下：
[0020] 步驟Di.如果當前總PER大于等于系統(tǒng)所設總PER上門限、而當前段PER小于本 身的上門限時，則降低段PER的上門限后，轉步驟E;段PER上、下門限的調整方式通過下式 調整：
【權利要求】
1. 一種正交頻分復用通信系統(tǒng)的雙參數(shù)自適應調制方法，包括： 步驟A.參數(shù)的設置：根據(jù)系統(tǒng)的可靠性要求，設定系統(tǒng)的總PER指標，并設定總PER 上、下門限值，段PER上、下門限初值和門限調整步長值； 步驟B.系統(tǒng)當前段PER和當前總PER的接收、處理：接收通信系統(tǒng)誤塊率統(tǒng)計模塊送 來的系統(tǒng)當前段PER和總PER，并同時分別轉步驟C和步驟D ; 步驟C.調整OFDM系統(tǒng)的調制方式：根據(jù)步驟B所得的系統(tǒng)當前段PER和總PER，調整 系統(tǒng)運行的調制方式，即： 步驟q.如果當前總PER大于等于系統(tǒng)所設總PER的上門限，且當前段PER也大于等 于段PER上門限時，若當前調制方式不是最低級別則將調制級別降低一級后，轉步驟E;若 當前調制方式是最低級別則輸出增加系統(tǒng)功率指令后，轉步驟E ; 步驟C2.如果當前總PER小于系統(tǒng)所設總PER下門限時，若當前調制方式不是最高級 別則將調制級別增加一級后，轉步驟E ;若當前調制方式是最高級別時，則輸出降低系統(tǒng)功 率指令后，轉步驟E ; 步驟D.調整段PER上、下門限：根據(jù)步驟B所得系統(tǒng)當前段PER和總PER，自適應調整 段PER上門限，此時段PER的下門限隨之同步調整，使段PER與其上、下門限的關系同當前 總PER與其上、下門限關系一致，其調整方式如下： 步驟Di.如果當前總PER大于等于系統(tǒng)所設總PER上門限、而當前段PER小于本身的上 門限時，則降低段PER的上門限后，轉步驟E;段PER上、下門限的調整方式通過下式調整：
其中，PERpm seg up為之前的段PER上門限，PEReur seg up為當前調整后的段PER上門限，類 似地，PERpre seg lOT為之前的段PER下門限，PERem seg lOT為當前調整后的段PER下門限，St印 為門限調整步長，〇 < St印< 1 步驟D2.如果當前總PER小于系統(tǒng)所設總PER下門限，而當前段PER大于本身的下門 限時，則提高段PER下門限后，轉步驟E ; 步驟D3.如果當前總PER在所設總PER的上、下門限之間，而當前段PER大于本身的上 門限或小于其下門限時，則相應提高段PER上門限或降低段PER的下門限后，轉步驟E ; 步驟E.變更系統(tǒng)當前運行的調制方式：將步驟C所確定的調制方式，送至系統(tǒng)QAM調 制和QAM解調模塊、以替換系統(tǒng)當前的調制方式；同時將步驟D所得當前段PER的上、下門 限值返回步驟A以替換段PER的上、下門限初值，作為下次調整的基礎。
2.按權利要求1所述正交頻分復用通信系統(tǒng)的雙參數(shù)自適應調制方法，其特征在于在 步驟A中所述設定系統(tǒng)的總PER指標，系統(tǒng)的總PER指標為} 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