一種降低無(wú)線信道pmd效應(yīng)影響的ofdm自適應(yīng)極化調(diào)制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及自適應(yīng)極化調(diào)制技術(shù)和OFDM(正交頻分 復(fù)用）系統(tǒng)無(wú)線信道中存在的PMD (極化模式擴(kuò)散）效應(yīng)。具體地說(shuō)，是一種基于子載波分 塊的降低無(wú)線信道PMD效應(yīng)的OFDM系統(tǒng)自適應(yīng)極化調(diào)制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在無(wú)線通信環(huán)境下，傳輸中的信號(hào)通常會(huì)受到信道頻率選擇性衰落的影響。在 信道去極化特性上表現(xiàn)出來(lái)的頻率選擇性衰落被稱為極化模式擴(kuò)散（Polarisation Mode Dispersion:PMD)。在PMD效應(yīng)的影響下，同一個(gè)極化狀態(tài)經(jīng)過(guò)信道傳輸后，在接收端會(huì)產(chǎn) 生多個(gè)不同的極化狀態(tài)，并且這些極化狀態(tài)因頻率而異。在多載波通信場(chǎng)景下，由于無(wú)線信 道的PMD效應(yīng)，每個(gè)載波上的去極化效應(yīng)將呈現(xiàn)出與頻率相關(guān)的特性，使每個(gè)子載波的極 化狀態(tài)產(chǎn)生不同程度的改變。因此，在具有PMD效應(yīng)的基于PM(極化調(diào)制）的OFDM系統(tǒng)中， 在不同載波上的誤碼率（SER)性能將具有差異性，從而對(duì)基于OFDM系統(tǒng)中總體誤碼性能產(chǎn) 生影響。
[0003] 近年來(lái)，在無(wú)線通信中已有一些關(guān)于PMD效應(yīng)的研宄。T. Pratt首先把極化模式擴(kuò) 散（PMD)和極化相關(guān)損耗（PDL)引入無(wú)線通信研宄領(lǐng)域，并且針對(duì)發(fā)現(xiàn)的極化模式擴(kuò)散現(xiàn) 象和極化相關(guān)損耗提出寬帶場(chǎng)景下的極化分集、復(fù)用及極化域功率注水信道容量最大化。 在存有PMD效應(yīng)的無(wú)線信道中，研宄者針對(duì)基于64QAM(正交振幅調(diào)制）的OFDM系統(tǒng)，通過(guò) 把頻譜劃分成子帶、在每個(gè)子帶上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒▉?lái)降低干擾。此外，Dong Wei針對(duì)無(wú) 線去極化信道PMD效應(yīng)對(duì)基于極化幅相聯(lián)合調(diào)制的多載波下行功放能效性能的影響，提出 通過(guò)合理的載波-功率分配方案對(duì)抗PMD效應(yīng)的影響，來(lái)使功放能效達(dá)到最優(yōu)。Dongming Li還分析了無(wú)線信道中PMD現(xiàn)象及其對(duì)極化頻譜共享的影響，在基于QPSK(正交相移鍵 控）的OFDM系統(tǒng)中，研宄了基于子載波分簇的極化頻譜共享方法，來(lái)使得認(rèn)知用戶有效吞 吐量最優(yōu)。Yao Nie之后又提出了基于差分極化鍵控的OFDM系統(tǒng)，來(lái)消除公共相位誤差 (Common Phase Error:CPE)。然而，在上述對(duì)于OFDM系統(tǒng)自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)的研宄中，都是 使用自適應(yīng)QAM調(diào)制方式，且都沒(méi)有考慮PMD效應(yīng)對(duì)OFDM系統(tǒng)總體誤碼性能的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)多載波場(chǎng)景下無(wú)線信道中存在的PMD效應(yīng)，本發(fā)明提供了一種適用于OFDM系 統(tǒng)中的自適應(yīng)極化調(diào)制（Adaptive Polarization Modulation:APM)機(jī)制，目的是減小PMD 效應(yīng)對(duì)基于極化調(diào)制的OFDM系統(tǒng)中總體誤碼性能的影響。
[0005] 在PMD效應(yīng)的影響下，同一個(gè)極化狀態(tài)經(jīng)過(guò)信道傳輸后，在接收端會(huì)產(chǎn)生多個(gè)不 同的極化狀態(tài)，并且這些極化狀態(tài)因頻率而異。在多載波通信場(chǎng)景下，由于無(wú)線信道的PMD 效應(yīng)，每個(gè)載波上的去極化效應(yīng)將呈現(xiàn)出與頻率相關(guān)的特性，從而使各個(gè)子載波上的極化 狀態(tài)產(chǎn)生不同程度的改變。因此，為了對(duì)抗無(wú)線信道中的PMD效應(yīng)，如果能夠根據(jù)信道條件 的好壞有效分配資源，即在信道質(zhì)量好時(shí)，系統(tǒng)采用頻譜效率高的高階極化調(diào)制，而在信道 質(zhì)量變差時(shí)，系統(tǒng)采用抗干擾能力強(qiáng)的低階極化調(diào)制，這樣信道就能得到充分利用且誤比 特率性能會(huì)得到一定的優(yōu)化。
[0006] 為了降低無(wú)線去極化信道PMD效應(yīng)對(duì)基于極化調(diào)制的OFDM系統(tǒng)中總體誤碼性能 的影響，本發(fā)明提出了采用基于子載波分塊的自適應(yīng)極化調(diào)制機(jī)制來(lái)改善該系統(tǒng)的誤比特 率性能。具體實(shí)現(xiàn)如下：在系統(tǒng)滿足目標(biāo)誤比特性能前提下，發(fā)送端根據(jù)接收端發(fā)回的有關(guān) 當(dāng)前信道質(zhì)量情況的反饋信息來(lái)計(jì)算出每一組子載波的平均信噪比，進(jìn)一步?jīng)Q定每一組子 載波塊采用何種調(diào)制方式，其決定的標(biāo)準(zhǔn)是：在一定誤碼率要求下，先確定每種極化調(diào)制所 對(duì)應(yīng)的信噪比門限值，然后通過(guò)對(duì)比計(jì)算出的每一組子載波的平均信噪比與信噪比門限值 來(lái)選定每一組子載波塊所采用的最優(yōu)極化調(diào)制。
[0007] -種不僅可以使存有極化模式擴(kuò)散（PMD)效應(yīng)的去極化信道得到充分利用而且 能優(yōu)化基于極化調(diào)制的OFDM系統(tǒng)的誤碼率性能的自適應(yīng)極化調(diào)制方法，具體步驟如下：
[0008] 步驟一：在OFDM系統(tǒng)中對(duì)原始數(shù)據(jù)發(fā)射信息進(jìn)行極化調(diào)制、解調(diào)；
[0009] (1)對(duì)原始數(shù)據(jù)發(fā)射信息It進(jìn)行串并變換，并假設(shè)其中一個(gè)數(shù)據(jù)塊有N個(gè)字符， [χ[0]，χ[1]，· · ·，x[N-l]]T;
[0010] (2)對(duì)每個(gè)子載波上的數(shù)字序列采用極化調(diào)制器實(shí)現(xiàn)極化調(diào)制，完成數(shù)字序列到 Mj (M^e {2, 4, 8, 16, 32, 64})階極化狀態(tài)星座的一一映射，從而將N個(gè)數(shù)字序列轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng) 的極化狀態(tài)序列。
[0011] (3)對(duì)于其中的第k路子載波，經(jīng)過(guò)極化調(diào)制器后的輸出信號(hào)為
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種降低無(wú)線信道PMD效應(yīng)影響的OFDM自適應(yīng)極化調(diào)制方法包括W下幾個(gè)步驟： 步驟一：在OFDM系統(tǒng)中對(duì)原始數(shù)據(jù)發(fā)射信息進(jìn)行極化調(diào)制、解調(diào)； 具體流程為： (1) 對(duì)原始數(shù)據(jù)發(fā)射信息It進(jìn)行串并變換，并假設(shè)其中一個(gè)數(shù)據(jù)塊有N個(gè)字符， [x[0],x[l]，. . .，x[N-1]]t; (2) 對(duì)每個(gè)子載波上的數(shù)字序列采用極化調(diào)制器實(shí)現(xiàn)極化調(diào)制，完成數(shù)字序列到Mj.階 極化狀態(tài)星座的一一映射，MjG(2, 4, 8, 16, 32, 64}，從而將N個(gè)數(shù)字序列轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的極 化狀態(tài)序列。 (3) 對(duì)于其中的第k路子載波，經(jīng)過(guò)極化調(diào)制器后的輸出信號(hào)為
(1) 式中，XH化）為X化）的第k路水平極化分量，XV化）為X化）的第k路垂直極化分量，將 極化信號(hào)的水平分量和垂直分量分別送入上下兩個(gè)支路，經(jīng)(FDM調(diào)制器后得到(FDM信號(hào)， 其中(FDM調(diào)制器完成了IFFT，加循環(huán)前綴等操作，變?yōu)槟M連續(xù)信號(hào)x(t)后經(jīng)一對(duì)正交 雙極化天線發(fā)射，極化信號(hào)的兩個(gè)分量會(huì)在信道中禪合為一路具有特定極化狀態(tài)的極化信 號(hào)，采用信道估計(jì)器獲得關(guān)于信道的狀態(tài)信息，并反饋至發(fā)射端。 (4) 采用了與發(fā)射端相同的一對(duì)正交雙極化天線，經(jīng)天線接收的接收端極化信號(hào)經(jīng) (FDM解調(diào)器處理后，得到接收端極化基帶信號(hào)
(2) 式中；YH似為Y(k)的第k路水平極化分量，yv似為Y(k)的第k路垂直極化分量，再 由極化解調(diào)處理后，最后得到接收信息。 步驟二；PMD效應(yīng)對(duì)基于極化調(diào)制的OFDM系統(tǒng)性能的影響分析； 假設(shè)發(fā)射極化狀態(tài)為
(3) 其中（5。（1)1)稱為極化相位描述子。 經(jīng)過(guò)附加PMD效應(yīng)的無(wú)線信道后，在載波f。上相應(yīng)的接收極化狀態(tài);為： 其中；載波4上正交雙極化天線之間的無(wú)線信道表征為 (4) (5) Rh和Rv分別為發(fā)射信號(hào)到達(dá)水平極化接收天線和垂直極化接收天線經(jīng)歷的傳播路徑 數(shù)，皆巧|<為相應(yīng)每一傳播路徑的時(shí)延，々嚴(yán)為在第r徑上Y極化發(fā)射天線與X極化接收 天線之間的信道復(fù)增益值。 則相應(yīng)的接收極化狀態(tài)為：
(6) 其中，Af和[rf為到達(dá)水平極化接收天線的每一傳播路徑所經(jīng)歷的信道增益和時(shí)延， &,>';和 <'為到達(dá)垂直極化接收天線的每一傳播路徑所經(jīng)歷的信道增益和時(shí)延?？蒞發(fā)現(xiàn)， 當(dāng)所有傳播路徑的時(shí)延都相等時(shí)，接收極化狀態(tài)與頻率f。無(wú)關(guān)，即不同頻率的載波上具有 相同的接收極化狀態(tài)。否則，接收極化狀態(tài)則為關(guān)于f。的函數(shù)，在不同的載波上將呈現(xiàn)出 不同的接收極化狀態(tài)，即呈現(xiàn)PMD效應(yīng)。 步驟基于子載波分塊的自適應(yīng)極化調(diào)制方法； 具體為： (1) 首先假設(shè)一共有Nt個(gè)子載波，并且所有子載波分為Nb組，即連續(xù)分組，初始化：計(jì) 算各個(gè)子載波對(duì)應(yīng)的信噪比SNRi，i= 1，2,…，Nt，并根據(jù)每個(gè)子載波的頻率附加不同程度 的PMD效應(yīng)。 (2)設(shè)置信噪比口限，仿真得到AWGN信道下每一種調(diào)制方式的誤碼率曲線，并將每種 調(diào)制方式在目標(biāo)邸R下的口限值保存下來(lái)，記為SA巧，然后計(jì)算各個(gè)子載波塊的平均信 噪比： SNRmean(j')，j = 1，2，...，Nb (7) (3)設(shè)置初始調(diào)制深度Rtawt，設(shè)置要分配的比特總數(shù)Rt; (4)根據(jù)信噪比口限和各組SNRi確定相應(yīng)的調(diào)制方式，得到： Wi=\SNK。,曲。-snr!,,、a\腳 從中選擇使A而最小的R1，而G {1，2, 3, 4, 5, 6}，則初始分配了各個(gè)子載波上的比特?cái)?shù)而，然后更新： 織,二 SNRi-Sm!,^、 餅 (10) (5)若lU聲RT，則調(diào)整而，直到IU=RT。調(diào)整方法為： 若IU>Rt，找到最小的ARi且ARi〉0,調(diào)整Ri=Ri~l (11)
(12) 若Rs?<Rt，找到最大的ARi且ARi<0,調(diào)整R, =R,+l (14)
(") Mli 二SNRi-SN民機(jī)叫、 片6)。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種降低無(wú)線信道PMD效應(yīng)影響的OFDM自適應(yīng)極化調(diào)制方法,針對(duì)多載波通信場(chǎng)景下基于極化調(diào)制的OFDM系統(tǒng)受到無(wú)線信道PMD效應(yīng)的影響而使得性能下降的問(wèn)題，本發(fā)明首先給出了采用自適應(yīng)極化調(diào)制的OFDM系統(tǒng)模型以及基本原理；其次，給出了PMD效應(yīng)對(duì)基于極化調(diào)制的OFDM系統(tǒng)性能的影響，并提出了基于子載波分塊的自適應(yīng)極化調(diào)制機(jī)制：發(fā)送端根據(jù)接收端發(fā)回的有關(guān)當(dāng)前信道質(zhì)量情況的反饋信息來(lái)計(jì)算出每一個(gè)子載波塊的平均信噪比并與信噪比門限值對(duì)比，進(jìn)一步選定每一個(gè)子載波塊采用最優(yōu)階極化調(diào)制來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。本發(fā)明能有效降低PMD效應(yīng)對(duì)基于極化調(diào)制的OFDM系統(tǒng)中誤碼性能的影響。
【IPC分類】H04L27-26
【公開(kāi)號(hào)】CN104796371
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510170137
【發(fā)明人】郭彩麗, 楊光偉, 劉芳芳, 曾志民
【申請(qǐng)人】北京郵電大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月22日
【申請(qǐng)日】2015年4月10日