专利名称：一种自适应调制编码和自适应门限调整的联合方法
技术领域：
本发明涉及无线电领域，具体涉及一种自适应调制编码和自适应门限调整的联合方法。
背景技术：
为了克服无线多径信道的时变性和多径的影响，以达到提高系统频谱效率和最大化吞吐量的目的，自适应调制编码(adaptive modulation and coding, AMC)技术被广泛关注。该技术可以根据当前的信道状态信息(channel state information, CSI)自适应地调整传输功率、调制方式和码率等传输参数，以达到最大化平均吞吐量的目的。但采用AMC方法必须要解决如何合理地设置调制编码策略(modulation and coding scheme,MCS)的切换门限值。在多径时变信道下，无线通信系统常用接收机的信噪比(signal to noiseratio，SNR)来表征CSI。因此MCS的选取是根据SNR而定的。但确定MCS的切换门限是一 个十分复杂的过程。该过程需要知道每个MCS相对于SNR、信道时变性、系统配置、信道损伤等参数的性能。因此，很难得到策略切换门限的解析解。此外，某些应用场景如山区信道条件下，信道特性可能会发生较大变化，采用AMC技术离线状态下得到的静态策略切换表无法保证此时系统的最优传输。
发明内容
本发明的目的是为了解决AMC方法当信道特性发生较大变化时，其性能会显著下降的问题，即当信道特性发生较大变化时，如何保证通信系统仍能进行最优传输的问题，从而本发明提出一种自适应调制编码和自适应门限调整的联合方法。本发明所述一种自适应调制编码和自适应门限调整的联合方法的具体操作步骤为步骤一、在SC-FDE自适应基带系统离线状态下，对给定的信道状态进行系统仿真，得到比特误码率与信噪比关系的性能曲线图；根据目标误码率Pe的限制划分信噪比衰落区域[L，Y i+1)，并确定调制编码策略的切换门限Yi;通过搜索各信噪比衰落区域内所有满足匕要求的最优调制编码策略以确定最优调制编码策略切换表，SC-FDE自适应基带系统为块传输系统，执行步骤二 ；步骤二、判断自适应传输系统中信道分类模块指示当前的三种分量是否同时发生变化，且所述变化均超过设定范围，所述的三种分量分别为信道冲激函数、多径参数和信噪比；判断为否，执行步骤三；判断为是，执行步骤四；步骤三、执行自适应调制编码方法，通过信噪比估计模块提供的信噪比估计值，在最优调制编码策略切换表中选取与当前信道状态信息匹配的最优调制编码策略，执行步骤五；步骤四、执行自适应门限调整方法，对最优调制编码策略切换表及调制编码策略的切换门限进行更新，同时执行自适应调制编码方法通过信噪比估计模块提供的信噪比估计值，在更新后的最优调制编码策略切换表中选取与当前信道状态信息匹配的最优调制编码策略，执行步骤五；步骤五、通过反馈信道将所选最优传输策略同时传递给接收机和发射机，同时系统通过计时器记录该策略的使用时间Ai，所述的发射机和接收机实施所选最优传输策略；步骤六、计算当前所选最优传输策略的平均持续时间得到所述最优传输策略的平均持续时间Γ步骤t:判断当前最优传输策略的使用时间Ai是否小于或等于该策略的平均持续时间g，判断为是，执行步骤八，判断为否，执行步骤二 ；步骤八、系统不进行新策略的选择及切换，系统以当前最优传输策略进行传输，从此时起，时间经过O 2『后，重复执行步骤七。 本发明提出一种自适应调制编码和自适应门限调整的联合方法，采用自适应门限调整(adaptive threshold adjustment, ΑΤΑ)方法对相应的最优门限值做适当的调整。通过自适应调制编码和自适应门限调整的联合方法，一方面可以选择出最优的传输策略以提高频谱效率，另一方面又可通过合理地调整门限对策略切换表进行更新以适应信道的变化，更适用于实际应用场景，同时使采用该方法的自适应通信系统可以更好地适应无线信道复杂的电磁环境。通过将AMC方法和ATA方法联合使用，使其不仅能够在策略切换表中搜索到与当前信道状态匹配的最优传输策略，还能随着信道特性的变化，动态地调整策略切换表，解决了原有AMC方法在信道特性发生较大变化时性能显著下降的问题，有效提高了频谱效率，使系统吞吐量最大化。
图I为自适应调制编码和自适应门限调整的联合方法的流程图；图2为本发明SC-FDE自适应基带仿真系统的框图；图3为门限调整流程图；图4为具体实施方式
七所述的瑞利信道下各策略的比特误码率与信噪比关系的性能曲线图(简称BER-SNR)，图中曲线I表示在使用LDPC12-BPSK策略时的BER-SNR性能曲线，曲线2表示在使用LDPC23-BPSK策略时的BER-SNR性能曲线，曲线3表示在使用LDPC34-BPSK策略时的BER-SNR性能曲线，曲线4表示在使用LDPC56-BPSK策略时的BER-SNR性能曲线，曲线5表示在使用LDPC12-QPSK策略时的BER-SNR性能曲线，曲线6表示在使用LDPC23-QPSK策略时的BER-SNR性能曲线，曲线7表示在使用LDPC34-QPSK策略时的BER-SNR性能曲线，曲线8表示在使用LDPC56-QPSK策略时的BER-SNR性能曲线；图5为具体实施方式
七所述的瑞利信道下各策略的吞吐量性能曲线图，图中曲线Ia表示在使用LDPC12-BPSK策略时的吞吐量性能曲线，曲线2a表示在使用LDPC23-BPSK策略时的吞吐量性能曲线，曲线3a表示在使用LDPC34-BPSK策略时的吞吐量性能曲线，曲线4a表示在使用LDPC56-BPSK策略时的吞吐量性能曲线，
曲线5a表示在使用LDPC12-QPSK策略时的吞吐量性能曲线，曲线6a表示在使用LDPC23-QPSK策略时的吞吐量性能曲线，曲线7a表示在使用LDPC34-QPSK策略时的吞吐量性能曲线，曲线8a表示在使用LDPC56-QPSK策略时的吞吐量性能曲线；图6为具体实施方式
七所述的所选最优传输策略的BER-SNR性能曲线图，图中曲线Ib表示在使用MCSl LDPC12-BPSK策略时的BER-SNR性能曲线，曲线2b表示在使用MCS2 :LDPC12_QPSK策略时的BER-SNR性能曲线，曲线3b表示在使用MCS3 :LDPC56_QPSK策略时的BER-SNR性能曲线；图7为具体实施方式
七所述的所选最优传输策略的吞吐量性能曲线图，图中曲线Ic表示在使用MCSl LDPC12-BPSK策略时的吞吐量性能曲线，曲线2c表示在使用MCS2 :LDPC12_QPSK策略时的吞吐量性能曲线，曲线3c表示在使用MCS3 :LDPC56_QPSK策略时的吞吐量性能曲线；图8为具体实施方式
七所述的两种信道模型下的离线仿真结果及初始门限图，图 中曲线Id表示在信道模型I下使用MCSl LDPC12-BPSK策略时的BER-SNR性能曲 线，曲线2d表示在信道模型2下使用MCSl :LDPC12_BPSK策略时的BER-SNR性能曲 线，曲线3d表示在信道模型I下使用MCS2 :LDPC12_QPSK策略时的BER-SNR性能曲 线，曲线4d表示在信道模型2下使用MCS2 :LDPC12_QPSK策略时的BER-SNR性能曲 线，曲线5d表示在信道模型I下使用MCS3 :LDPC56_QPSK策略时的BER-SNR性能曲 线，曲线6d表示在信道模型2下使用MCS3 :LDPC56_QPSK策略时的BER-SNR性能曲 线.图9为具体实施方式
七所述的第55次调整后的门限值图，图中曲线Ie表示在信道模型I下使用MCSl :LDPC12_BPSK策略时的BER-SNR性能曲 线，曲线2e表示在信道模型2下使用MCSl :LDPC12_BPSK策略时的BER-SNR性能曲 线，曲线3e表示在信道模型I下使用MCS2 :LDPC12_QPSK策略时的BER-SNR性能曲 线，曲线4e表示在信道模型2下使用MCS2 :LDPC12_QPSK策略时的BER-SNR性能曲 线，曲线5e表示在信道模型I下使用MCS3 :LDPC56_QPSK策略时的BER-SNR性能曲 线，曲线6e表示在信道模型2下使用MCS3 :LDPC56_QPSK策略时的BER-SNR性能曲 线.CN 102932110 A书明说4/11 页
图10为具体实施方式
七所述的第110次调整后的门限值图，图中
曲线If表示在信道模型线，
曲线2f表示在信道模型线，
曲线3f表示在信道模型线，
曲线4f表示在信道模型线，
曲线5f表示在信道模型线，
曲线6f表示在信道模型线。1下使用 MCSl LDPC12-BPSK2下使用 MCSl LDPC12-BPSK1下使用 MCS2 LDPC12-QPSK2下使用 MCS2 LDPC12-QPSK1下使用 MCS3 LDPC56-QPSK2下使用 MCS3 LDPC56-QPSK策略时的BER-SNR性能曲策略时的BER-SNR性能曲策略时的BER-SNR性能曲策略时的BER-SNR性能曲策略时的BER-SNR性能曲策略时的BER-SNR性能曲
具体实施例方式
具体实施方式
一、结合图I具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种自适应调制编码和自适应门限调整的联合方法的具体操作步骤如下
步骤一、在SC-FDE自适应基带系统离线状态下，对给定的信道状态进行系统仿真，得到比特误码率与信噪比关系的性能曲线图；根据目标误码率Pe的限制划分信噪比衰落区域[Yi, Yi+1)，并确定调制编码策略的切换门限Yi;通过搜索各信噪比衰落区域内所有满足匕要求的最优调制编码策略以确定最优调制编码策略切换表，SC-FDE自适应基带系统为块传输系统，执行步骤二 ；
步骤二、判断自适应传输系统中信道分类模块指示当前的三种分量是否同时发生变化，且所述变化均超过设定范围，该处的设定范围是根据实际的应用场景而设定的，如可以根据最大多径时延的偏移量、多径分量的分布及幅度变化等信道参数值来设定，所述的三种分量分别为信道冲激函数、多径参数和信噪比；判断为否，执行步骤三；判断为是，执行步骤四；
步骤三、执行自适应调制编码方法，通过信噪比估计模块提供的信噪比估计值，在最优调制编码策略切换表中选取与当前信道状态信息匹配的最优调制编码策略，执行步骤五；
步骤四、执行自适应门限调整方法，对最优调制编码策略切换表及调制编码策略的切换门限进行更新，同时执行自适应调制编码方法通过信噪比估计模块提供的信噪比估计值，在更新后的最优调制编码策略切换表中选取与当前信道状态信息匹配的最优调制编码策略，执行步骤五；
步骤五、通过反馈信道将所选最优传输策略同时传递给接收机和发射机，同时系统通过计时器记录该策略的使用时间Ai，所述的发射机和接收机实施所选最优传输策略；
步骤六、计算当前所选最优传输策略的平均持续时间得到所述最优传输策略的平均持续时间 ，
步骤七、判断当前最优传输策略的使用时间Ai是否小于或等于该策略的平均持7续时间€，判断为是，执行步骤八，判断为否，执行步骤二 ；
步骤八、系统不进行新策略的选择及切换，系统以当前最优传输策略进行传输，从此时起，时间经过0.2 后，重复执行步骤七。
具体实施方式
二、本实施方式与具体实施方式
一所述的一种自适应调制编码和自适应门限调整的联合方法的区别在于，步骤一所述的信噪比衰落区域[Yi, yi+1)是通过下述方法确定的以所述目标误码率Pe的值在所述比特误码率与信噪比关系的性能曲线图中做一条平行于横轴的直线，与每种策略的比特误码率与信噪比关系的性能曲线分别得到一个交点，所得到的每个交点对应的横坐标即为传输策略的切换门限Yi,每两个门限间的信噪比范围为信噪比衰落区域[Yi, Y i+1) O
具体实施方式
三、本实施方式与具体实施方式
一或二所述的一种自适应调制编码和自适应门限调整的联合方法的区别在于，步骤一所述的通过搜索各信噪比衰落区域内所有满足Pe要求的最优调制编码策略以确定最优调制编码策略切换表的具体过程为
搜索信噪比衰落区域内所有满足目标误码率Pe要求的对应信噪比衰落区域的最优传输策略，将所述满足目标误码率Pe要求的最优策略组成最优策略集，并依据该最优传输策略集确定最优传输策略切换表。
具体实施方式
四、本实施方式与具体实施方式
一所述的一种自适应调制编码和自适应门限调整的联合方法的区别在于，步骤五所述的最优传输策略为所述SC-FDE自适应基带系统下一传输时间间隔内采用的调制方式和编码方式，所述调制方式和编码方式是根据实际系统的调制解调器和编译码器确定的。
具体实施方式
五、本实施方式与具体实施方式
一所述的一种自适应调制编码和自适应门限调整的联合方法的区别在于，步骤四所述的对最优调制编码策略切换表及调制编码策略的切换门限进行更新的具体过程为
根据目标误码率Pe采用公式
Pb=I-(I-Pe)M(13)
获得系统的块误码率Pb，自适应系统为块传输系统，其中，M表示一块数据块中所含的比特数；
在对系统信噪比估计方法进行设计时，给出该方法的估计精度，再根据系统中信噪比估计方法的精度，选取向上步进值Aup，即可根据公式
Adow =-A-AupV i4 J
求得向下步进值Δ _;
当接收端在一个传输时间间隔(Transmission Time Interval, TTI)内收到I个否定应答(Negative-Acknowledgment, NACK)信息,各门限值相应向上调整Aup ;当在一个传输时间间隔内收到μ个否定应答信息，各门限值相应向上调整μ在一个传输时间间隔收到肯定应答(Acknowledgment, ACK)信息,各门限值相应向下调整Δ _。
接收机持续进行接收信噪比的测量和估计，同时根据信噪比的变化，发射机仅可在不同的传输块米用不同的MCS,即在一个传输块内米用同一种MCS。一个TTI内传输一块可解码可检错的数据块。接收机接收一块数据块后，对数据进行解码，并判决解码是否成功。如果成功，发给发射机一个ACK信息，反之，发NACK信息。
假设一个TTI的时长为L，且有N个策略(MCS1,，MCSi,，MCSj，每种策略对应的传输速率按升序排列，分别为取，，Ri,，RmI。每种策略相应的SNR衰落区域为Λ严[Y i，Y i+1)，i =1，，N，策略切换门限按升序排列为{Υι，，γΝ}。假设采用了 Wi次策略MCSi,则平均吞吐RLW,.
%= iw%⑴
其中％表示采用策略MCSi传输Wi次中接收到ACK的次数。
定义事件Ai为采用策略MCSi传输接收到ACK消息。相应地，定义事件^为采用策略MCSi传输接收到NACK消息。事件Ai的概率如下式计算IV1
Pa = Iim (―^)(2)^ , Wj
其中，Ni为在状态i信噪比Yi下的电平交叉率，
显然，&决定了策略MCSi的有效性，同时也可被用来作为QoS的指标。对于非重传系统，事件^的概率为
P; =I-P4 =Ui (3)
其中Pi为策略MCSi的块正确率。对于一个重传系统，&由每次重传时的信噪比、 信道变化率及HARQ、调制方式、编码效率和信噪比分布等决定。但不论重传系统还是非重传系统，信噪比^都是确定MCS的主要参数。设在信噪比下收到NACK的概率为朽;的，则
权利要求
1.一种自适应调制编码和自适应门限调整的联合方法，其特征在于，具体操作步骤如下 步骤一、在SC-FDE自适应基带系统离线状态下，对给定的信道状态进行系统仿真，得到比特误码率与信噪比关系的性能曲线图；根据目标误码率Pe的限制划分信噪比衰落区域[Yi, Y i+1)，并确定调制编码策略的切换门限Yi;通过搜索各信噪比衰落区域内所有满足Pe要求的最优调制编码策略以确定最优调制编码策略切换表，SC-FDE自适应基带系统为块传输系统，执行步骤二 ； 步骤二、判断自适应传输系统中信道分类模块指示当前的三种分量是否同时发生变化，且所述变化均超过设定范围，所述的三种分量分别为信道冲激函数、多径参数和信噪比；判断为否，执行步骤三；判断为是，执行步骤四； 步骤三、执行自适应调制编码方法，通过信噪比估计模块提供的信噪比估计值，在最优调制编码策略切换表中选取与当前信道状态信息匹配的最优调制编码策略，执行步骤五； 步骤四、执行自适应门限调整方法，对最优调制编码策略切换表及调制编码策略的切换门限进行更新，同时执行自适应调制编码方法通过信噪比估计模块提供的信噪比估计值，在更新后的最优调制编码策略切换表中选取与当前信道状态信息匹配的最优调制编码策略，执行步骤五； 步骤五、通过反馈信道将所选最优传输策略同时传递给接收机和发射机，同时系统通过计时器记录该策略的使用时间Ai，所述的发射机和接收机实施所选最优传输策略； 步骤六、计算当前所选最优传输策略的平均持续时间€，得到所述最优传输策略的平均持续时间 步骤七、判断当前最优传输策略的使用时间Ai是否小于或等于该策略的平均持续时间，判断为是，执行步骤八，判断为否，执行步骤二 ； 步骤八、系统不进行新策略的选择及切换，系统以当前最优传输策略进行传输，从此时起，时间经过O 2F后，重复执行步骤七。
2.根据权利要求I所述的一种自适应调制编码和自适应门限调整的联合方法，其特征在于，步骤一所述的信噪比衰落区域[Yi, Yi+1)是通过下述方法确定的以所述目标误码率Pe的值在所述比特误码率与信噪比关系的性能曲线图中做一条平行于横轴的直线，与每种策略的比特误码率与信噪比关系的性能曲线分别得到一个交点，所得到的每个交点对应的横坐标即为传输策略的切换门限Yi,每两个门限间的信噪比范围为信噪比衰落区域[Yi, Y i+i) °
3.根据权利要求I或2所述的一种自适应调制编码和自适应门限调整的联合方法，其特征在于，步骤一所述的通过搜索各信噪比衰落区域内所有满足匕要求的最优调制编码策略以确定最优调制编码策略切换表的具体过程为 搜索信噪比衰落区域内所有满足目标误码率Pe要求的对应信噪比衰落区域的最优传输策略，将所述满足目标误码率Pe要求的最优策略组成最优策略集，并依据该最优传输策略集确定最优传输策略切换表。
4.根据权利要求I所述的一种自适应调制编码和自适应门限调整的联合方法，其特征在于，步骤五所述的最优传输策略为所述SC-FDE自适应基带系统下一传输时间间隔内采用的调制方式和编码方式，所述调制方式和编码方式是根据实际系统的调制解调器和编译码器确定的。
5.根据权利要求I所述的一种自适应调制编码和自适应门限调整的联合方法，其特征在于，步骤四所述的对最优调制编码策略切换表及调制编码策略的切换门限进行更新的具体过程为 根据目标误码率Pe采用公式 Pb=I-(I-Pe)M(13) 获得系统的块误码率Pb，其中，M表示一块数据块中所含的比特数； 再根据系统中信噪比估计方法的精度，选取向上步进值Aup，即可根据公式
6.根据权利要求I所述的一种自适应调制编码和自适应门限调整的联合方法，其特征在于，步骤六中计算当前所选最优传输策略的平均持续时间5的具体过程为 求解最优传输策略的平均持续时间？:采用一个有限状态的马尔可夫模型给出所述解最优传输策略的平均持续时间 ;，该模型将信噪比的衰落为一个离散时间的马尔可夫过程，并且该过程包括由一个状态转移到与其毗邻的状态和保持原状态不变，其转移概率公式为
全文摘要
一种自适应调制编码和自适应门限调整的联合方法，涉及一种自适应调制编码和自适应门限调整的联合方法，属无线电领域。它为了解决AMC方法当信道特性发生较大变化时，其性能会显著下降的问题。针对AMC技术在信道特性发生剧烈变化时存在不足，提出一种自适应调制编码和自适应门限调整联合方法。该方法不仅能够根据当前信道状态信息为自适应系统提供最优传输策略以提高频谱效率，而且当信道特性发生剧烈变化时，可通过调整策略切换门限值方式确保此时仍能进行最优传输。该方法能够提供最优的传输策略以提高频谱效率，同时可以合理地调整门限以适应信道的变化，使通信系统更好地适应无线信道复杂的电磁环境。本发明适用于无线电通信技术上领域。
文档编号H04L1/00GK102932110SQ20121048314
公开日2013年2月13日 申请日期2012年11月23日 优先权日2012年11月23日
发明者谭学治, 于洋, 迟永钢, 马琳, 殷聪, 张闯 申请人:哈尔滨工业大学