专利名称：OFDM中固定吞吐下子带自适应Turbo编码调制法的制作方法
技术领域：
本发明涉及正交频分复用(OFDM)中的自适应编码调制技术。
背景技术：
OFDM技术是目前解决高速无线数据传输的主流技术。目前，OFDM技术已成功应用于非对称用户数据环路(ADSL)、数字视频广播(DVB)以及无线异步传输模式(WATM)系统之中。OFDM技术的原理是将要传输的高速数据用许多个正交的子载波来传输，每个子载波上的数据速率相对较低。与通常的频分复用系统相比，OFDM中子载波的正交交迭使得系统有更高的频谱利用率。OFDM中将整个信号带宽划分为多个很窄的子载波频带，由于每个子载波带宽小于信道的相干带宽，从而是平坦衰落。这样，与单载波系统相比，OFDM中的均衡要容易实现的多。
为了提高无线系统的频谱利用率，衰落信道的高速无线数据传输要求采用自适应、高频谱利用率的传输技术。
Turbo编码调制是一种高频谱利用率的编码调制技术。1993年Berrou等人提出的Turbo码由于其独特的编码结构和迭代译码的思想，使得其具有了接近香农容量理论值的性能。一定的编码结构和译码迭代次数下，在白高斯噪声(AWGN)信道下与信道容量极限的差距可小于1dB。之后，又有多人先后提出了几种二进制Turbo码与高进制调制相结合的方法，称为Turbo编码调制，用于有效提高系统的频谱利用率。1994年，S.L.Goff等人首先提出了二进制Turbo码级联格雷映射多进制调制的方法。接着，Wachsmann又提出了一种将Turbo码作为多级编码(MLC)分量码的方法。S.Benedetto提出了并行级联网格编码调制(PCTCM)的结构，P.Robertson提出了一种采用Ungerboeck网格码作为Turbo码分量码以及符号交织的方法。
在衰落信道中，与固定编码调制相比，自适应调制与编码(AMC)技术可以有效的提高系统的吞吐和误码率(BER)性能。这里所谓的吞吐指的就是系统的频谱利用率，也就是单位频谱带宽在单位时间内传输的信息量。AMC技术的基本思路是根据当前的信道特性自适应的变化发送功率、符号传输速率、星座大小、编码效率和编码机制中的一种或者多种。在不牺牲BER的前提下，在信道条件好时多传一些信息，提高频谱利用率，在信道条件差时降低吞吐量来保证一定的BER要求。Steele和Webb在1995年中提出的自适应正交幅度调制(AQAM)技术，可以获得比固定QAM调制好5dB的性能增益。而在瑞利衰落信道中，根据水库模型同时变速率和变功率的调制，可以获得比固定调制好20dB的性能增益。接着，Goldsmith在自适应调制的基础上引入了网格编码调制(TCM)，用于进一步提高系统的频谱利用率。近年来，人们对AMC技术与OFDM的结合进行了研究。对OFDM中每个子载波进行变功率自适应调制，根据每个子载波上信道特性的不同为其分配不同的发送功率和调制方式。与固定调制相比，在相同的吞吐性能下可以获得相当大的信噪比(SNR)增益。接着，如果引入了自适应网格编码调制(ATCM)，还可以进一步提高了系统的频谱利用率。但是，它们都假设发端完全知道每个子载波的信道特性，而在实际的闭环自适应中，发端的自适应信息来自于收端的反馈，因此逐子载波自适应在实际系统中需要很大的反馈信息。为了减少系统的反馈开销，Hanzo提出了一种基于固定门限的子带自适应调制方法。其中将OFDM中所有子载波划分为若干子带，频域上相邻若干子载波称为一个子带。在自适应中，根据每个子带内子载波的最低SNR与各种调制方式下的SNR门限相比较，对每个子带选取同一种调制方式。这样，由于同一个子带采用相同的调制方式，从而可以大大降低收端向发端的反馈信息量。但是，Hanzo的子带自适应中仅仅考虑了自适应调制，而没有给出如何将子带自适应调制与自适应编码相结合的有效方法。
在相同的发射功率下，与固定编码调制技术相比，AMC技术可以有效的提高系统的吞吐性能。而对于一些要求恒定吞吐的业务，比如语音业务，采用AMC技术则可以达到有效降低发射功率的目的。
本发明的目的是提供了一种用于OFDM中，在恒定目标吞吐和目标BER限制下，利用子带自适应Turbo编码调制降低系统总发射功率的方法。也就是说，通过为OFDM中每个子带内不同的传输比特数以及发送功率的分配，达到降低系统总发射功率的目的。而所谓恒定目标吞吐和目标BER限制，要求的是各子带内的总传输比特数等于系统目标吞吐，且接收端BER低于目标BER。因此，本发明要解决的问题就是如何分配每个子带内的发射功率和传输比特数目的问题。对于分配子载波的发射功率，可以有这样几种方法一是每个子载波发射功率不同，二是一个子带内所有子载波发射功率相同，而子带间不同，三是一个OFDM符号内所有子载波发射功率相同，而符号间不同。由背景知识可知，在实际的闭环自适应中，发端的自适应信息来自于收端的反馈，因此发送功率的信息亦来自收端的反馈信息。对于第一种每个子载波发射功率不同的情况，也就是逐个子载波自适应的情况，在实际系统中需要很大的反馈信息，无法实现。而第二种和第三种功率分配所需的反馈信息要小的多，易于实现。因此我们只考虑这两种分配功率的情况。
发明内容
本发明的目的是提供了一种用于OFDM中固定吞吐要求下的子带自适应Turbo编码调制的方法，其目标是在恒定吞吐和目标BER限制下，优化系统总发射功率。本发明中在子带自适应编码调制中引入连续速率的Turbo编码调制，用于进一步降低系统的总发射功率。同时，与逐子载波变功率AMC相比，我们提出的基于固定吞吐的逐子带变功率和逐符号变功率两种子带自适应方法还可以大大降低系统的反馈开销和实现复杂度。
本发明的主要思路是从自适应结构上来说，对时域上相邻若干个OFDM符号中频域上同一子带内的子载波进行联合的编码。由于Turbo编码调制中，要获得优异的性能需要较长的编码块，而单纯一个OFDM符号内每个子带内的子载波数目有限。而且时域相邻OFDM符号信道特性也有一定的相关性，因此在自适应Turbo编码调制中，为了增加Turbo编码块的长度，我们对相邻若干OFDM符号中频域上同一子带内的子载波进行联合的编码调制。也就是说，一个自适应编码块包括时域上M个相邻OFDM符号中的N·M个相邻子载波，其中N为频域上一个子带内子载波个数，参见图1；每个子带内采用连续速率的Turbo编码调制方法。Turbo编码调制本身是一种高频谱利用率的传输技术，采用Turbo编码调制技术，可以获得很高的编码增益，在固定目标吞吐下进一步降低系统的总发射功率。而所谓的连续速率的Turbo编码调制，则利用了Turbo编码可以连续凿孔和任意重复的特性，实现任意长度编码块的Turbo编码。也就是说，每个子带内可以传输任意长度的信息，从而满足了系统任意目标吞吐量的要求。
固定吞吐和目标BER限制下变子带发送功率的自适应算法。所谓的变子带发送功率，指的是在一个OFDM符号内，每个子带上的发送功率有所不同，但同一子带内的子载波功率相同。这样在逐子带变功率自适应中，对每个子带来说，收端需要反馈两个数值给发端，分别表示该子带的发送功率以及传输比特数目。与逐个子载波变功率相比，其反馈开销将大大降低。在逐子带自适应中，采取连续的块分配算法，具体方法是这样的在比特分配之前，每个子带所分配的发射功率均为0。首先将总目标吞吐，也就是所有子带需传输的总比特数等分成若干比特块，假设表示成B0，…，BK-1，将N个子带表示成S0，…，SN-1。最后分配的目标就是将每个比特块分配到合适的子带内传输，而在目标BER下所需的所有子带上的发射功率之和最小。首先分配比特块B0，对于每个子带来说，要多传输一个比特块必须要增加一定的发射功率，才能满足接收端目标BER的要求。而由于OFDM中每个子带内的信道特性不同，即使传输相同的比特数，各个子带所需的最小发射功率也不相同。通过计算子带S0，…，SN-1传输比特块B0，在满足接收端BER下，所需增加的最小发射功率，确定B0的归属。即是假设所有子带中，Sj内传输B0所需增加的发射功率最小，则将B0分配到子带Sj内传输。B0分配完毕，接下来是B1，依次分配完所有比特块。当然，其最后分配的结果会有多种情况，某个子带内有可能传输多个比特块，也有可能一个比特块也不传。与在所有子带内分配相同数目的比特数相比，根据每个子带内信道特性，为不同的子带内分配合适的不同数目的传输比特，可以在保证接收端目标BER的前提下，有效的降低系统总的发射功率。前面在确定每个比特块的归属时，需要比较不同子带传输相同比特块所需的发射功率大小，也就是要计算每个子带内传输一定长度比特，而在接收端能够达到目标BER，所需的发射功率的问题。对于Turbo编码调制来说，目前我们无法给出一个误码率BER与信噪比SNR关系的确切表达式，也就是说不好根据子带内的信道特性以及发射功率，准确的计算接收BER。在此，我们采用信道倒置的准则，对达到目标BER所需发送功率进行估计。所谓信道倒置准则，就是说发送功率与信道特性成反比，从而保持接收SNR的恒定。采用信道倒置准则下，由于接收端目标BER下所需的恒定的接收SNR可知，比如可以通过软件仿真来确定，信道特性亦已知，则根据发送功率与信道特性反比这一特点，可以求得所需的发送功率。逐子带自适应中，我们要求子带内的发送功率恒定，因此，我们最后将每个子带内按信道倒置准则所计算出来的各个子载波的发送功率平均后作为该子带内统一的发送功率。子带内发送功率平均下，目标BER的满足是基于以下三个事实。一是子带内信道特性的相关性很强；二是Turbo编码调制本身具有很强的分集能力；三是在总发射功率一定的情况下，平均分配发送功率下的信道容量要高于按信道倒置准则下的信道容量。逐子带自适应中，每个子带需要反馈一个发送功率值和一个传输比特长度数值。为了进一步减少反馈信息量，还可以考虑下面的变符号发送功率的算法。
恒定吞吐，目标BER下的变符号发送功率自适应算法。此时一个OFDM符号内各个子载波发送功率相等，不同OFDM符号之间发送功率不同。变符号发送功率时，每个符号内只需要反馈一个功率值，与前面的变子带发送功率相比，进一步减少了系统反馈开销。变符号发送功率自适应中，根据系统的吞吐要求和信道特性确定符号内总的发送功率，再根据各子带内的信道特性确定各自的传输比特数。
本发明所述的逐子带变功率自适应Turbo编码调制法，其特征在于它是一种在恒定吞吐和目标误码率BER限制下，采取连续块分配方式的逐子带变功率自适应Turbo编码调制方法，所述的逐子带变功率是指在一个OFDM符号内，不同子带上的发送功率不同，但同一子带内的各子载波的发送功率相同，在用现有Turbo编码调制结构操作时，所述的方法依次按以下步骤进行(1)设定下述参数Nc子载波总数，Nb子带总数，Rb平均分配在每个子载波上目标吞吐量，简称目标平均吞吐量，则Nc·Rb为总的目标吞吐量，BERtarget目标BER，Sj第j个子带内每个子载波上发送功率，它对同一子带内所有子载波都是相同的，bj第j个子带内，每个子载波上每次分配后得到的现有吞吐量，是个变量，Hj，k第j个子带中，第k个子载波上的信道频域响应SBER(b)在AWGN信道中，发送b个比特下，满足接收端BER要求时所需的最低接收功率，假设噪声功率给定Δb采取连续块分配方式时，每次分配到每个子载波上的吞吐粒度，即每次分配比特块的长度除以每个子带内子载波的数目所得数值，也即每次分配中每个子载波上增加的平均吞吐量bmax实际编码调制参数限制下每个子载波上的最大吞吐量自适应的目标平均以后，最终分配到各个子带内每个子载波上的吞吐量等于目标平均吞吐量Rb，即1NbΣj=1Nbbj=Rb,]]>且误码率BER≤BERtarget(2)初始化初始时bj＝0，Si＝0，j＝1..Nb；(3)对所有子带上要传输的所有比特进行分块，每块所含比特数为Δb·Nc/Nb，分别表示为B0，…，BK-1块，其中Δb为分配每个比特块到每个子带上时每个子载波上增加的平均吞吐量，Nc/Nb为每个子带内的子载波数目；(4)对于Bo，…，BK-1块比特集合而言，对于任意一个Bi，需要从所有N个子带中找出一个在保证接收目标BER下，传输Bi所需增加的发送功率最小的子带，也即要根据下述公式依次求出每一个子带传输比特块所需增加的发送功率ΔSi
ΔSj=Σk=1Nc/NbSBER(bj+Δb′)-SBER(bj)|Hj,k|2j∈J]]>其中，Δb′=min{Δb,Nb·Rb-Σj=1Nbbj}.]]>Δb′是把Bi分配到任一个子带时每个子载波上增加的平均吞吐量，Nb·Rb-Σj=1Nbbj]]>项为分配上一个比特块以后，可供本次分配的剩余吞吐量。
同时，还要满足以下约束每个子载波上的最大吞吐量为bmax。这样参与Δb′分配的子带的集合即为J＝{j|bj≤bmax-Δb′}。其中，bmax为每个子载波上分配的最大吞吐量，它受实际调制参数的限制；再在参与比特块Bi分配的子带集合J中，在保证接收目标BER下，找出一个传输Bi所需增加发送功率最低的子带j*，即j*=argmin∀j∈JΔSj]]>则把该比特块Bi分配到子带内j*传输，同时更新子带j*内每个子载波上的吞吐量bj*，bj*＝bj+Δb′；(5)判断所有要传输的比特块是否已经分配完毕，即1NbΣj=1Nbbj=Rb]]>是否成立。如果等式不成立，则转到步骤(4)，进行下一个比特块分配；如果等式成立，则全部比特和功率分配结束。{bj}即为最终分配得到的第j个子带内每个子载波上的总吞吐数值。
每个子载波的发射功率为Sj=NbNcΣk=1Nc/NbSBER(bj)|Hj,k|2---j=1..Nb]]>本发明所述的逐符号变功率自适应Turbo编码调制法，其特征在于它是一种在恒定吞吐和目标误码率BER限制下，采取逐符号变功率自适应Turbo编码调制方法，所述的逐符号变功率是指不同OFDM符号间发送功率不同，而同一OFDM符号内所有子载波上的发送功率相同。用现有Turbo编码调制结构操作时，所述的方法依次含有以下步骤(1)设定下述参数Nc子载波总数，Nb子带总数，Rb平均分配在每个子载波上目标吞吐量，简称目标平均吞吐量，则Nc·Rb为总的目标吞吐量，BERtarget目标BER，Sj第j个子带内每个子载波上发送功率，它对同一子带内所有子载波都是相同的，bj第j个子带内，每个子载波上每次分配后得到的现有吞吐量，是个变量，Hj，k第j个子带中，第k个子载波上的信道频域响应SBER(b)在AWGN信道中，发送b个比特下，满足接收端BER要求时所需的最低接收功率，假设噪声功率给定Δb采取连续块分配方式时，每次分配到每个子载波上的吞吐粒度，即每次分配比特块的长度除以每个子带内子载波的数目所得数值，也即每次分配中每个子载波上增加的平均吞吐量bmax实际编码调制参数限制下每个子载波上的最大吞吐量自适应的目标平均以后，最终分配到各个子带内每个子载波上的吞吐量等于目标平均吞吐量Rb，即1NbΣj=1Nbbj=Rb,]]>且误码率BER≤BERtarget；(2)采用信道倒置准则计算Nb个子带内，每个子载波上的接收功率 S^j=SNbNcΣk=1Nc/Nb1|Hj,k|2---j=1..Nb]]>其中，S为该OFDM符号内每个子载波上的发送功率；(3)整个符号内的平均吞吐量为1NbΣj=1Nbbj=1NbΣj=1NbSBER-1(S^j)]]>其中，SBER-1(·)是SBER(·)的反函数，它表示在AWGN中，采用Turbo编码调制在目标BER下，接收功率给定时的最大吞吐量。如果等式1NbΣj=1Nbbj=Rb]]>不成立，则执行下一步；(4)调整OFDM符号内每个子载波上的发送功率S，使得1NbΣj=1Nbbj=Rb;]]>(5)得到最终分配第j个子带内每个子载波上分配的吞吐量{bj}，以及每个子载波上的发送功率S。
仿真试验表明它节省了发射功率，也即获得了信噪比增益，同时可以满足各种目标吞吐的需要，而且大大降低了系统的反馈开销和实现复杂度。
图1联合编码块示意图。
图2本发明使用的Turbo编码调制结构。
图3本发明所述方法的程序流程框图。
具体实施例方式
我们的基于连续块分配、变子带发射功率的思路是这样的在最初，每个子带上分配的传输比特数目和发送功率皆为0。首先对所有子带上要传输的所有比特进行分块，前面每个比特块的长度均为Δb·Nc/Nb，意即分配每个比特块时子载波上增加的平均吞吐量均等于吞吐粒度Δb，Nc/Nb指的是每个子带内的子载波数目。由于要传输比特的总长度不一定能被Δb·Nc/Nb整除，所以最后一个比特块的长度为总长度除以Δb·Nc/Nb的余数。当然，如果能整除的话，最后一个比特块的长度应为Δb·Nc/Nb。然后逐个逐个的为每个比特块选择合适的子带进行传输，并且计算所需的发射功率。在每次分配开始，还要判断待分配的比特块是否到了最后一块，其长度是多少。另外，由于每个子载波还有一个最大吞吐量bmax的限制，所以在每次分配开始，还要判断一下有哪些子带不能参与该比特块的分配，因为如果最后把该比特块分配到这些子带内传输的话，每个子载波上的吞吐量就超出了bmax的限制，带来在实际中的不可实现。确定好参与分配的比特块的长度以及可以参与这次分配的子带的范围后，接着就是利用信道倒置的准则计算这些子带要传输该比特块，在接收端目标BER的要求下，各自所需增加的发射功率。然后选取所需增加发射功率最小的子带，并将比特块分配到该子带内传输。在每次分配结束，都要判断一次所有比特块是否已分配完毕，也即1NbΣj=1Nbbj=Rb]]>是否成立。如果成立，则所有分配结束，否则进行下一个比特块的分配。全部分配结束后，可以根据最终的比特分配结果计算最终的每个子带内所需的在满足接收端目标BER要求下的发射功率数值。
本专利申请中给出了固定吞吐和目标BER限制下的两种自适应算法变子带发送功率的自适应算法，和变符号发送功率的自适应算法。两种算法可以分别满足系统对自适应复杂度和反馈开销的不同要求。
该方法中使用的Turbo编码调制结构见图2。在编码调制中，前端是一个标准的二进制Turbo编码器，编码器输出信息位dk，1Ldk，m-m％，和校验位ck，11Lck，m-m％1，ck，12Lck，m-m％2。然后将其输出经凿孔和交织后再进行多进制调制，多进制符号采用格雷映射。假设符号星座点数为M＝2m，在k时刻调制前的比特序列为{uk，i}，i＝1...m，调制符号输出为{Ak，Bk}。在接收端，先对接收复数符号{Xk，Yk}进行解调，计算出每个传输比特的似然比，再采用二进制Turbo码的译码算法进行译码。
具体说来，固定吞吐和目标BER限制下变子带发送功率的自适应算法包括以下几个步骤，见图31)初始时，每个子带内分配的吞吐量bj＝0，发射功率Si＝0，j＝1..Nb，其中Nb为子带总数。
2)计算下一次新比特块的分配中，分配到每个子载波上的平均吞吐量数值Δb′。Δb′选取吞吐粒度和分配剩余吞吐的较小值Δb′=min{Δb,Nb·Rb-Σj=1Nbbj}]]>3)由于每个子载波上分配的最大吞吐量受实际调制参数的限制，则用J＝{j|bj≤bmax-Δb′}表示还可以参与下次分配的子带的集合。然后计算各个子带子载波在递增吞吐Δb′时所需递增的发射功率ΔSj=Σk=1Nc/NbSBER(bj+Δb′)-SBER(bj)|Hj,k|2j∈J]]>4) 表示在参与分配的子带集合J中，在保证接收端目标BER下，子带j*内传输该比特块所需增加的发射功率最低，则将该比特块分配到子带j*内传输。然后更新子带j*内的每个子载波上的吞吐量数值bj*，bj*＝bj+Δb′。
5)判断所有要传输的比特是否已经分配完毕，即等式1NbΣj=1Nbbj=Rb]]>是否成立。如果等式不成立，则转到2)，进行下一个比特块的分配；如果等式成立，则全部比特和功率分配结束。{bj}为最终分配的第j个子带内每个子载波上的吞吐数值，其中的每个子载波的发射功率为Sj=NbNcΣk=1Nc/NbSBER(bj)|Hj,k|2---j=1..Nb]]>至此，全部的比特分配结束。
另外，对于固定吞吐和目标BER限制下变符号发送功率的自适应算法，分为以下几个步骤1)首先，假设该OFDM符号内每个子载波的发送功率均为为S。则在子带内总发射功率为NbS下，采用信道倒置准则计算出的接收功率为
S^j=SNbNcΣk=1Nc/Nb1|Hj,k|2---j=1..Nb]]>2)由此，整个符号内的平均吞吐量为1NbΣj=1Nbbj=1NbΣj=1NbSBER-1(S^j)]]>其中，SBER-1(·)是SBER(·)的反函数，它表示在AWGN中，采用Turbo编码调制在目标BER下，接收功率给定时的最大吞吐量。
3)调整发送功率S直至1NbΣj=1Nbbi=Rb]]>式成立。最后所得的S即为该OFDM符号内每个子载波上的发射功率，bj为第j个子带内每个子载波上分配的传输吞吐量。
现举例说明如下以下结果来自计算机软件仿真，计算机操作系统为windows2000，仿真软件采用matlab。
假设OFDM系统信道带宽为10MHz，等分为1024个子载波。时域上一个时隙包含8个OFDM符号，长度为1ms。信道采用M.1225车载信道模型A，其六径最大时延约为2.5μs。目标BER为10-4。子带自适应中频域划分为16个子带，每个子带内的子载波数为1024/16＝64。时域联合编码的符号数M＝8，参见图1。这样一个编码块内包含子载波数为512。Turbo编码调制采用当前复杂度最低的一种通用结构，即二进制Turbo码与多进制调制相级连的结构，参见图2。Turbo码的分量递归系统卷积(RSC)多项式为(13，11)，不同效率Turbo码由1/3码校验位均匀凿孔而得。译码采用4次迭代，最大后验概率(MAP)算法。调制方式选取两种，分别是8PSK和64QAM。自适应算法中每次分配的吞吐粒度Δb选取为1bit/s/Hz。
通过软件仿真可见，相对于固定Turbo编码调制来说，采用本专利申请中的变子带发送功率的自适应技术可以获得很大的SNR增益。在目标BER为10-4下，目标吞吐量分别为1、2、和3bits/s/Hz时，采用固定Turbo编码调制所需的SNR分别为13.5dB、18.5dB和23dB，而采用该变子带发送功率的自适应技术下所需的SNR分别为6dB、11.5dB和16dB。相比而言，新的方法节省了发射功率，带来的SNR增益分别约为7.5dB、7dB和7dB。另外，如果采用本专利申请中的变符号发送功率的自适应技术的话，亦有5dB以上的SNR增益。
本专利申请中的编码调制采用了目前复杂度最低的一种通用Turbo编码调制结构，其结构如图2所示。在其编码调制中，前端是一个标准的二进制Turbo编码器，编码器输出信息位dk，1L dk，m-m％，和校验位ck，11Lck，m-m％1，ck，12Lck，m-m％2。然后将其输出经凿孔和交织后再进行多进制调制，多进制符号采用格雷映射。假设符号星座点数为M＝2m，在k时刻调制前的比特序列为{uk，i}，i＝1...m，调制符号输出为{Ak，Bk}。在接收端，先对接收复数符号{Xk，Yk}进行解调，计算出每个传输比特的似然比，再采用二进制Turbo码的译码算法进行译码。
由此可见，本发明有如下优点1)可以获得更大的SNR的增益。采用逼近信道容量的Turbo编码调制，使得可以获得更加优异的自适应吞吐性能。
2)可以满足各种目标吞吐的要求。采用了基于连续速率的编码方法，使得比特的分配更加灵活。
可以降低系统反馈开销。本发明中提出的两种变功率的方法，一种是逐个子带变功率，一种是逐个符号变功率。这两种方法与逐子载波变功率的自适应相比，可以大大降低系统的反馈开销和实现复杂度。
权利要求
1.OFDM中固定吞吐下子带自适应Turbo编码调制法，对时域上相邻M个OFDM符号中频域上同一子带内N个子载波进行联合编码，而在每个子带内采用连续速率的Turbo编码调制，其特征在于它是一种在恒定吞吐和目标误码率BER限制下，采取连续块分配方式的逐子带变功率自适应Turbo编码调制方法，所述的逐子带变功率是指在一个OFDM符号内，不同子带上的发送功率不同，但同一子带内的各子载波的发送功率相同，在用现有Turbo编码调制结构操作时，所述的方法依次按以下步骤进行(1)设定下述参数Nc子载波总数，Nb子带总数，Rb平均分配在每个子载波上目标吞吐量，简称目标平均吞吐量，则Nc·Rb为总的目标吞吐量，BERtarget目标BER，Sj第j个子带内每个子载波上发送功率，它对同一子带内所有子载波都是相同的，bj第j个子带内，每个子载波上每次分配后得到的现有吞吐量，是个变量，Hj，k第j个子带中，第k个子载波上的信道频域响应SBER(b)在AWGN信道中，发送b个比特下，满足接收端BER要求时所需的最低接收功率，假设噪声功率给定Δb采取连续块分配方式时，每次分配到每个子载波上的吞吐粒度，即每次分配比特块的长度除以每个子带内子载波的数目所得数值，也即每次分配中每个子载波上增加的平均吞吐量bmax实际编码调制参数限制下每个子载波上的最大吞吐量自适应的目标平均以后，最终分配到各个子带内每个子载波上的吞吐量等于目标平均吞吐量Rb，即1NbΣj=1Nbbj=Rb,]]>且误码率BER≤BERtarget；(2)初始化初始时bj＝0，Sj＝0，j＝1..Nb；(3)对所有子带上要传输的所有比特进行分块，每块所含比特数为Δb·Nc/Nb，分别表示为B0，…，BK-1块，其中Δb为分配每个比特块到每个子带上时每个子载波上增加的平均吞吐量，Nc/Nb为每个子带内的子载波数目；(4)对于B0，…，BK-1块比特集合而言，对于任意一个Bi，需要从所有N个子带中找出一个在保证接收目标BER下，传输Bi所需增加的发送功率最小的子带，也即要根据下述公式依次求出每一个子带传输比特块所需增加的发送功率ΔSjΔSj=Σk=1Nc/NbSBER(bj+Δb′)-SBER(bj)|Hj,k|2---j∈J]]>其中，Δb′=min{Δb,Nb·Rb-Σj=1Nbbj}.]]>Δb′是把Bi分配到任一个子带时每个子载波上增加的平均吞吐量，Nb·Rb-Σj=1Nbbj]]>项为分配上一个比特块以后，可供本次分配的剩余吞吐量。同时，还要满足以下约束每个子载波上的最大吞吐量为bmax。这样参与Δb′分配的子带的集合即为J＝{j|bj≤bmax-Δb′}。其中，bmax为每个子载波上分配的最大吞吐量，它受实际调制参数的限制；再在参与比特块Bi分配的子带集合J中，在保证接收目标BER下，找出一个传输Bi所需增加发送功率最低的子带j*，即j*=argmin∀j∈JΔSj]]>则把该比特块Bi分配到子带内j*传输，同时更新子带j*内每个子载波上的吞吐量bj*，bj*＝bj+Δb′；(5)判断所有要传输的比特块是否已经分配完毕，即1NbΣj=1Nbbj=Rb]]>是否成立。如果等式不成立，则转到步骤(4)，进行下一个比特块分配；如果等式成立，则全部比特和功率分配结束。{bj}即为最终分配得到的第j个子带内每个子载波上的总吞吐数值。每个子载波的发射功率为Sj=NbNcΣk=1Nc/NbSBER(bj)|Hj,k|2---j=1..Nb]]>
2.OFDM中固定吞吐下子带自适应Turbo编码调制法，对时域上相邻M个OFDM符号中频域上同一子带内N个子载波进行联合编码，而在每个子带内采用连续速率的Turbo编码调制，其特征在于它是一种在恒定吞吐和目标误码率BER限制下，采取逐符号变功率自适应Turbo编码调制方法，所述的逐符号变功率是指不同OFDM符号间发送功率不同，而同一OFDM符号内所有子载波上的发送功率相同。用现有Turbo编码调制结构操作时，所述的方法依次含有以下步骤(1)设定下述参数Nc子载波总数，Nb子带总数，Rb平均分配在每个子载波上目标吞吐量，简称目标平均吞吐量，则Nc·Rb为总的目标吞吐量，BERtarget目标BER，Sj第j个子带内每个子载波上发送功率，它对同一子带内所有子载波都是相同的，bj第j个子带内，每个子载波上每次分配后得到的现有吞吐量，是个变量，Hj，k第j个子带中，第k个子载波上的信道频域响应SBER(b)在AWGN信道中，发送b个比特下，满足接收端BER要求时所需的最低接收功率，假设噪声功率给定Δb采取连续块分配方式时，每次分配到每个子载波上的吞吐粒度，即每次分配比特块的长度除以每个子带内子载波的数目所得数值，也即每次分配中每个子载波上增加的平均吞吐量bmaz实际编码调制参数限制下每个子载波上的最大吞吐量自适应的目标平均以后，最终分配到各个子带内每个子载波上的吞吐量等于目标平均吞吐量Rb，即1NbΣj=1Nbbj=Rb,]]>且误码率BER≤BERtarget；(2)采用信道倒置准则计算Nb个子带内，每个子载波上的接收功率 S^j=SNbNcΣk=1Nc/Nb1|HJ,K|2---j=1..Nb]]>其中，S为该OFDM符号内每个子载波上的发送功率；(3)整个符号内的平均吞吐量为1NbΣj=1Nbbj=1NbΣj=1NbSBER-1(S^j)]]>其中，SBER-1(·)是SBER(·)的反函数，它表示在AWGN中，采用Turbo编码调制在目标BER下，接收功率给定时的最大吞吐量。如果等式1NbΣj=1Nbbj=Rb]]>不成立，则执行下一步；(4)调整OFDM符号内每个子载波上的发送功率S，使得1NbΣj=1Nbbj=Rb;]]>(5)得到最终分配第j个子带内每个子载波上分配的吞吐量{bj}，以及每个子载波上的发送功率S。
全文摘要
OFDM中固定吞吐下子带自适应Turbo编码调制法属于正交频分复用自适应编码调制领域，其特征在于它是一种在恒定吞吐和目标误码率下，采取连续块分配方式的逐子带变功率自适应方法，即在一个OFDM符号内，不同子带的发送功率不同，但同一子带内各子载波的发送功率相同；同时，还提出了一种逐符号变功率的自适应方法，不同符号的发送功率不同，但同一符号内各子载波的发送功率相同。其中，每一个自适应编码块包括时域上M个相邻OFDM符号中的N·M个相邻子载波，N为频域上一个子带内子载波数，而每个子带内采用连续速率的Turbo编码调制。采用该自适应方法节省发送功率，降低反馈开销，且易于实现。
文档编号H04J11/00GK1545232SQ200310113528
公开日2004年11月10日 申请日期2003年11月14日 优先权日2003年11月14日
发明者周世东, 王京, 佘小明, 赵明, 许希斌, 粟欣 申请人:清华大学