一种正交频分复用通信系统的双参数自适应调制方法
【专利摘要】该发明属于正交频分复用通信系统双参数自适应调制方法，包括：系统的总PER等参数的设置，系统当前段PER和当前总PER的接收、处理，调整OFDM系统的调制方式，调整段PER上、下门限，变更系统当前运行的调制方式并将当前段PER的上、下门限值作为下次调整的基础。该发明由于采用系统当前的总误块率和段误块率两参数作为判断的依据，浮动式的自适应地调整段误块率的上、下门限，在数据传输过程中更适应信道的变化情况，实时改变系统的调制方式，使系统总误块率满足指标要求，加之本调制方法不需要信噪比估计，因而具有调制方法简单、系统的性能好，可在确保信息传输可靠性的同时进一步提升系统频谱效率，有利于工程的实际应用等特点。
【专利说明】一种正交频分复用通信系统的双参数自适应调制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及信号处理和通信【技术领域】，特别是在正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)通信系统中采用双参数的自适应调制方法，该 方法可根据当前的系统状态实时改变系统调制方式。
【背景技术】
[0002] 作为未来通信的关键技术，0FDM技术成为了通信研究领域的热点，将0FDM技术与 自适应调制技术相结合是这个研究领域的一个重要课题。在无线通信中，信道的特性是随 时间变化的，此时如何有效地利用有限的频带资源是一个重要的研究方向。自适应调制是 一种提高频谱利用率的技术，它可根据信道特性的变化而自适应地改变系统的调制参数， 以达到提高系统频谱效率和最大化平均吞吐量的目的。
[0003] 传统的基于固定门限的自适应调制算法（Adaptive Modulation Techniques for Duplex OFDM Transmission[J], IEEE Trans. On Vehicular technology, vol. 49, no. 5, pp. 1893-1906, 2000)，以信道质量一信噪比（Signal to Noise Ratio, SNR)作为判断的依据， 一般通过设置调制方式切换所需要的SNR门限值，与估计得到的SNR相比较，进而给出调制 方式。图1为传统的基于固定门限自适应调制的0FDM系统结构框图，该系统中，发射机： 用户的信息比特（1)经QAM调制（2)得到调制信号向量，调制处理后的信号经0FDM符号生 成（3)、D/A变换（4)、上变频（5)等处理后进行发射；发射后的信号经过无线信道（6)到达 接收机；接收机：接收机将接收到的信号，经过下变频处理（7)、A/D变换（8)得到基带（接 收）信号，基带（接收）信号通过解0FDM符号处理（9)得到数据信号，数据信号经QAM解 调（10)后还原为发射后的比特信号，该比特信号再经过误块率统计（11)处理可以得到系 统的误块率情况；经过步骤（9)处理得到的数据信号经过信噪比估计（12)可以得到估计出 的信号SNR，调制方式切换门限（13)输出SNR门限，经（12)估计出的SNR和经（13)得到的 SNR门限经调制方式选择（14)处理后得到下一次系统工作的调制方式，分别送至QAM调制 (2)和QAM解调（10)，完成系统的自适应调制处理。
[0004] 上述基于固定门限的0FDM自适应调制技术根据信道质量的变化，自适应地改变 系统的调制方式，在满足系统误码率指标的约束条件下，若信道状况较好，就选择高阶的调 制方式，若信道状况较差，则选择低阶的调制方式，其调制方式是由估计的SNR和SNR门限 决定的，即影响调制方式选择的主要两个因素为：一是SNR门限的设置，二是SNR估计误差。 其优点在于当SNR估计很准确时，系统误块率和系统频谱效率性能较好，但此方法存在明 显的缺点：一是需要进行SNR估计、从而增加了系统复杂度；二是SNR估计的误差影响调制 方式选择的准确性；三是在变化的无线信道环境中，信道特性随着时间而变化，在不同的信 道条件下，相同误码率所要求的SNR门限并不相同，难以设置理想的SNR门限；因而此类方 法存在固定调制门限的方法中SNR门限值的选择难度大、SNR估计误差对系统性能影响大、 自适应调制方法复杂，频谱效率低等缺陷。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是针对【背景技术】存在的缺陷，研究设计一种正交频分复用通信系 统的双参数自适应调制方法，该方法基于系统的段误块率和总误块率两个误块率（Packet Error Rate，PER)参数完成系统的自适应调制，并且采用浮动式的自适应门限，以克服传统 固定门限的方法中需信噪比估计、SNR门限的选择困难及SNR估计误差对系统性能的影响； 从而达到简化调制方法，有效提高系统的性能，在确保通信系统数据传输可靠性的同时进 一步提升系统频谱效率等目的。
[0006] 本发明的解决方案是在0FDM发射机和接收机工作的基本流程保持不变的条件 下，在系统的双参数自适应调制处理模块中以系统的总误块率（长时间内的累计误块率， 简称总PER)作为指标，采用系统的段误块率（某一段时间内的误块率，简称段PER，）和总 误块率（总PER)这两个参数作为调整调制方式的依据，在通信过程中根据信道的变化实时 改变系统调制方式的自适应调制，从而实现其发明的。
[0007] 现对本发明所述采用双参数自适应调制方法的原理及依据阐述如下：
[0008] 图2为本发明基于双参数自适应调制的0FDM系统原理方框图，误块率（PER)统计 模块可得到系统当前的段PER和总PER，输送到双参数自适应调制模块处理、其输出的调制 方式再经QAM调制和QAM解调处理以实时变更当前的调制方式。
[0009] 本发明采用的调制方式包括：BPSK、〇?51(、8〇41、16〇41、32〇41、64〇41(每一种调制 方式对应的调制级别依次为：1、2、3、4、5、6级），而各调制级别对应的调制阶数依次为2、4、 8、16、32、64，每次调整都是将调制级别降低一级或者升高一级；在一定的信噪比下，调制级 别每降低一级，信息传输速率将会降低、系统频谱效率也会降低，但PER会下降，当最低级 别调制方式都无法满足系统可靠性的要求时，则输出增加系统功率指令；而调制级别每升 高一级，信息传输速率将会提高、系统频谱效率也会增大，但PER会提高，当在最高级别的 调制方式下，若系统总PER仍很低，则输出降低系统功率指令；因此本发明自适应调制的本 质是：当总PER和段PER都较大时，通过降低调制级别来降低PER，但牺牲了系统频谱效率； 当总PER较小时，通过升高调制级别来提高系统频谱效率；其余情况则不调整调制方式；调 整目的是使系统在满足总PER指标条件下、达到系统频谱效率的最大化。
[0010] 本发明在系统运行中，不仅调制级别在实时地改变，段PER的上、下门限也在自适 应地调整。在调整段PER的上或下门限时，段PER的下门限或上门限将同步变化。该调整 的目的是：使得段PER与其上、下门限的关系尽可能和总PER与其上、下门限的关系保持一 致。
[0011] 调整段PER上、下门限的原因：因为总PER是长期累计的结果，而段PER仅仅反映 当前很短一段时间内的误块率；与段PER相比，总PER表现出了一定的"滞后性"。本方法 采用浮动式的自适应调整段PER的上、下门限，使其更合理地适应信道的变化情况，确保总 PER能满足系统可靠性的要求。
[0012] 附图3即为本发明正交频分复用通信系统的双参数自适应调制方法的流程方框 图。
[0013] 因而本发明方法包括：
[0014] 步骤A.参数的设置：根据系统的可靠性要求，设定系统的总PER指标，并设定总 PER上、下门限值，段PER上、下门限初值和门限调整步长值；
[0015] 步骤B.系统当前段PER和当前总PER的接收、处理：接收通信系统误块率统计模 块送来的系统当前段PER和总PER，并同时分别转步骤C和步骤D ;
[0016] 步骤C.调整0FDM系统的调制方式：根据步骤B所得的系统当前段PER和总PER， 调整系统运行的调制方式，即：
[0017] 步骤Q.如果当前总PER大于等于系统所设总PER的上门限，且当前段PER也大于 等于段PER上门限时，若当前调制方式不是最低级别则将调制级别降低一级后，转步骤E ; 若当前调制方式是最低级别则输出增加系统功率指令后，转步骤E ;
[0018] 步骤C2.如果当前总PER小于系统所设总PER下门限时，若当前调制方式不是最 高级别则将调制级别增加一级后，转步骤E ;若当前调制方式是最高级别时，则输出降低系 统功率指令后，转步骤E ;
[0019] 步骤D.调整段PER上、下门限：根据步骤B所得系统当前段PER和总PER，自适应 调整段PER上门限，此时段TOR的下门限随之同步调整，使段PER与其上、下门限的关系同 当前总PER与其上、下门限关系一致，其调整方式如下：
[0020] 步骤Di.如果当前总PER大于等于系统所设总PER上门限、而当前段PER小于本 身的上门限时，则降低段PER的上门限后，转步骤E;段PER上、下门限的调整方式通过下式 调整：
【权利要求】
1. 一种正交频分复用通信系统的双参数自适应调制方法，包括： 步骤A.参数的设置：根据系统的可靠性要求，设定系统的总PER指标，并设定总PER 上、下门限值，段PER上、下门限初值和门限调整步长值； 步骤B.系统当前段PER和当前总PER的接收、处理：接收通信系统误块率统计模块送 来的系统当前段PER和总PER，并同时分别转步骤C和步骤D ; 步骤C.调整OFDM系统的调制方式：根据步骤B所得的系统当前段PER和总PER，调整 系统运行的调制方式，即： 步骤q.如果当前总PER大于等于系统所设总PER的上门限，且当前段PER也大于等 于段PER上门限时，若当前调制方式不是最低级别则将调制级别降低一级后，转步骤E;若 当前调制方式是最低级别则输出增加系统功率指令后，转步骤E ; 步骤C2.如果当前总PER小于系统所设总PER下门限时，若当前调制方式不是最高级 别则将调制级别增加一级后，转步骤E ;若当前调制方式是最高级别时，则输出降低系统功 率指令后，转步骤E ; 步骤D.调整段PER上、下门限：根据步骤B所得系统当前段PER和总PER，自适应调整 段PER上门限，此时段PER的下门限随之同步调整，使段PER与其上、下门限的关系同当前 总PER与其上、下门限关系一致，其调整方式如下： 步骤Di.如果当前总PER大于等于系统所设总PER上门限、而当前段PER小于本身的上 门限时，则降低段PER的上门限后，转步骤E;段PER上、下门限的调整方式通过下式调整：
其中，PERpm seg up为之前的段PER上门限，PEReur seg up为当前调整后的段PER上门限，类 似地，PERpre seg lOT为之前的段PER下门限，PERem seg lOT为当前调整后的段PER下门限，St印 为门限调整步长，〇 < St印< 1 步骤D2.如果当前总PER小于系统所设总PER下门限，而当前段PER大于本身的下门 限时，则提高段PER下门限后，转步骤E ; 步骤D3.如果当前总PER在所设总PER的上、下门限之间，而当前段PER大于本身的上 门限或小于其下门限时，则相应提高段PER上门限或降低段PER的下门限后，转步骤E ; 步骤E.变更系统当前运行的调制方式：将步骤C所确定的调制方式，送至系统QAM调 制和QAM解调模块、以替换系统当前的调制方式；同时将步骤D所得当前段PER的上、下门 限值返回步骤A以替换段PER的上、下门限初值，作为下次调整的基础。
2.按权利要求1所述正交频分复用通信系统的双参数自适应调制方法，其特征在于在 步骤A中所述设定系统的总PER指标，系统的总PER指标为} 0. 2。
【文档编号】H04L27/26GK104092639SQ201410263702
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年6月13日 优先权日:2014年6月13日
【发明者】程郁凡, 庄倩倩, 张天宇 申请人:电子科技大学