一种FBMC-OQAM系统的载波调制方法及装置与流程

本申请涉及通信技术领域，特别涉及一种fbmc-oqam系统的载波调制方法及装置。

背景技术：

fbmc(滤波器组多载波)系统作为基于滤波器组的多载波调制系统,其发送端通过合成滤波器组来实现多载波调制,接收端通过分析滤波器组来实现多载波解调。其中，fbmc系统中原型滤波器可灵活设计，可实现各子载波带宽设置、各子载波之间的交叠程度的灵活控制,从而可灵活控制相邻子载波之间的干扰，且各载波之间不再必须是正交的,不需要插入循环前缀。

但，为了最大限度的降低fbmc系统的载波干扰，fbmc系统选择与oqam(基于偏移正交幅度调制)系统进行结合，来降低载波干扰。为了进一步提高fbmc-oqam系统的性能，如何实现fbmc-oqam系统的载波调制成为问题。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本申请实施例提供一种fbmc-oqam系统的载波调制方法及装置，以达到实现对fbmc-oqam系统中载波的适应性调制的目的，技术方案如下：

一种fbmc-oqam系统的载波调制方法，包括：

获取子信道的信道质量检测结果；

根据所述子信道的信道质量检测结果，调整所述子信道中传输的子载波的调制参数；

根据调整得到的所述子信道中传输的子载波的调制参数，对所述子信道中传输的子载波进行调制。

优选的，所述信道质量检测结果包括：信噪比检测结果；

根据所述子信道的信道质量检测结果，调整所述子信道中传输的子载波的调制参数，包括：

分别比较所述信噪比检测结果与各个预设调制阶数门限值，得到比较结果；

根据所述比较结果，确定所述信噪比检测结果对应的调制参数；

将确定的所述信噪比检测结果对应的调制参数作为所述子信道中传输的子载波的调制参数。

优选的，所述预设调制阶数门限值的确定方法，包括：

将mqam调制方式的值c1＝0.2，c2＝1.5，c3＝1，c4＝1代入误码率界关系式并对代入c1＝0.2，c2＝1.5，c3＝1，c4＝1后得到的误码率界关系式进行求逆运算，得到关系式

其中，sj(γ)为单一子载波的发送功率，γ为子载波信道信噪比，为每一子载波平均功率，pb为要求的误码率，为调制阶数，为门限参数，mj指的是第j个星座调制阶数；

根据的值确定所述γ落入的信噪比区间，并将确定的所述γ落入的信噪比区间对应的调制阶数作为所述γ对应的信道中传输的子载波的调制阶数；

根据所述关系式和功率速率可变的自适应方法，构建最大化频谱效率关系式所述最大化频谱效率关系式的约束于平均功率和误码率需求关系式r为传输速率，b为子载波带宽，p(γ)为信噪比概率，mj+1指的是第j+1个星座调制阶数，n-1为星座调制阶数的总个数；

利用数值搜索法对所述最大化频谱效率关系式进行求解，得到调制阶数门限值，并将得到的调制阶数门限值作为所述预设调制阶数门限值。

优选的，所述预设调制阶数门限值的确定方法，包括：

根据调制阶数规则和信噪比出现概率的关系式确定边界值的取值范围为

其中，r1、r2、……、rn分别为不同的传输速率，n为划分的区域的个数，ri为第i个区域的传输速率，rn-1为第n-1个区域的信噪比，bound为信噪比的界限值，max{}表示最大化运算，r1表示第1个区域的信噪比，r2表示第2个区域的信噪比，r3表示第3个区域的信噪比，r4表示第4个区域的信噪比；

根据模拟退火算法及所述边界值的取值范围，确定分区调整规则；

按照所述分区调整规则和所述模拟退火算法的流程，在多项式时间内通过有限次迭代，确定最优边界值；

将所述最优边界值作为所述预设调制阶数门限值。

一种fbmc-oqam系统的载波调制装置，包括：

获取模块，用于获取子信道的信道质量检测结果；

调整模块，用于根据所述子信道的信道质量检测结果，调整所述子信道中传输的子载波的调制参数；

调制模块，用于根据调整得到的所述子信道中传输的子载波的调制参数，对所述子信道中传输的子载波进行调制。

优选的，所述信道质量检测结果包括：信噪比检测结果；

所述调整模块根据所述子信道的信道质量检测结果，调整所述子信道中传输的子载波的调制参数的过程，具体包括：

分别比较所述信噪比检测结果与各个预设调制阶数门限值，得到比较结果；

根据所述比较结果，确定所述信噪比检测结果对应的调制参数；

将确定的所述信噪比检测结果对应的调制参数作为所述子信道中传输的子载波的调制参数。

优选的，还包括：第一预设调制阶数门限值的确定模块，用于执行以下步骤：

将mqam调制方式的值c1＝0.2，c2＝1.5，c3＝1，c4＝1代入误码率界关系式并对代入c1＝0.2，c2＝1.5，c3＝1，c4＝1后得到的误码率界关系式进行求逆运算，得到关系式

其中，sj(γ)为单一子载波的发送功率，γ为子载波信道信噪比，为每一子载波平均功率，pb为要求的误码率，为调制阶数，为门限参数，mj指的是第j个星座调制阶数；

根据的值确定所述γ落入的信噪比区间，并将确定的所述γ落入的信噪比区间对应的调制阶数作为所述γ对应的信道中传输的子载波的调制阶数；

根据所述关系式和功率速率可变的自适应方法，构建最大化频谱效率关系式所述最大化频谱效率关系式的约束于平均功率和误码率需求关系式r为传输速率，b为子载波带宽，p(γ)为信噪比概率，mj+1指的是第j+1个星座调制阶数，n-1为星座调制阶数的总个数；

利用数值搜索法对所述最大化频谱效率关系式进行求解，得到调制阶数门限值，并将得到的调制阶数门限值作为所述预设调制阶数门限值。

优选的，还包括：第二预设调制阶数门限值的确定装置，用于执行以下步骤：

根据调制阶数规则和信噪比出现概率的关系式确定边界值的取值范围为

其中，r1、r2、……、rn分别为不同的传输速率，n为划分的区域的个数，ri为第i个区域的传输速率，rn-1为第n-1个区域的信噪比，bound为信噪比的界限值，max{}表示最大化运算，r1表示第1个区域的信噪比，r2表示第2个区域的信噪比，r3表示第3个区域的信噪比，r4表示第4个区域的信噪比；

根据模拟退火算法及所述边界值的取值范围，确定分区调整规则；

按照所述分区调整规则和所述模拟退火算法的流程，在多项式时间内通过有限次迭代，确定最优边界值；

将所述最优边界值作为所述预设调制阶数门限值。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：

在本申请中，通过获取子信道的信道质量检测结果，及根据所述子信道的信道质量检测结果，调整所述子信道中传输的子载波的调制参数，及根据调整得到的所述子信道中传输的子载波的调制参数，对所述子信道中传输的子载波进行调制，实现了对fbmc-oqam系统中载波的适应性调制。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请提供的fbmc-oqam系统的载波调制方法的一种流程图；

图2是本申请提供的fbmc-oqam系统的结构示意图；

图3是本申请提供的预设调制阶数门限值的举例示意图；

图4是本申请提供的模拟退火算法的流程示意图；

图5是本申请提供的模拟退火算法的性能分析示意图；

图6是本申请提供的fbmc-oqam系统的载波调制装置的一种逻辑结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例公开了一种fbmc-oqam系统的载波调制方法，通过获取子信道的信道质量检测结果，及根据所述子信道的信道质量检测结果，调整所述子信道中传输的子载波的调制参数，及根据调整得到的所述子信道中传输的子载波的调制参数，对所述子信道中传输的子载波进行调制，实现了对fbmc-oqam系统中载波的适应性调制。

接下来对本申请的fbmc-oqam系统的载波调制方法进行介绍，参见图1所示，该方法包括：

步骤s11、获取子信道的信道质量检测结果。

本实施例中，fbmc-oqam系统的接收端可以设置信道估计器，信道估计器可以通过发送信号中的导频信号来估计信道质量，得到信道质量检测结果。fbmc-oqam系统的接收端在得到信道质量检测结果后，可以将信道质量检测结果反馈至fbmc-oqam系统的发送端，fbmc-oqam系统的发送端则接收信道质量检测结果，完成信道质量检测结果的获取。

需要说明的是，由于信道的时变特性，为选择合适模式进行传输，fbmc-oqam系统的接收端必须不断的进行信道质量的检测。其中，可以采用插入导频序列信道估计方式进行信道质量检测。

本实施例中，fbmc-oqam系统的结构可以参见图2，图2中各部分参数的介绍可以参见表1。

表1

图2示出的fbmc-oqam系统的输出传输流程可以为：fbmc发射机把把串行的数据经过串并变换后送到符号映射器中。符号映射器根据调制参数控制器告知的每个子载波上的调制方式(如4qam、16qam等)，将数据映射成相应的符号。ifft将频域信号转化为时域信号，然后串并转换将并行的数据转化为实际传送的时域信号，调制到载波上送入信道。

步骤s12、根据所述子信道的信道质量检测结果，调整所述子信道中传输的子载波的调制参数。

本实施例中，调制参数可以包括但不局限于调制阶数、发送功率和编码方案。其中，编码方案可以包括：对码速率，交织和打孔方式(对卷积码和turbo码而言)，分组码的长度等的选择。

步骤s13、根据调整得到的所述子信道中传输的子载波的调制参数，对所述子信道中传输的子载波进行调制。

本实施例中，根据调整得到的所述子信道中传输的子载波的调制参数，对所述子信道中传输的子载波进行调制，使调制后的子载波能够与子信道更好的匹配，保证fbmc-oqam系统可以在最佳状态下工作，有效抵抗无线信道衰落带来的不良影响，降低系统误码率，最终改善系统的资源利用效率，如，在较好的无线信道条件下分配较多的资源，而当无线信道质量下降时，相应地降低传输速率，最终达到提高系统资源利用率、获得较高的系统吞吐量的目的。

需要说明的是，fbmc-oqam系统中任意一个载波的调制的方法均可以采用步骤s11-s13示出的过程。

在本申请中，通过获取子信道的信道质量检测结果，及根据所述子信道的信道质量检测结果，调整所述子信道中传输的子载波的调制参数，及根据调整得到的所述子信道中传输的子载波的调制参数，对所述子信道中传输的子载波进行调制，实现了对fbmc-oqam系统中载波的适应性调制。

在本申请的另一个实施例中，对信道质量检测结果进行介绍，具体如下：

本实施例中，上述信道质量检测结果可以为：信噪比检测结果。

与信道质量检测结果为信噪比检测结果的实施方式相对应，上述根据所述子信道的信道质量检测结果，调整所述子信道中传输的子载波的调制参数的过程，具体可以包括：

s1、分别比较所述信噪比检测结果与各个预设调制阶数门限值，得到比较结果。

本实施例中，所述信噪比检测结果属于的预设调制阶数门限值区间可以作为比较结果。

s2、根据所述比较结果，确定所述信噪比检测结果对应的调制参数。

由于预设调制阶数门限值区间对应调制区间，而调制区间可以作为调制参数，因此根据所述比较结果，确定所述信噪比检测结果对应的调制参数可以理解为：根据所述比较结果，确定所述信噪比检测结果属于的预设调制阶数门限值区间对应的调制区间。

现举例对步骤s1-s2进行说明，例如，在已知所述信噪比检测结果(snr)之后，且各个预设调制阶数门限值可以参见图3，如图3所示，各个预设调制阶数门限值分别为其中，对应的调制区间为4qam，假如则可以确定snr对应的调制参数为4qam，进而可以采用4qam调制载波。

s3、将确定的所述信噪比检测结果对应的调制参数作为所述子信道中传输的子载波的调制参数。

在本申请的另一个实施例中，对上述预设调制阶数门限值的确定方法进行介绍，具体可以包括：

s1、将mqam调制方式的值c1＝0.2，c2＝1.5，c3＝1，c4＝1代入误码率界关系式并对代入c1＝0.2，c2＝1.5，c3＝1，c4＝1后得到的误码率界关系式进行求逆运算，得到关系式

其中，sj(γ)为单一子载波的发送功率，γ为子载波信道信噪比，为每一子载波平均功率，pb为要求的误码率，为调制阶数，为门限参数，mj指的是第j个星座调制阶数。

s2、根据的值确定所述γ落入的信噪比区间，并将确定的所述γ落入的信噪比区间对应的调制阶数作为所述γ对应的信道中传输的子载波的调制阶数。

本实施例中，信噪比区间对应的调制阶数可以参见表2。

表2

如表2所示，不同的信噪比区间对应不同的调制阶数。

确定调制阶数可以理解为：确定传输速率。由于传输速率是可变的，因此需要实时确定调制阶数，确保调制阶数是可变的。

s3、根据所述关系式和功率速率可变的自适应方法，构建最大化频谱效率关系式所述最大化频谱效率关系式的约束于平均功率和误码率需求关系式r为传输速率，b为子载波带宽，p(γ)为信噪比概率，mj+1指的是第j+1个星座调制阶数，n-1为星座调制阶数的总个数。

s4、利用数值搜索法对所述最大化频谱效率关系式进行求解，得到调制阶数门限值，并将得到的调制阶数门限值作为所述预设调制阶数门限值。

现举例对利用数值搜索法对所述最大化频谱效率关系式进行求解，得到调制阶数门限值进行说明，例如，对于五区域自适应调制，以平均信噪比10db为例，通过数值搜索法(如穷搜算法)得到的调制阶数门限值为：[0,4*1.29,8*1.29,16*1.29,64*1.29,∞]。

当然，本实施例中，还可以根据步骤s4得到的调制阶数门限值计算功率速率自适应的fbmc-oqam系统的频谱利用率。

在本申请的另一个实施例中，介绍另外一种所述预设调制阶数门限值的确定方法，具体可以包括：

s1、根据调制阶数规则和信噪比出现概率的关系式确定边界值的取值范围为

其中，r1、r2、……、rn分别为不同的传输速率，n为划分的区域的个数，ri为第i个区域的传输速率，rn-1为第n-1个区域的信噪比，bound为信噪比的界限值，max{}表示最大化运算，r1表示第1个区域的信噪比，r2表示第2个区域的信噪比，r3表示第3个区域的信噪比，r4表示第4个区域的信噪比。

可以理解的是，边界值指的是调制阶数切换的边界值，对应的是一组信噪比的数值，具体可参考表2和图3。

s2、根据模拟退火算法及所述边界值的取值范围，确定分区调整规则。

本实施例中，根据模拟退火算法及所述边界值的取值范围，确定分区调整规则的过程可以参见表3。

表3

s3、按照所述分区调整规则和所述模拟退火算法的流程，在多项式时间内通过有限次迭代，确定最优边界值。

本实施例中，所述分区调整规则和所述模拟退火算法的流程可以参见图4，其性能分析可以参见图5。

需要说明的是，多项式时间可以理解为：时间复杂度是多项式时间的，算法复杂度不高，有利于提高运算速度。

s4、将所述最优边界值作为所述预设调制阶数门限值。

本实施例中，单一子载波性能参数可以设定为如表4所示的值。

表4

其中，同样以5区间平均信噪比10db为例，利用模拟退火算法得到的调制阶数门限值为：[0,4.32,12.33,23.12,57.02,∞]，对比利用数值搜索法得到的调制阶数门限值[0,5.1600,10.3200,20.6400,82.5600,∞]，相应频谱利用率对比分别为1.6951和1.6827。

需要说明的是，在现有对fbmc多载波系统的自适应设计中，总功率p是平均分配给各个子载波的。此外，fbmc-oqam系统各子载波可看作相对独立信道，而各子载波信道是各态历经的，因此只需对单个子载波进行自适应功率-速率设计即可达到总体最优化利用。最后，本发明方法适用于建立查找表，在实际系统中可以直接用于基站设计。

另外，如果要尽量的利用信道容量，可以在满足一定误码率要求的前提下，使得传输速率尽量大。误码率要求有两种，一种是平均误码率小于一定的门限，这称为平均误比特率受限模式，另外一种是每一时刻下误码率都小于一定门限，称为即时误比特率受限模式。第二种情况的要求比较严格，相应的系统吞吐量较低。本申请即采用了即时误比特率受限模式。本实施例中，步骤s1-s4是在即时误比特率受限模式下执行的。

下面对本申请实施例提供的fbmc-oqam系统的载波调制装置进行描述，下文描述的fbmc-oqam系统的载波调制装置与上文描述的fbmc-oqam系统的载波调制方法可相互对应参照。

请参见图6，其示出了本申请提供的fbmc-oqam系统的载波调制装置的一种逻辑结构示意图，fbmc-oqam系统的载波调制装置包括：获取模块11、调整模块12和调制模块13。

获取模块11，用于获取子信道的信道质量检测结果。

调整模块12，用于根据所述子信道的信道质量检测结果，调整所述子信道中传输的子载波的调制参数。

调制模块13，用于根据调整得到的所述子信道中传输的子载波的调制参数，对所述子信道中传输的子载波进行调制。

在本实施例中，所述信道质量检测结果可以包括：信噪比检测结果；

所述调整模块12根据所述子信道的信道质量检测结果，调整所述子信道中传输的子载波的调制参数的过程，具体可以包括：

分别比较所述信噪比检测结果与各个预设调制阶数门限值，得到比较结果；

根据所述比较结果，确定所述信噪比检测结果对应的调制参数；

将确定的所述信噪比检测结果对应的调制参数作为所述子信道中传输的子载波的调制参数。

在本实施例中，上述fbmc-oqam系统的载波调制装置还可以包括：

第一预设调制阶数门限值的确定模块，用于执行以下步骤：

将mqam调制方式的值c1＝0.2，c2＝1.5，c3＝1，c4＝1代入误码率界关系式并对代入c1＝0.2，c2＝1.5，c3＝1，c4＝1后得到的误码率界关系式进行求逆运算，得到关系式

其中，sj(γ)为单一子载波的发送功率，γ为子载波信道信噪比，为每一子载波平均功率，pb为要求的误码率，为调制阶数，为门限参数，mj指的是第j个星座调制阶数；

根据的值确定所述γ落入的信噪比区间，并将确定的所述γ落入的信噪比区间对应的调制阶数作为所述γ对应的信道中传输的子载波的调制阶数；

根据所述关系式和功率速率可变的自适应方法，构建最大化频谱效率关系式所述最大化频谱效率关系式的约束于平均功率和误码率需求关系式r为传输速率，b为子载波带宽，p(γ)为信噪比概率，mj+1指的是第j+1个星座调制阶数，n-1为星座调制阶数的总个数；

利用数值搜索法对所述最大化频谱效率关系式进行求解，得到调制阶数门限值，并将得到的调制阶数门限值作为所述预设调制阶数门限值。

在本实施例中，上述fbmc-oqam系统的载波调制装置还可以包括：

第二预设调制阶数门限值的确定装置，用于执行以下步骤：

根据调制阶数规则和信噪比出现概率的关系式确定边界值的取值范围为

其中，r1、r2、……、rn分别为不同的传输速率，n为划分的区域的个数，ri为第i个区域的传输速率，rn-1为第n-1个区域的信噪比，bound为信噪比的界限值，max{}表示最大化运算，r1表示第1个区域的信噪比，r2表示第2个区域的信噪比，r3表示第3个区域的信噪比，r4表示第4个区域的信噪比；

根据模拟退火算法及所述边界值的取值范围，确定分区调整规则；

按照所述分区调整规则和所述模拟退火算法的流程，在多项式时间内通过有限次迭代，确定最优边界值；

将所述最优边界值作为所述预设调制阶数门限值。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于装置类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本申请所提供的一种fbmc-oqam系统的载波调制方法及装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。