專利名稱：聯(lián)合自適應(yīng)編碼調(diào)制器和自適應(yīng)聯(lián)合分配編碼調(diào)制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字信息傳輸技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及 一 種用于OF匿(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交頻分復(fù)用)系統(tǒng)的聯(lián)合自適應(yīng)編碼調(diào)制(Joint Ad即tive Coding And Modulation, JACM)器和自適應(yīng)聯(lián)合分配編碼調(diào)制(Adaptive Joint Assign CodingAnd Modulation, A JACM)方法。
背景技術(shù)：
隨著人們對(duì)高速無線或有線數(shù)據(jù)、視頻、圖像等寬帶業(yè)務(wù)需求的增加，如何利用有
限的資源為用戶提供高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的研究具有重要的意義，OFmi技術(shù)也因?yàn)榭苟嘀犯蓴_技
術(shù)強(qiáng)、頻譜利用率高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛采用。 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交頻分)調(diào)制可以追 溯到本世紀(jì)60年代中期。70年代，人們提出用離散傅里葉變換(DFT)實(shí)現(xiàn)多載波調(diào)制，簡(jiǎn) 化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，才使得OF匿技術(shù)實(shí)用化。OF匿技術(shù)將信道分成若干正交子信道，將高速 數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到在每個(gè)子信道上進(jìn)行傳輸，可以使用IFFT/ FFT (Inverse Fast Fourier Transform/Fast Fourier Transform,快速傅里口十逆變換/快 速傅里葉變換)，復(fù)雜度大大低于傳統(tǒng)多載波系統(tǒng)。0F匿技術(shù)也被認(rèn)為是支持WLAN、DVB-T 和DAB等高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，已經(jīng)被應(yīng)用于IEEE 802. 11a和HIPERLAN/2等無 線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)中。 隨著現(xiàn)代無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展以及人們對(duì)無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求的快速增長(zhǎng)，高 速無線數(shù)據(jù)傳輸迫切需要開發(fā)出能夠有效抗信道衰落的高頻譜利用率、高可靠性和智能化 的通信技術(shù)。其中如何提高系統(tǒng)在衰落信道中的頻譜利用率，逐漸成為無線通信技術(shù)的研 究熱點(diǎn)。AM(Ad即tive Modulatio，自適應(yīng)調(diào)制)技術(shù)正是以其智能化的傳輸機(jī)制、高效的 頻譜利用率得到了業(yè)界的廣泛關(guān)注與研究，從而成為目前和未來無線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù) 之一。目前在一些標(biāo)準(zhǔn)中，如第二代數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)在其PHASE2和PHASE2+規(guī)范中 提出的基于分組交換數(shù)據(jù)的通用分組無線業(yè)務(wù)(GPRS)和其增強(qiáng)型EGPRS模型、數(shù)字衛(wèi)星電 視標(biāo)準(zhǔn)DVB-S的升級(jí)方案DVB-S2和無線局域網(wǎng)等，都采用了 AM技術(shù)。
Czylwik A.于1996年提出在0FDM系統(tǒng)子載波上根據(jù)自適應(yīng)的比特加載進(jìn)行功率 分配，該AM技術(shù)根據(jù)各子載波的增益動(dòng)態(tài)地分配傳輸比特?cái)?shù)并選擇相應(yīng)的功率和調(diào)制方 式，可以減小發(fā)射功率或者提高傳輸速率，結(jié)合0F匿系統(tǒng)顯著提高頻譜效率等系統(tǒng)性能。 目前在DVB-S2中就采用了基于0F匿系統(tǒng)的AM技術(shù)。 目前存在的基于0F匿系統(tǒng)的AM算法根據(jù)優(yōu)化目標(biāo)的不同總體上分為三類功率 與比特?cái)?shù)不變時(shí)誤碼率最小化的MA(MarginAd即tive)算法，功率與誤碼率上限不變時(shí)傳 輸速率最大化的RA(RateAd即tive)算法和比特?cái)?shù)與誤碼率上限不變時(shí)發(fā)送功率最小化的 PA(PowerAd即tive)算法。實(shí)際上，RA算法和PA算法密切相關(guān)，都能轉(zhuǎn)化為在功率受限下 的RA算法解釋。下面分別簡(jiǎn)單介紹MA算法和RA算法的基本原理。 薛金銀、焦秉立在"一種基于最小誤碼率的0FDM自適應(yīng)比特及功率分配算法"(電

0，并設(shè)定其上限為k^;注水門限初始值為入15
子與信息學(xué)報(bào)，2006，7)中提出了一種優(yōu)化的MA算法設(shè)OF匿子載波數(shù)為N，總發(fā)射功率為 S，總比特?cái)?shù)為R，分配方式基于注水原理，迭代參數(shù)為功率注水門限A ，其初值設(shè)為
具體算法描述如下
步驟S101 :初始化迭代次數(shù)k 記其上限AM= A l，下限Am = 0 ; 步驟S102 :k = k+l，如果當(dāng)前k > k^，轉(zhuǎn)到步驟S106 ;否則令可傳輸數(shù)據(jù)的子 載波數(shù)N。n = N，對(duì)每一個(gè)子載波i結(jié)合當(dāng)前注水門限入k值按照以下公式分配比特，如果
^ = 0 ，則第i個(gè)子載波不分配數(shù)據(jù)，N。n = N。n-1 <formula>formula see original document page 5</formula> 步驟S103 :統(tǒng)計(jì)當(dāng)前比特?cái)?shù)& = Z 6,,如果Rk = R，轉(zhuǎn)到步驟S107 ;否則令
入k，如果兩次A^都
~ =2( _^w。
，如果當(dāng)前和前一次迭代次數(shù)下的A^都小于0，記入 大于O，記、=Ak，轉(zhuǎn)到步驟S105; 步驟S104 :如果AK > O，記Am = max(入m， A。，否則記AM = min(AM， A k);
步驟S105 :取n為從1開始增加的整數(shù)直到AK+1滿足、《Ak+1 = 入k+yn. Ak. (AB-1)《入M，返回步驟S102; 步驟S106 :統(tǒng)計(jì)比特量化差值S i = bi_bit，如果Rk > R(Rk < R)，選擇S t最小 (大)的子載波，減去(加上)l個(gè)比特，重新統(tǒng)計(jì)該子載波的Si，重復(fù)該過程直到Rk二R;
步驟S107 :功率調(diào)整，使總發(fā)射功率等于設(shè)定功率，Si = Si (1+(S_ E Si)/ E Si)。
算法結(jié)束時(shí)，所有傳輸比特的子載波誤碼率基本相等。 RA算法中比較經(jīng)典的是Chow算法。Chow算法是根據(jù)各個(gè)子載波的信道容量分配
比特首先確定系統(tǒng)的性能達(dá)到最優(yōu)的門限Ym afg in，然后確定各個(gè)子載波的調(diào)制方式，最
后調(diào)整功率。其具體步驟如下 步驟S201 :計(jì)算各個(gè)子載波i的信噪比SNRi ;
步驟S202 :令Y m arg in = 0，迭代次數(shù)Iterate = 0 ;
步驟S203 :從i = 1 N，按以下公式依次計(jì)算1^， bit， DIFFi :<formula>formula see original document page 5</formula> 步驟S204 :計(jì)算總比特?cái)?shù)la,<formula>formula see original document page 5</formula>
步驟S205 :按下列公式計(jì)算新的Ym s
其中，Bt g et是期望發(fā)送的比特總數(shù)，N。n是0F匿系統(tǒng)子載波的個(gè)數(shù)，
步驟S206 :迭代次數(shù)Iterate = Iterate+1 ; 步驟S207 :若Btotal - Bt arg et，且Iterate < Max—?jiǎng)t轉(zhuǎn)到步驟S203，否則轉(zhuǎn)到 步驟S208 ; 步驟S208 :若Bt。tal > Bt arg et，則找到最小的DIFF"相應(yīng)的bit減一，DIFFi加一，重 復(fù)此步驟直到Bt。tal = Bt arg et，否則轉(zhuǎn)到步驟S209 ; 步驟S209 :若Bt。tal < Bt arg et，則找到最大的DIFF"相應(yīng)的bit加一，DIFFi減一，重 復(fù)此步驟直到Btotal = Bt arg et ; 步驟S210 :調(diào)整每個(gè)子載波上的發(fā)射功率； 步驟S211 :調(diào)整總發(fā)射功率，對(duì)所有使用子載波的發(fā)射功率乘以相同的比例因 子，使總的信號(hào)功率等于要求的總功率。 近年來，一種結(jié)合TCM(Trellis Coded Modulation,網(wǎng)格編碼調(diào)制)的自適應(yīng)編碼 調(diào)制技術(shù)、一種僅結(jié)合RS碼在Nakagami衰落信道的自適應(yīng)編碼調(diào)制技術(shù)相繼提出。這些 算法都能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)信道狀態(tài)采用最佳的調(diào)制方式，在一定程度上大大提高了頻譜利用效 率，但是均存在一定的缺點(diǎn)一方面所述算法都采用了迭代法，即首先通過比特的依次遞加 或者遞減，然后實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功率的自適應(yīng)分配，算法收斂速度慢；另一方面所述算法都僅為一 維調(diào)制方式的優(yōu)化，即在固定編碼方式或者速率下進(jìn)行調(diào)制方式的自適應(yīng)選擇，沒有給出 聯(lián)合優(yōu)化編碼和調(diào)制模式的通用算法，應(yīng)用范圍受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
為了對(duì)二維離散編碼和調(diào)制進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化，提出分組編碼和調(diào)制聯(lián)合優(yōu)化的通用 算法，本發(fā)明提供了一種聯(lián)合自適應(yīng)編碼調(diào)制器和自適應(yīng)聯(lián)合分配編碼調(diào)制方法，所述技 術(shù)方案包括 —種聯(lián)合自適應(yīng)編碼調(diào)制器，所述聯(lián)合自適應(yīng)編碼調(diào)制器包括分組編碼調(diào)制聯(lián) 合單元，所述分組編碼調(diào)制聯(lián)合單元包括分組編碼單元和調(diào)制單元，利用接收所述自適應(yīng) 分配控制單元傳送的分組編碼調(diào)制對(duì)模式對(duì)信息數(shù)據(jù)流分別依次進(jìn)行自適應(yīng)分組編碼和 自適應(yīng)調(diào)制；自適應(yīng)分配控制單元，所述自適應(yīng)分配控制單元包括分組編碼調(diào)制對(duì)選擇單 元，利用信道頻率響應(yīng)和要求誤碼率下信噪比門限自適應(yīng)二維聯(lián)合優(yōu)化判別選取最佳分組 編碼調(diào)制對(duì)，根據(jù)系統(tǒng)要求計(jì)算得到要求速率下的最小功率或者要求功率下的最大速率， 將所述分組編碼調(diào)制對(duì)模式傳送給所述分組編碼調(diào)制聯(lián)合單元；要求誤碼率下信噪比門限 測(cè)定單元，所述要求誤碼率下信噪比門限測(cè)定單元利用給定系統(tǒng)誤碼率在無自適應(yīng)調(diào)制下 獲得所有分組編碼調(diào)制對(duì)模式下的信噪比門限并將所述信噪比門限傳送給所述自適應(yīng)控 制單元；信道估計(jì)單元，所述信道估計(jì)單元利用系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)攜帶的信息獲得信道估計(jì)結(jié)果 信道頻率響應(yīng)并將所述信道頻率響應(yīng)傳送給自適應(yīng)控制單元。 其中，所述分組編碼調(diào)制聯(lián)合單元包括的調(diào)制單元可采用的調(diào)制方式，如QAM，PSK 等，根據(jù)系統(tǒng)的具體要求靈活調(diào)節(jié)；所述分組編碼方式和調(diào)制方式的組合，根據(jù)系統(tǒng)的具體 要求靈活調(diào)節(jié)；所述要求誤碼率下信噪比門限測(cè)定單元測(cè)定的信噪比門限，根據(jù)系統(tǒng)誤碼 率要求靈活調(diào)節(jié)；所述自適應(yīng)分配控制單元輸入的信噪比門限根據(jù)系統(tǒng)誤碼率要求調(diào)節(jié)， 利用所述信道頻率響應(yīng)和所述要求誤碼率下信噪比門限，通過一種自適應(yīng)分配控制方法，
6聯(lián)合優(yōu)化二維離散最佳分組編碼調(diào)制對(duì)；所述分組編碼調(diào)制對(duì)模式根據(jù)系統(tǒng)固定速率下的 最小功率或者固定功率下的最大速率的具體要求靈活調(diào)節(jié)。 —種自適應(yīng)聯(lián)合分配編碼調(diào)制方法，所述方法包括將傳輸編碼分組數(shù)分為可選 調(diào)制方式個(gè)數(shù)種類；判斷所述傳輸編碼分組數(shù)是否等于最大個(gè)數(shù)，如果是，所有子載波首先 選取最高階調(diào)制模式，均分碼率集各碼率模式，然后傳送給分組編碼調(diào)制聯(lián)合單元；否則， 進(jìn)入下一步；判斷所述傳輸編碼分組數(shù)是否等于l，如果是，所有子載波首先選取最低階調(diào) 制模式，根據(jù)系統(tǒng)要求遍歷碼率集各碼率，所有子載波選取要求速率下的最小功率或者要 求功率下的最大速率的模式，然后傳送給分組編碼調(diào)制聯(lián)合單元，否則，進(jìn)入下一步；判斷 所述所有傳輸編碼分組速率是否完全相同，如果是，所有子載波遍歷碼率集，根據(jù)所述信道 頻率響應(yīng)和所述信噪比門限選取各調(diào)制方式子載波數(shù)，然后傳送給分組編碼調(diào)制聯(lián)合單 元；否則，進(jìn)入下一步；當(dāng)所述傳輸編碼分組碼率不完全相同時(shí)，采用全搜索操作或貪婪搜 索操作；如果所述搜索步驟選取了固定功率下的最大速率的模式，則調(diào)整總發(fā)射功率，對(duì)所 有使用子載波的乘以相同的比例因子，使總的信號(hào)功率等于要求的總功率；否則，結(jié)束。
其中，更具體地，所述全搜索操作包括窮舉搜索滿足分組編碼塊長(zhǎng)和子載波總數(shù) 的約束的分組編碼調(diào)制對(duì)模式和對(duì)應(yīng)子載波數(shù)；將所述信道頻率響應(yīng)從小到大排列，將所 述信噪比門限從大到小按照所述窮舉搜索步驟窮舉出的所述分組編碼調(diào)制對(duì)模式和對(duì)應(yīng) 子載波數(shù)分配，通過計(jì)算獲得相應(yīng)功率；根據(jù)系統(tǒng)要求選取要求速率下的最小功率或者要 求功率下的最大速率的模式和對(duì)應(yīng)子載波數(shù)，然后將所述模式和子載波數(shù)傳送給所述分組 編碼調(diào)制聯(lián)合單元。 其中，更具體地，所述貪婪搜索操作包括將所述信道頻率響應(yīng)從小到大排列；將 功率計(jì)算公式按照特定模式進(jìn)行分解，第一部分為固定值，第二部分為使用貪婪算法取最
小值；選取固定速率下的最小功率或者固定功率下的最大速率的模式和對(duì)應(yīng)子載波數(shù)，然 后將所述模式和子載波數(shù)傳送給所述分組編碼單元和調(diào)制單元，再傳送給所述分組編碼調(diào) 制聯(lián)合單元。 本發(fā)明的聯(lián)合自適應(yīng)編碼調(diào)制器和自適應(yīng)聯(lián)合分配編碼調(diào)制方法，通過二維離散 編碼和調(diào)制聯(lián)合優(yōu)化來實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)功率分配，并且提出了分組編碼和調(diào)制聯(lián)合優(yōu)化的通用 算法，該算法收斂速度快，能夠高效提高頻譜利用效率，在提高速度的基礎(chǔ)上盡量節(jié)省資 源。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中一種MA算法的流程圖；
圖2是現(xiàn)有技術(shù)中一種RA算法的流程圖； 圖3是包含本發(fā)明技術(shù)方案的聯(lián)合自適應(yīng)編碼調(diào)制器的0FDM系統(tǒng)框圖； 圖4是本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)施例的用于0F匿系統(tǒng)的聯(lián)合自適應(yīng)編碼調(diào)制器的結(jié)
構(gòu)示意圖； 圖5是本發(fā)明技術(shù)方案實(shí)施例的自適應(yīng)控制分配方法流程圖；
圖6是本發(fā)明技術(shù)方案實(shí)施例的104信道幅頻特性曲線圖；
圖7是本發(fā)明技術(shù)方案實(shí)施例的自適應(yīng)控制分配結(jié)果圖；
圖8是本發(fā)明技術(shù)方案實(shí)施例的0F匿系統(tǒng)BER曲線圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方 式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。 本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)施例提供了一種用于OF匿系統(tǒng)的聯(lián)合自適應(yīng)編碼調(diào)制器， 如圖3所示，所述聯(lián)合自適應(yīng)編碼調(diào)制器包括分組編碼調(diào)制聯(lián)合單元101、自適應(yīng)分配控 制單元102、要求誤碼率下信噪比門限測(cè)定單元103和信道估計(jì)單元104 ;其中，分組編碼調(diào) 制聯(lián)合單元101包括一個(gè)分組編碼單元和一個(gè)調(diào)制單元，所述單元101接收由自適應(yīng)分配 控制單元102傳送的分組編碼調(diào)制對(duì)模式，根據(jù)所述分組編碼調(diào)制對(duì)模式中的分組編碼模 式和調(diào)制模式對(duì)信息數(shù)據(jù)流分別依次進(jìn)行自適應(yīng)分組編碼和調(diào)制，其中分組編碼的可選類 型和調(diào)制的可選類型可以根據(jù)需要靈活配置； 自適應(yīng)分配控制單元102包括一個(gè)分組編碼調(diào)制對(duì)選擇單元，所述自適應(yīng)分配控 制單元單元102接收由信道估計(jì)單元104傳送的信道頻率響應(yīng)&和由要求誤碼率下信噪比 門限測(cè)定單元103傳送的要求誤碼率下信噪比門限SNRj,k，然后自適應(yīng)控制判別選取最佳 分組編碼調(diào)制對(duì)且根據(jù)OFDM系統(tǒng)要求計(jì)算得到要求速率下的最小功率或者要求功率下的 最大速率，將所述最佳分組編碼調(diào)制對(duì)模式傳送給分組編碼調(diào)制聯(lián)合單元IOI，其中，i是 任一子載波序號(hào)，j是分組編碼方式序號(hào)，k是調(diào)制方式序號(hào)； 要求誤碼率下信噪比門限測(cè)定單元103利用OF匿系統(tǒng)要求的誤碼率獲得所有分
組編碼調(diào)制對(duì)模式下分別的信噪比門限SNRj,k，然后將所述分別的信噪比門限SNRj,k傳送給
自適應(yīng)控制單元102，其中，j是分組編碼方式序號(hào)，k是調(diào)制方式序號(hào)； 信道估計(jì)單元104利用OF匿系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)攜帶的信息獲得信道估計(jì)結(jié)果信道頻率
響應(yīng)Hi，且將所述估計(jì)的信道頻率響應(yīng)Hi傳送給自適應(yīng)控制單元102，其中i是任一子載
波序號(hào)。 其中，在本實(shí)施例中，聯(lián)合自適應(yīng)編碼調(diào)制器設(shè)定子載波總數(shù)為3744;聯(lián)合自適 應(yīng)編碼調(diào)制器的信道估計(jì)單元所測(cè)定的信道頻率響應(yīng)為Hi，噪聲功率為02，且設(shè)定噪聲功 率歸一化，B卩o2 = 1 ;聯(lián)合自適應(yīng)編碼調(diào)制器測(cè)定要求誤碼率下信噪比門限根據(jù)OF匿系 統(tǒng)誤碼率要求調(diào)節(jié)，在本實(shí)施例中，設(shè)定誤碼率為P^則要求誤碼率下信噪比門限單元以Pe =10—s作為測(cè)定SNR標(biāo)準(zhǔn)；根據(jù)OFDM系統(tǒng)具體要求來選取聯(lián)合自適應(yīng)編碼調(diào)制器最佳分組 編碼調(diào)制對(duì)模式，在本實(shí)施例中，設(shè)定固定功率下最大速率要求，則選擇在固定功率下最大 速率的分組編碼調(diào)制對(duì)模式，且固定功率為IX 1073744 = 26. 7 ;聯(lián)合自適應(yīng)編碼調(diào)制器 的可選分組編碼和調(diào)制方式可以靈活配置，在本實(shí)施例中，設(shè)定3種塊長(zhǎng)為7488的LDPC碼 率LDPCO. 4 (3048， 7488) ， LDPCO. 6 (4572， 7488)和LDPCO. 8 (6096， 7488)，及3種QAM調(diào)制方 式4-QAM，16-QAM，64-QAM。 利用本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)施例提供的自適應(yīng)分配控制單元102，本發(fā)明技術(shù)方案 的實(shí)施例還提供了一種自適應(yīng)聯(lián)合分配編碼調(diào)制方法，如圖4所示，所述方法具體包括以 下步驟 步驟S301 :將傳輸編碼分組數(shù)設(shè)定為與可選調(diào)制方式個(gè)數(shù)相同，即3種； 步驟S302 :判斷傳輸編碼分組數(shù)是否等于最大設(shè)定數(shù)3，如果是，所有子載波首先
選取最高階調(diào)制方式64-QAM，每1248個(gè)子載波分別選取LDPC碼率集中的3種碼率，然后傳
8送給分組編碼調(diào)制聯(lián)合單元101 ;否則，進(jìn)入步驟S303。 步驟S303 :判斷傳輸編碼分組數(shù)是否等于1，如果是，所有3744個(gè)子載波均選取最 低階調(diào)制模式4-QAM，遍歷碼率集中的3種LDPC碼率，所有3744個(gè)子載波選取要求功率下 的最大速率的LDPC碼率，即LDPCO. 8 (6096， 7488)，然后結(jié)合4-QAM調(diào)制方式將其傳送給分 組編碼調(diào)制聯(lián)合單元101 ;否則，進(jìn)入步驟S304。 步驟S304 :當(dāng)傳輸編碼分組數(shù)不等于1或者3，即等于2時(shí)，判斷所有傳輸編碼分 組速率是否完全相同，如果是，根據(jù)信道頻率響應(yīng)Hi，和由要求誤碼率Pe = 10—5下信噪比門 限測(cè)定單元104所傳送的信噪比門限SNRj, k，按照以下方法，選取分組編碼_調(diào)制方式子載 波數(shù)，然后將其傳送給分組編碼調(diào)制聯(lián)合單元101，否則，進(jìn)入步驟S305 ;其中是3744個(gè)子 載波中任一子載波序號(hào)，j是分組編碼方式序號(hào)，k是調(diào)制方式序號(hào)且按升序排列， 1/
<formula>formula see original document page 9</formula> 將子載波信道頻率響應(yīng)Hi從大到小排列，對(duì)應(yīng)子載波序號(hào)也相應(yīng)變化為i'，其 中，Hi,為最大端，Hj,為最小端，按照(10)式，大端倒序和小端正序同時(shí)開始搜索，同時(shí)步 進(jìn)，直到前后第X個(gè)Hi, ，Hj,滿足(8)式條件，這時(shí)，變化后的對(duì)應(yīng)子載波前X個(gè)子載波分配 64-QAM，后X個(gè)子載波分配4-QAM，中間的分配16-QAM。 所有3744個(gè)子載波遍歷碼率集中的3種碼率，從最高碼率開始遍歷，即2個(gè)LDPC 塊均傳輸最高碼率LDPCO. 8 (6096， 7488)，若滿足固定功率的要求，此時(shí)的速率就是最快傳 輸速率。 步驟S305 :如果傳輸?shù)?個(gè)分組編碼碼率不完全相同，可以采用全搜索或貪婪搜 索操作 全搜索操作包括以下步驟 s01 :窮舉搜索滿足以下條件的分組編碼調(diào)制對(duì)模式可選子載波數(shù)，其中，Xl， yi， Zl 和x2， y2， z2分別代表任意組合的兩種碼率的4-QAM， 16-QAM， 64-QAM的子載波的個(gè)數(shù)，且設(shè) 定x2， y2， z2的碼率高于yi， Zl。
—+化+6z, =7488 ~
<formula>formula see original document page 9</formula>
S02 :信道頻率響應(yīng)Hi從小到大排列，對(duì)應(yīng)子載波序號(hào)也相應(yīng)變化為i'，其中，Hi, 為最大端，Hj,為最小端，從最高的兩種碼率開始遍歷，即2個(gè)LDPC塊均傳輸最高和次高碼 率，即LDPCO. 4(3048,7488) ， LDPCO. 6 (4572， 7488)，將相應(yīng)的信噪比門限SNRj,k從大到小按 照步驟S401窮舉出的所述分組編碼調(diào)制對(duì)模式和對(duì)應(yīng)子載波數(shù)Xl，yi，Zl和x2，y2，z2分配， 計(jì)算獲得相應(yīng)功率P，其中，j是分組編碼方式序號(hào)，k是調(diào)制方式序號(hào)；
S03 :根據(jù)OF匿系統(tǒng)要求，選取要求功率下的最大速率的模式和對(duì)應(yīng)子載波數(shù)，然 后傳送給分組編碼調(diào)制聯(lián)合單元101 ;
貪婪搜索操作包括以下步驟 sOl :將信道頻率響應(yīng)&從小到大排列，并記Pi = 1/&2 ; S02 :將功率P計(jì)算公式按照特定模式進(jìn)行分解，第一部分為固定值P"其中，X為采用4-QAM調(diào)制方式的子載波的個(gè)數(shù)且X循環(huán) 尸1 = (Z057V/ 2(4-gJM) + (Z ^).SM 2(16 —04M) + (藝《).SW 2(64-^4A/) 公式的第二部分使用貪婪算法取最小值P2，計(jì)算方法如下A =1:、^,''，其中，
/=1
對(duì)前X個(gè)Pi，記Pi' = (SNR2 (4-QAM)-SNR1 (4-QAM) )/2， & = 2 (11)
對(duì)前X+l M-X個(gè)Pi ，記Pi' = (SNR2 (16-QAM) -SNR1 (16-QAM)) /4， N丄=4 (12)
對(duì)前M-X+l M個(gè)Pi ，記Pi' = (SNR2 (64-QAM) -SNR1 (64-QAM)) /6， N丄=6 (13)
將Pi'由大到小排序，記為Pi"，對(duì)應(yīng)的&也隨之變化，記為& "。 s03 :使用貪婪原理，首先，J從1按Pi〃的大小開始搜索，記W二^AV',當(dāng)
,=i
N > 7488時(shí)跳出循環(huán)，然后， 如果N = 7488，不需調(diào)整； 如果N-7488 = 4，去掉前面最近的一個(gè)^ = 4的子載波；
如果N-7488 = 2，去掉前面最近的一個(gè)^ = 2的子載波； 最后計(jì)算此時(shí)A = f S04 :記P = P一&，即為最優(yōu)功率，即選取要求功率下的最大速率的模式和對(duì)應(yīng)子 載波數(shù)，然后將所述模式和子載波數(shù)傳送給分組編碼調(diào)制聯(lián)合單元101。 S05 :調(diào)整總發(fā)射功率。對(duì)所有使用子載波的發(fā)射功率乘以相同的比例因子，使總 的信號(hào)功率等于要求的總功率。 自適應(yīng)分配控制單元102判別選取最佳分組編碼調(diào)制對(duì)后，送入分組編碼調(diào)制聯(lián) 合單元IOI，依次完成分組編碼和調(diào)制過程。 基于上述描述，對(duì)本發(fā)明所提出的用于OFDM系統(tǒng)的聯(lián)合自適應(yīng)編碼調(diào)制器和自 適應(yīng)聯(lián)合分配編碼調(diào)制方法及其對(duì)應(yīng)的完整接收端進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真，主要仿真參數(shù)如 表1所示信號(hào)速率為7. 56Mbps，3種塊長(zhǎng)為7488的LDPC碼率分別為L(zhǎng)DPCO. 4(3048， 7488) ， LDPCO. 6 (4572， 7488)和LDPCO. 8 (6096， 7488) ， 3種QAM調(diào)制分別為4-QAM， 16-QAM， 64-QAM， 0F匿子載波數(shù)為3744，噪聲功率歸一化為1及固定功率為26. 7 ;仿真中所用的信 道為表2所示的典型無線多徑104瑞利衰落信道，最大多普勒頻移為10Hz ;104瑞利衰落信 道下達(dá)到^ = 10—5誤碼率要求時(shí)各分組編碼調(diào)制對(duì)模式的信噪比門限如表3所示，單位為 dB ;104瑞利衰落信道的幅頻特性曲線如圖6所示。
表1
符號(hào)率7. 56Mbps
編碼方式LDPCO. 4(3048,7488)， LDPCO. 6(4572,7488)， LDPCO. 8(6096,7488)
調(diào)制方式4-QAM， 16-QAM， 64-QAM
0FD子載波數(shù)3744
噪聲功率1
固定功率26. 7 表2
104信道抽頭延遲(/w)
100
20.2-10.0
31,9-14.0
43.9-18.0
8.2-20.0
615.0-20.0 表3
\^DPC QAM \^0.40.60.8
41.74.06.9
168.911.013.8
6416.318.521.5 OFDM系統(tǒng)在固定功率26. 7要求下根據(jù)104多徑信道條件分配的不同分組編碼調(diào) 制對(duì)模式如圖7所示，其中，縱坐標(biāo)11代表采用LDPCO. 6(4572,7488)和4-QAM模式，12代 表采用LDPCO. 8 (6096， 7488)和4-QAM模式，13代表采用LDPCO. 4 (3048， 7488)和4-QAM模 式，21代表采用LDPCO. 6 (4572， 7488)和16-QAM模式，22代表采用LDPCO. 8 (6096， 7488)和 16-QAM模式，23代表采用LDPCO. 4(3048,7488)和16-QAM模式，31代表采用LDPCO. 6 (4572， 7488)和64-QAM模式，32代表采用LDPCO. 8 (6096， 7488)和64-QAM模式，33代表采用
11LDPCO. 4(3048,7488)和64-QAM模式。圖7所示的仿真結(jié)果表明，在固定功率26. 7要求下， 只能同時(shí)選取LDPCO. 8(6096,7488)和LDPCO. 6 (4572， 7488)兩個(gè)編碼塊，如果選取三個(gè)編 碼塊或者選取兩個(gè)相同的LDPCO. 8(6096,7488)編碼塊，雖然速率都大于最優(yōu)結(jié)果，但是功 率均會(huì)超出固定功率26.7。 OFDM系統(tǒng)在104多徑信道下聯(lián)合自適應(yīng)編碼調(diào)制的BER(BitError Rate，誤碼 率)性能如圖8所示。由圖8可以看出，相對(duì)于傳統(tǒng)的無自適應(yīng)編碼的自適應(yīng)調(diào)制0F匿 系統(tǒng)，根據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案的聯(lián)合自適應(yīng)編碼調(diào)制OF匿系統(tǒng)更加靈活，在單一碼率，如 LDPCO. 8(6096,7488)和LDPCO. 6 (4572， 7488)的自適應(yīng)調(diào)制之間，可以實(shí)現(xiàn)二維離散編碼 和調(diào)制的聯(lián)合優(yōu)化，即LDPCO. 8 (6096， 7488)-LDPCO. 6(4572,7488)對(duì)和LDPCO. 8 (6096， 7488) -LDPCO. 4 (3048， 7488)對(duì)的聯(lián)合自適應(yīng)編碼調(diào)制，且信道變化越大，本發(fā)明的性能和 靈活優(yōu)勢(shì)越明顯。 以上為本發(fā)明的最佳實(shí)施方式，依據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 能夠顯而易見地想到的一些雷同、替代方案，均應(yīng)落入本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
一種聯(lián)合自適應(yīng)編碼調(diào)制器，其特征在于，所述聯(lián)合自適應(yīng)編碼調(diào)制器包括分組編碼調(diào)制聯(lián)合單元，所述分組編碼調(diào)制聯(lián)合單元包括分組編碼單元和調(diào)制單元，利用接收到的由所述自適應(yīng)分配控制單元傳送的分組編碼調(diào)制對(duì)模式對(duì)信息數(shù)據(jù)流分別依次進(jìn)行自適應(yīng)分組編碼和自適應(yīng)調(diào)制；自適應(yīng)分配控制單元，所述自適應(yīng)分配控制單元包括分組編碼調(diào)制對(duì)選擇單元，利用信道頻率響應(yīng)和要求誤碼率下信噪比門限自適應(yīng)二維聯(lián)合優(yōu)化判別選取最佳分組編碼調(diào)制對(duì)，根據(jù)系統(tǒng)要求計(jì)算得到要求速率下的最小功率或者要求功率下的最大速率，將所述分組編碼調(diào)制對(duì)模式傳送給所述分組編碼調(diào)制聯(lián)合單元；要求誤碼率下信噪比門限測(cè)定單元，所述要求誤碼率下信噪比門限測(cè)定單元利用給定系統(tǒng)誤碼率在無自適應(yīng)調(diào)制下獲得所有分組編碼調(diào)制對(duì)模式下的信噪比門限并將所述信噪比門限傳送給所述自適應(yīng)控制單元；信道估計(jì)單元，所述信道估計(jì)單元利用系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)攜帶的信息獲得信道估計(jì)結(jié)果信道頻率響應(yīng)，并將所述信道頻率響應(yīng)傳送給所述自適應(yīng)分配控制單元。
2. 如權(quán)利要求1所述的聯(lián)合自適應(yīng)編碼調(diào)制器，其特征在于，所述分組編碼單元采用 LDPC碼、RS碼分組編碼方式，且根據(jù)系統(tǒng)要求調(diào)節(jié)所述分組編碼方式。
3. 如權(quán)利要求1所述的聯(lián)合自適應(yīng)編碼調(diào)制器，其特征在于，所述調(diào)制單元采用QAM、 PSK調(diào)制方式，且根據(jù)系統(tǒng)要求調(diào)節(jié)所述調(diào)制方式。
4. 如權(quán)利要求2或3所述的聯(lián)合自適應(yīng)編碼調(diào)制器，其特征在于根據(jù)系統(tǒng)要求調(diào)節(jié)所 述分組編碼方式和調(diào)制方式的組合。
5. 如權(quán)利要求1所述的聯(lián)合自適應(yīng)編碼調(diào)制器，其特征在于根據(jù)系統(tǒng)誤碼率要求調(diào)節(jié) 所述要求誤碼率下信噪比門限測(cè)定單元所測(cè)定的信噪比門限。
6. 如權(quán)利要求1所述的聯(lián)合自適應(yīng)編碼調(diào)制器，其特征在于，根據(jù)系統(tǒng)誤碼率要求調(diào) 節(jié)所述自適應(yīng)分配控制單元輸入的信噪比門限。
7. 如權(quán)利要求6所述的聯(lián)合自適應(yīng)編碼調(diào)制器，其特征在于，所述自適應(yīng)分配控制單 元利用所述信道頻率響應(yīng)和所述要求誤碼率下信噪比門限通過自適應(yīng)分配控制方法聯(lián)合 優(yōu)化二維離散最佳分組編碼調(diào)制對(duì)。
8. 如權(quán)利要求1所述的聯(lián)合自適應(yīng)編碼調(diào)制器，其特征在于，根據(jù)系統(tǒng)固定速率下的 最小功率或者固定功率下的最大速率的要求調(diào)節(jié)所述分組編碼調(diào)制對(duì)模式。
9. 一種自適應(yīng)聯(lián)合分配編碼調(diào)制方法，其特征在于，所述方法包括 將傳輸編碼分組數(shù)設(shè)定為與可選調(diào)制方式個(gè)數(shù)相同；判斷所述傳輸編碼分組數(shù)是否等于最大設(shè)定數(shù)，如果是，則所有子載波首先選取最高階調(diào)制方式，均分碼率集各碼率模式，然后傳送給分組編碼調(diào)制聯(lián)合單元；否則，進(jìn)入下一止 少；判斷所述傳輸編碼分組數(shù)是否等于l，如果是，所有子載波首先選取最低階調(diào)制模式， 根據(jù)系統(tǒng)要求遍歷碼率集各碼率，所有子載波選取要求速率下的最小功率模式或者要求功率下的最大速率模式，然后將所選取的模式傳送給分組編碼調(diào)制聯(lián)合單元；否則，進(jìn)入下一止 少；判斷所述所有傳輸編碼分組速率是否完全相同，如果是，所有子載波遍歷碼率集，根據(jù) 所述信道頻率響應(yīng)和所述信噪比門限選取各調(diào)制方式子載波數(shù)，然后將選取的所述各調(diào)制方式子載波數(shù)傳送給分組編碼調(diào)制聯(lián)合單元，否則，進(jìn)入下一步； 當(dāng)所述傳輸編碼分組碼率不完全相同時(shí)，采用搜索操作；如果所述搜索步驟選取了固定功率下的最大速率的模式，則調(diào)整總發(fā)射功率，對(duì)所有 使用子載波的發(fā)射功率乘以相同的比例因子，使總的信號(hào)功率等于要求的總功率；否則，結(jié) 束。
10.如權(quán)利要求9所述的自適應(yīng)聯(lián)合分配編碼調(diào)制方法，其特征在于，所述搜索操作包括全搜索操作，所述全搜索操作包括窮舉搜索滿足分組編碼塊長(zhǎng)和子載波總數(shù)的要求的分組編碼調(diào)制對(duì)模式和對(duì)應(yīng)子載 波數(shù)；將所述信道頻率響應(yīng)從小到大排列；將所述信噪比門限從大到小按照所述窮舉搜索步驟窮舉出的所述分組編碼調(diào)制對(duì)模 式和對(duì)應(yīng)子載波數(shù)進(jìn)行分配，通過計(jì)算獲得相應(yīng)功率；根據(jù)系統(tǒng)要求選取要求速率下的最小功率或者要求功率下的最大速率的模式和對(duì)應(yīng) 子載波數(shù)，然后將所述模式和子載波數(shù)傳送給所述分組編碼調(diào)制聯(lián)合單元；貪婪搜索操作，所述貪婪搜索操作包括將所述信道頻率響應(yīng)從小到大排列；將功率計(jì)算公式按照特定模式進(jìn)行分解，第一部分為固定值，第二部分為使用貪婪算 法取最小值；選取固定速率下的最小功率模式或者固定功率下的最大速率模式和對(duì)應(yīng)子載波數(shù)，然 后將所述模式和子載波數(shù)傳送給所述分組編碼單元和調(diào)制單元，再傳送給所述分組編碼調(diào) 制聯(lián)合單元。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種聯(lián)合自適應(yīng)編碼調(diào)制器和自適應(yīng)聯(lián)合分配編碼調(diào)制方法，所述聯(lián)合自適應(yīng)編碼調(diào)制器包括分組編碼調(diào)制聯(lián)合單元、自適應(yīng)分配控制單元、要求誤碼率下信噪比門限測(cè)定單元和信道估計(jì)單元；所述自適應(yīng)分配調(diào)制方法包括在系統(tǒng)發(fā)送端，利用已知信道估計(jì)結(jié)果信道頻率響應(yīng)和要求誤碼率下信噪比門限，通過自適應(yīng)二維聯(lián)合優(yōu)化判別選取最佳分組編碼調(diào)制對(duì)模式。本發(fā)明將離散分組編碼調(diào)制對(duì)進(jìn)行二維聯(lián)合優(yōu)化，降低系統(tǒng)發(fā)射功率、提高系統(tǒng)傳輸速率、增加系統(tǒng)傳輸可靠性，特別適用于高速寬帶的移動(dòng)接收。
文檔編號(hào)H04L27/26GK101753506SQ200810240008
公開日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2008年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月16日
發(fā)明者宋健, 張輝敏, 王軍, 王勁濤, 王曉晴, 符劍 申請(qǐng)人:清華大學(xué)