蘇　志，李經(jīng)安

(中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，河北 石家莊050081)

?

一種自適應(yīng)傳輸策略的選取方法

蘇志，李經(jīng)安

(中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，河北 石家莊050081)

摘要針對(duì)無線通信信道的變化，為了提高頻譜的利用效率，增加系統(tǒng)的吞吐量，提出了一種自適應(yīng)傳輸策略選取方法。給出了仿真系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖，分析了主要部分的功能和作用；分別介紹了在加性高斯白噪聲信道(AWGN信道)下和變參信道(瑞利信道)下的自適應(yīng)策略的建立準(zhǔn)則，給出了在不同信道模型條件下自適應(yīng)策略建立的依據(jù)和方法，并研究了對(duì)應(yīng)傳輸策略的吞吐量。研究結(jié)果表明，自適應(yīng)調(diào)制編碼傳輸策略可以更好地利用信道條件，從而達(dá)到信道利用率的有效提升。

關(guān)鍵詞自適應(yīng)傳輸；自適應(yīng)調(diào)制編碼；吞吐量

A Method of Adaptive Transmission Strategy

SU Zhi，LI Jing-an

(The54thResearchInstituteofCETC，ShijiazhuangHebei050081，China)

AbstractIn view of variety of wireless communication channel，an adaptive transmission strategy select method is presented in order to raise spectrum utilization efficiency and throughput of the system.First，the general design block diagram of simulation system is presented and the functions of main part are analyzed.Then，the rule of adaptive transmission strategy in AWGN and parametric variation channel (Rayleigh channel) is introduced.The set-up foundation and method of adaptive strategy are presented in the condition of different channel models，and the throughput of corresponding transmission strategy is studied.The results show that AMC transmission strategy can better utilize channel to raise utilization efficiency of channel.

Key wordsadaptive transmission;adaptive modulation and coding;throughput

0引言

隨著無線通信發(fā)展以及應(yīng)用的多樣化，無線頻譜資源越來越緊張，高效的頻譜利用技術(shù)變得尤為重要。傳統(tǒng)的無線電系統(tǒng)中一般采用固定傳輸，為了在信道最差時(shí)能夠正常通信，系統(tǒng)設(shè)計(jì)一般留有很大余量保證系統(tǒng)的高可靠性。自適應(yīng)傳輸方案則不同，它可以使系統(tǒng)的平均吞吐量比固定速率傳輸提升數(shù)倍。通過信道認(rèn)知技術(shù)，根據(jù)信道狀態(tài)提供可變的服務(wù)能力，信道好時(shí)，通過改變波形提供更高的可用帶寬和優(yōu)質(zhì)的服務(wù)；信道變差時(shí)，保證關(guān)鍵信息的可靠傳輸。這些技術(shù)利用無線信道的時(shí)變特性去改變發(fā)射功率、符號(hào)速率、編碼方案、信號(hào)星座圖或者這些參數(shù)的組合，進(jìn)而提高鏈路平均頻譜效率[1]。

自適應(yīng)調(diào)制編碼(Adaptive Modulation and Coding，AMC)是通過預(yù)測(cè)信道誤碼率(BER)而改變信道傳輸方案來提高信道頻譜利用率的一種技術(shù)手段[2]。本文給出了一種適合工程應(yīng)用的自適應(yīng)傳輸策略的選取方法，簡單實(shí)用，并且可以有效提高系統(tǒng)吞吐量，達(dá)到信道利用率的進(jìn)一步提升。

1自適應(yīng)傳輸仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)

自適應(yīng)仿真系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1　自適應(yīng)仿真系統(tǒng)

信道估計(jì)與均衡模塊和AMC算法模塊是自適應(yīng)仿真系統(tǒng)中最重要的組成部分，信道估計(jì)與均衡模塊作用中信道估計(jì)部分是提供信道噪聲估計(jì)值[3]；頻域均衡部分能以較低的復(fù)雜度對(duì)抗由多徑效應(yīng)引起的ISI干擾是抗信道頻域選擇性衰落的關(guān)鍵，采用的算法是頻域MMSE均衡算法；AMC算法模塊的自適應(yīng)參數(shù)主要是編碼與調(diào)制。它主要根據(jù)信噪比(SNR)估計(jì)值實(shí)時(shí)改變系統(tǒng)傳輸參數(shù)，在保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)上，提高頻帶利用率以及系統(tǒng)吞吐量。下面分別在AWGN信道和瑞利信道下介紹自適應(yīng)傳輸策略的選取方法，并給出仿真結(jié)果。

2AWGN信道下自適應(yīng)策略選取過程

在自適應(yīng)傳輸系統(tǒng)中，系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)在的信道情況預(yù)測(cè)下一時(shí)刻的信道。盡管目前信道估計(jì)的方法有很多，但是實(shí)際很多系統(tǒng)依然采用SNR作為信道質(zhì)量信息指標(biāo)，所以本文AMC方案也主要以SNR估計(jì)為信道的測(cè)量指標(biāo)。

圖2　AWGN信道下的BER-SNR曲線以及SNR門限

N個(gè)傳輸方案中的每一個(gè)都會(huì)運(yùn)行于一個(gè)特別的SNR區(qū)域內(nèi)。當(dāng)SNR-γ落在區(qū)域γn≤γ≤γn+1內(nèi)時(shí)，相關(guān)的信道狀態(tài)信息被發(fā)送到發(fā)射機(jī)。發(fā)射機(jī)隨后調(diào)整其傳輸速率以及調(diào)制方式、編碼方式，進(jìn)而形成新的傳輸方案保證了BER小于預(yù)期的目標(biāo)BER。這樣系統(tǒng)可以在較高SNR的條件下高效傳輸，在較低SNR時(shí)降低頻譜效率，保證系統(tǒng)的魯棒性。

然而，自適應(yīng)調(diào)制編碼所面臨的挑戰(zhàn)是移動(dòng)信道是時(shí)變的，信道信息反饋就變成了一個(gè)限制因素。因此，慢時(shí)變信道以及可靠反饋信道的假設(shè)對(duì)實(shí)現(xiàn)AMC方案是十分必要的。通過這種方式，在反饋信道中傳輸策略選擇信息時(shí)應(yīng)該沒有延遲或者很小，進(jìn)而保證發(fā)送下一幀時(shí)預(yù)測(cè)的SNR與實(shí)際的SNR不會(huì)出現(xiàn)太大偏離，保證AMC方案的有效實(shí)施[4]。

3瑞利信道下自適應(yīng)傳輸策略選取過程

本文BER要求為10-5，即目標(biāo)BER0為10-5。又由于自適應(yīng)模塊是基于信道估計(jì)模塊得到估計(jì)SNR，從而給出相應(yīng)的策略輸出，所以需仿真出所有策略組合的SNR-BER曲線。

結(jié)合指標(biāo)要求，首先建立一種信道模型，該信道模型設(shè)置5個(gè)多徑，各徑時(shí)延分別為0 μs、0.1 μs、0.3 μs、0.5 μs和15 μs，幅度分別為0 dB、-1.5 dB、-4.5 dB、-7.5 dB和-8 dB。

所有策略組合的SNR-BER曲線如圖3所示。

圖3　信道模型1條件下所有策略的SNR-BER曲線

歸一化吞吐量計(jì)算公式為：

Goodput=L/(H+L)(1-ber)(H+L)×log2M。

(1)

式中，L為數(shù)據(jù)符號(hào)長度；H為幀頭長度；ber為系統(tǒng)BER；M為調(diào)制階數(shù)。

根據(jù)圖3，將自適應(yīng)傳輸門限劃分為6個(gè)區(qū)間：<9 dB、[9，12] dB、(12，15] dB、(15，18] dB、(18，21] dB和>21 dB。對(duì)應(yīng)每個(gè)區(qū)間，結(jié)合選擇吞吐量最大策略。其備選策略和選擇策略如表1所示。

由式(1)可以得到5種策略的吞吐比較曲線，如圖4所示。

圖4　信道模型1條件下5種策略的吞吐量分析

區(qū)間/dB模式備選策略選擇策略<9MCS080K直擴(kuò)80K直擴(kuò)[9,12]MCS1LDPC12_BPSKLDPC12_BPSK(12,15]MCS2LDPC12_BPSKLDPC34_BPSKLDPC34_BPSK(15,18]MCS3LDPC12_BPSK,LDPC23_BPSKLDPC34_BPSK,LDPC56_BPSKLDPC12_QPSKLDPC12_QPSK(18,21]MCS4LDPC12_BPSK,LDPC23_BPSKLDPC34_BPSK,LDPC56_BPSKLDPC12_QPSK,LDPC23_QPSK,LDPC34_QPSK,LDPC34_QPSK>21MCS5ALLLDPC56_QPSK

對(duì)不同符號(hào)速率下的策略選取，也可以采用上述策略確定原理來處理?？紤]發(fā)射功率恒定的自適應(yīng)系統(tǒng)，當(dāng)符號(hào)速率減半時(shí)，信號(hào)功率不變，但由于帶寬減半從而導(dǎo)致噪聲功率減半，因此SNR相當(dāng)于提高了1倍。此時(shí)，在理論上，非線性系統(tǒng)最大能夠得到類似于線性系統(tǒng)的3 dB增益[5]。但實(shí)際上，當(dāng)符號(hào)速率降低時(shí)，非線性系統(tǒng)下的誤碼性能會(huì)呈現(xiàn)變好的趨勢(shì)，其誤碼性能曲線也會(huì)相應(yīng)地沿橫坐標(biāo)(SNR)方向左移。前述最優(yōu)策略的選取方法也同樣適用于此時(shí)符號(hào)速率降低的情況，從而可以實(shí)現(xiàn)變符號(hào)速率的自適應(yīng)傳輸[6]?？紤]到確定方法的一致性和敘述的簡潔性，在此對(duì)不同符號(hào)速率下的自適應(yīng)策略表不再加以贅述。

4結(jié)束語

通過研究自適應(yīng)傳輸?shù)幕驹?，指出適應(yīng)于信道變化的編碼調(diào)制技術(shù)可以顯著提高系統(tǒng)的吞吐量，進(jìn)而提高頻譜使用效率[7,8]。在對(duì)應(yīng)的門限區(qū)間內(nèi)自適應(yīng)編碼調(diào)制技術(shù)不僅滿足規(guī)定的BER要求，而且可以達(dá)到最大的吞吐量值，從而提高了頻譜利用率，為AMC模塊制定最優(yōu)的自適應(yīng)傳輸策略進(jìn)行指導(dǎo)。從計(jì)算復(fù)雜度的角度來看，該方法的計(jì)算量小很多；同時(shí)，從工程可實(shí)現(xiàn)性的角度來看，該方法也更適于實(shí)際工程場(chǎng)景。研究表明，該方案能夠根據(jù)信道的變化合理地調(diào)整策略切換門限，使自適應(yīng)傳輸系統(tǒng)更好地適應(yīng)無線信道復(fù)雜的電磁環(huán)境。

參考文獻(xiàn)

[1]LI Feng.An Uplink Power Control Algorithm Using Traditional Iterative Model for Cognitive Radio Networks [C]∥Journal of Central South University，2012: 2 816-2 822.

[2]YU Yang.A Novel Adaptive Rate Control Algorithm for SC-FDE Systems [J].The 11th International Conference on Signal Processing，ICSP2012,2012(2):1 443-1 448.

[3]龔蕾.OFDM系統(tǒng)信噪比估計(jì)與自適應(yīng)傳輸技術(shù)的研究[D].西安：西安電子科技大學(xué)，2009:15-29.

[4]崔亮，楊明.現(xiàn)代通信技術(shù)的未來發(fā)展方向[J].中國科技信息，2005(24)：36-37.

[5]梁立宏.OFDM中的自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2005：25-38.

[6]韓曉晗.無線信道特性分析[J].廣播電視信息，2009(7)：28-30.

[7]肖先賜．計(jì)算智能方法在非合作信號(hào)參量估計(jì)中的應(yīng)用研究[D].成都:電子科技大學(xué)，2005：25-64.

[8]張?zhí)祢U，周正中．直擴(kuò)信號(hào)的譜檢測(cè)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)估計(jì)[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2001，23(12)：12-15.

蘇志男，(1982—)，工程師。主要研究方向：無線通信。

李經(jīng)安男，(1983—)，工程師。主要研究方向：無線通信。

作者簡介

基金項(xiàng)目：國家科技重大專項(xiàng)基金資助項(xiàng)目(2012ZX03004-003)。

收稿日期：2015-09-10

中圖分類號(hào)TM929.5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)1003-3106(2015)12-0074-03

doi:10.3969/j.issn.1003-3106.2015.12.19

引用格式：蘇志,李經(jīng)安.一種自適應(yīng)傳輸策略的選取方法[J].無線電工程,2015,45(12):74-76.