一種自適應傳輸策略的選取方法

蘇　志，李經安

(中國電子科技集團公司第五十四研究所，河北 石家莊050081)

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一種自適應傳輸策略的選取方法

蘇志，李經安

(中國電子科技集團公司第五十四研究所，河北 石家莊050081)

摘要針對無線通信信道的變化，為了提高頻譜的利用效率，增加系統的吞吐量，提出了一種自適應傳輸策略選取方法。給出了仿真系統的總體設計框圖，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)下的自適應策略的建立準則，給出了在不同信道模型條件下自適應策略建立的依據和方法，并研究了對應傳輸策略的吞吐量。研究結果表明，自適應調制編碼傳輸策略可以更好地利用信道條件，從而達到信道利用率的有效提升。

關鍵詞自適應傳輸；自適應調制編碼；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

隨著無線通信發展以及應用的多樣化，無線頻譜資源越來越緊張，高效的頻譜利用技術變得尤為重要。傳統的無線電系統中一般采用固定傳輸，為了在信道最差時能夠正常通信，系統設計一般留有很大余量保證系統的高可靠性。自適應傳輸方案則不同，它可以使系統的平均吞吐量比固定速率傳輸提升數倍。通過信道認知技術，根據信道狀態提供可變的服務能力，信道好時，通過改變波形提供更高的可用帶寬和優質的服務；信道變差時，保證關鍵信息的可靠傳輸。這些技術利用無線信道的時變特性去改變發射功率、符號速率、編碼方案、信號星座圖或者這些參數的組合，進而提高鏈路平均頻譜效率[1]。

自適應調制編碼(Adaptive Modulation and Coding，AMC)是通過預測信道誤碼率(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手段[2]。本文給出了一種適合工程應用的自適應傳輸策略的選取方法，簡單實用，并且可以有效提高系統吞吐量，達到信道利用率的進一步提升。

1自適應傳輸仿真系統設計

自適應仿真系統框圖如圖1所示。

圖1　自適應仿真系統

信道估計與均衡模塊和AMC算法模塊是自適應仿真系統中最重要的組成部分，信道估計與均衡模塊作用中信道估計部分是提供信道噪聲估計值[3]；頻域均衡部分能以較低的復雜度對抗由多徑效應引起的ISI干擾是抗信道頻域選擇性衰落的關鍵，采用的算法是頻域MMSE均衡算法；AMC算法模塊的自適應參數主要是編碼與調制。它主要根據信噪比(SNR)估計值實時改變系統傳輸參數，在保證系統可靠運行的基礎上，提高頻帶利用率以及系統吞吐量。下面分別在AWGN信道和瑞利信道下介紹自適應傳輸策略的選取方法，并給出仿真結果。

2AWGN信道下自適應策略選取過程

在自適應傳輸系統中，系統根據現在的信道情況預測下一時刻的信道。盡管目前信道估計的方法有很多，但是實際很多系統依然采用SNR作為信道質量信息指標，所以本文AMC方案也主要以SNR估計為信道的測量指標。

圖2　AWGN信道下的BER-SNR曲線以及SNR門限

N個傳輸方案中的每一個都會運行于一個特別的SNR區域內。當SNR-γ落在區域γn≤γ≤γn+1內時，相關的信道狀態信息被發送到發射機。發射機隨后調整其傳輸速率以及調制方式、編碼方式，進而形成新的傳輸方案保證了BER小于預期的目標BER。這樣系統可以在較高SNR的條件下高效傳輸，在較低SNR時降低頻譜效率，保證系統的魯棒性。

然而，自適應調制編碼所面臨的挑戰是移動信道是時變的，信道信息反饋就變成了一個限制因素。因此，慢時變信道以及可靠反饋信道的假設對實現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應該沒有延遲或者很小，進而保證發送下一幀時預測的SNR與實際的SNR不會出現太大偏離，保證AMC方案的有效實施[4]。

3瑞利信道下自適應傳輸策略選取過程

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

結合指標要求，首先建立一種信道模型，該信道模型設置5個多徑，各徑時延分別為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

歸一化吞吐量計算公式為：

Goodput=L/(H+L)(1-ber)(H+L)×log2M。

(1)

式中，L為數據符號長度；H為幀頭長度；ber為系統BER；M為調制階數。

根據圖3，將自適應傳輸門限劃分為6個區間：<9 dB、[9，12] dB、(12，15] dB、(15，18] dB、(18，21] dB和>21 dB。對應每個區間，結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

區間/dB模式備選策略選擇策略<9MCS080K直擴80K直擴[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

對不同符號速率下的策略選取，也可以采用上述策略確定原理來處理。考慮發射功率恒定的自適應系統，當符號速率減半時，信號功率不變，但由于帶寬減半從而導致噪聲功率減半，因此SNR相當于提高了1倍。此時，在理論上，非線性系統最大能夠得到類似于線性系統的3 dB增益[5]。但實際上，當符號速率降低時，非線性系統下的誤碼性能會呈現變好的趨勢，其誤碼性能曲線也會相應地沿橫坐標(SNR)方向左移。前述最優策略的選取方法也同樣適用于此時符號速率降低的情況，從而可以實現變符號速率的自適應傳輸[6]?？紤]到確定方法的一致性和敘述的簡潔性，在此對不同符號速率下的自適應策略表不再加以贅述。

4結束語

通過研究自適應傳輸的基本原理，指出適應于信道變化的編碼調制技術可以顯著提高系統的吞吐量，進而提高頻譜使用效率[7,8]。在對應的門限區間內自適應編碼調制技術不僅滿足規定的BER要求，而且可以達到最大的吞吐量值，從而提高了頻譜利用率，為AMC模塊制定最優的自適應傳輸策略進行指導。從計算復雜度的角度來看，該方法的計算量小很多；同時，從工程可實現性的角度來看，該方法也更適于實際工程場景。研究表明，該方案能夠根據信道的變化合理地調整策略切換門限，使自適應傳輸系統更好地適應無線信道復雜的電磁環境。

參考文獻

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蘇志男，(1982—)，工程師。主要研究方向：無線通信。

李經安男，(1983—)，工程師。主要研究方向：無線通信。

作者簡介

基金項目：國家科技重大專項基金資助項目(2012ZX03004-003)。

收稿日期：2015-09-10

中圖分類號TM929.5

文獻標識碼A

文章編號1003-3106(2015)12-0074-03

doi:10.3969/j.issn.1003-3106.2015.12.19

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