CN101902812A - 一种自适应子载波发射功率分配系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自适应子载波发射功率分配系统及方法，该分配方法包括以下步骤：步骤一，设置在发射端的子载波功率分配模块对系统的子载波的发射功率进行分配；步骤二，子载波监测模块实时监测或间断监测接收端的每个子载波的接收效果并将监测结果回传给所述子载波功率分配模块；步骤三，子载波功率分配模块根据所述监测结果重新优化系统的子载波的发射功率分配，进而使接收端的每个子载波的信噪比尽量一致，或使接收端的每个子载波的信噪比的差值在6dB以内。本发明通过在发射端自适应地调节每个子载波的功率分配使接收端每个子载波的信噪比尽量一致，进而达到最有效地分配发射功率，提高整个OFDM系统的性能。
Description
技术领域
本发明属于通信技术领域，涉及一种自适应子载波发射功率分配系统及方法。
背景技术
OFDM调制方式是目前通信系统最常用的调制方式，它将一个通信信道的频谱分成多个正交的子载波，并将发送数据信息调制到各个子载波上。由于通信信道的频谱被分成多个窄带的子载波，每个子载波的信道失真大大减少，所以OFDM调制系统一般不再需要另外的信道均衡，它被广泛应用于各种通信系统，如无线信道，同轴线信道，电话电缆的数据通信(DSL)等。
OFDM无线网络中的资源分配和现存的无线网络中的资源分配有很大不同，可以大致分为两类：
1、MA算法(Margin Adaptive Algorithm)，其算法的优化目标是在满足各个用户传输速率的前提下，根据各个用户的瞬时信道状况，动态的为用户分配子载波，并确定在各个子载波上传输的比特和功率，使总的发射功率最小；
2、RA算法(Rate Adaptive Algorithm)，其目标是在总的发射功率和每一个用户的最小速率的限制下，动态分配系统资源，使系统的吞吐量最大。
图1是一个传统的OFDM系统的示意图，在发射端，要发送的二进制信号先被映射成正交幅度调制(Quadrature Amplitude Modulation，QAM)信号，然后OFDM调制器将QAM信号调制到每个OFDM子载波上，反傅立叶变换(IFFT)将频域的OFDM调制器的输出转换为时域信号，最后射频调制器将基带OFDM信号再调制到更高的载波上。在接收端，整个过程正好与发射端相反，首先，射频解调器将射频信号解调成基带OFDM信号，然后傅立叶变换(FFT)将基带OFDM信号转换为频域的OFDM子载波信号，OFDM解调器将频域的OFDM子载波信号解调成QAM信号，最后将QAM信号映射成要接收的二进制信号。
由于信道对每个子载波的衰耗和干扰各不相同，在接收端就会出现部分子载波的信噪比过高，而另一部分子载波的信噪比过低的情况。对于信噪比过高的子载波，虽然接收效果很好，但从另一个角度来看，我们原先并不需要在这些子载波上发送这么大的功率也可以达到一样的接收效果，所以这些功率被浪费了；对于信噪比过低的子载波，接收效果又达不到系统的要求。即使在OFDM系统里加入信道编码，这一问题也不能完全解决，各个子载波的信噪比差异也会降低系统的性能。
根据实际情况的需要，解决方法也各不相同，例如：容量最大化的OFDMA资源分配算法，其首先根据当前的信道状况计算出各用户所需的载波数量，并分配子载波，然后以注水算法对各子载波上的功率进行分配，该算法在最大化系统容量的同时兼顾了用户间的公平性；申请号为200910015131.6的专利提供一种基于非连续载波OFDM系统的低复杂度功率控制方法，该方法采用二次抛物线代替一次函数来模拟非连续载波OFDM系统的各阶功率谱旁瓣的幅度衰减比例，以一种平方比例进行功率控制，该方法在保证次要用户对主要用户的干扰功率受限前提下自适应地加载各子载波的发射功率，达到了最高的通信速率要求，使非连续载波OFDM次要用户的信道容量最大化。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种自适应子载波发射功率分配系统；
此外本发明还提供一种自适应子载波发射功率分配方法，该方法在采用或没有采用信道编码的OFDM系统中都能更好地提高系统的抗衰落性能。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。
一种自适应子载波发射功率分配系统，包括发射端和接收端，所述分配系统包括子载波监测模块，子载波功率分配模块；所述子载波监测模块用以实时监测或间断监测接收端的每个子载波的接收效果并将监测结果回传给一子载波功率分配模块；所述子载波功率分配模块设置在发射端，用以根据接收端的每个子载波的接收效果来调节每个子载波的发射功率，进而使接收端的每个子载波的信噪比尽量一致，或使接收端的每个子载波的信噪比的差值在6dB以内。
作为本发明的一种优选方案，所述子载波监测模块设置在发射端或接收端。
作为本发明的另一种优选方案，所述发射端包括QAM转换模块，OFDM调制模块，子载波功率分配模块，IFFT模块，射频调制模块；所述QAM转换模块用以将要发送的二进制信号映射成QAM信号；所述OFDM调制模块与所述QAM转换模块相连，用以将所述QAM信号调制到每个OFDM子载波上；所述子载波功率分配模块与所述OFDM调制模块相连，用以为每个OFDM子载波分配适当的功率；所述IFFT模块与所述OFDM调制模块相连，用以将频域的OFDM子载波信号转换为时域的基带OFDM信号；所述射频调制模块与所述IFFT模块相连，用以将基带OFDM信号再调制到更高的载波上生成射频信号，并通过信道发射射频信号。
作为本发明的再一种优选方案，所述接收端包括射频解调模块，FFT模块，OFDM解调模块，子载波监测模块，二进制转换模块；所述射频解调模块用以将射频信号解调成基带OFDM信号；所述FFT模块与所述射频解调模块相连，用以将基带OFDM信号转换为频域的OFDM子载波信号；所述OFDM解调模块与所述FFT模块相连，用以将频域的OFDM子载波信号解调成QAM信号；所述子载波监测模块与所述OFDM解调模块相连，用以监测每个子载波的接收效果，然后将监测结果回传给子载波功率分配模块，用以为子载波功率分配模块的下一次优化功率分配提供有利的依据；所述二进制转换模块与所述OFDM解调模块相连，用以将QAM信号映射成要接收的二进制信号。
作为本发明的再一种优选方案，所述监测效果包括子载波的信噪比，或/和子载波的信道衰减；所述监测结果通过链路层，或网络层协议，或物理层的专有信道回传给所述子载波功率分配模块。
一种自适应子载波发射功率分配方法包括以下步骤：
步骤一，设置在发射端的子载波功率分配模块对系统的子载波的发射功率进行分配；
步骤二，子载波监测模块实时监测或间断监测接收端的每个子载波的接收效果并将监测结果回传给所述子载波功率分配模块；
步骤三，子载波功率分配模块根据所述监测结果重新优化系统的子载波的发射功率分配，进而使接收端的每个子载波的信噪比尽量一致，或使接收端的每个子载波的信噪比的差值在6dB以内。
作为本发明的一种优选方案，步骤三中，所述优化系统的子载波的发射功率分配的具体方法为减少信噪比过高的子载波发射功率，然后再提高其他子载波发射功率以维持发射端的整体功率不变。
作为本发明的另一种优选方案，步骤三中，所述优化系统的子载波的发射功率分配的具体方法为减少信噪比过高的子载波发射功率，同时相应提高信噪比过低的子载波发射功率。
作为本发明的再一种优选方案，步骤三中，所述优化系统的子载波的发射功率分配的具体方法为仅减少信噪比过高的子载波发射功率。
作为本发明的再一种优选方案，所述子载波监测模块设置于发射端或接收端。
本发明的有益效果在于：本发明通过在发射端自适应地调节每个子载波的功率分配使接收端的每个子载波的信噪比尽量一致，进而达到最有效地分配发射功率，改善信道衰落和误码率，提高整个OFDM系统的性能。
附图说明
图1为传统的OFDM系统结构示意图；
图2为本发明所述的自适应子载波发射功率分配系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
实施例一
本实施例提供一种自适应子载波发射功率分配系统，如图2所示，该系统包括发射端和接收端，所述发射端设有QAM转换模块，OFDM调制模块，子载波功率分配模块，IFFT模块，和射频调制模块；接收端设有二进制转换模块，子载波监测模块，OFDM解调模块，FFT模块和射频解调模块。该系统是时分频分复用的系统，不同的用户在不同的时刻使用该系统的全部子载波。
所述自适应子载波发射功率分配系统的分配方法为：
在发射端，QAM转换模块将要发送的二进制信号先被映射成正交幅度调制(Quadrature Amplitude Modulation，QAM)信号，然后OFDM调制模块将QAM信号调制到每个OFDM子载波上，子载波功率分配模块为每个OFDM子载波分配适当的功率，IFFT模块将频域的OFDM子载波信号转换为时域的基带OFDM信号，最后射频调制模块将基带OFDM信号再调制到更高的载波上。
在接收端，整个过程正好与发射端相反，首先，射频解调模块将射频信号解调成基带OFDM信号，然后FFT模块将基带OFDM信号转换为频域的OFDM子载波信号，OFDM解调模块将频域的OFDM子载波信号解调成QAM信号，此时子载波监测模块监测每个子载波的接收效果，然后将监测结果回传给子载波功率分配模块，用以为子载波功率分配模块的下一次优化功率分配提供有利的依据，最后二进制转换模块将QAM信号映射成要接收的二进制信号。
所述要监测的接收效果可以是子载波的信噪比，也可以是子载波的信道衰减。所述子载波监测模块可以实时不间断的监测，也可以间断地监测，监测的结果可以通过各种方式传回发射端，它可以通过链路层也可以通过网络层的协议传回发射端，甚至可以通过物理层的专有信道回传给发射端。发射端在取得了接收端的监测结果后就可以通过子载波功率分配模块来优化系统的功率分配。优化功率分配的一种方法是减少信噪比过高的子载波发射功率，然后再提高其他子载波的发射功率以维持发射端的整体功率不变；另一种方法是减少信噪比过高的子载波发射功率，同时相应提高信噪比过低的子载波发射功率；再一种方法是只减少信噪比过高的子载波发射功率以节省功耗和对其他系统的干扰。
本发明通过在发射端自适应地调节每个子载波的功率分配使接收端的每个子载波的信噪比尽量一致，进而达到最有效地分配发射功率，提高整个OFDM系统的性能。
实施例二
本实施例与实施例一的区别在于所述子载波监测模块设置在发射端，此时信道是可逆的，即发射端可以通过本地的子载波监测模块来判断接收端的接收状况。
这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其他形式、结构、布置、比例，以及用其他元件、材料和部件来实现。
Claims (10)
1.一种自适应子载波发射功率分配系统，包括发射端和接收端，其特征在于，所述分配系统包括：
子载波监测模块，用以实时监测或间断监测接收端的每个子载波的接收效果并将监测结果回传给一子载波功率分配模块；
子载波功率分配模块，设置在发射端，用以根据接收端的每个子载波的接收效果来调节每个子载波的发射功率，进而使接收端的每个子载波的信噪比尽量一致，或使接收端的每个子载波的信噪比的差值在6dB以内。
2.根据权利要求1所述的自适应子载波发射功率分配系统，其特征在于：所述子载波监测模块设置在发射端或接收端。
3.根据权利要求1所述的自适应子载波发射功率分配系统，其特征在于，所述发射端包括：
QAM转换模块，用以将要发送的二进制信号映射成QAM信号；
OFDM调制模块，与所述QAM转换模块相连，用以将所述QAM信号调制到每个OFDM子载波上；
子载波功率分配模块，与所述OFDM调制模块相连，用以为每个OFDM子载波分配适当的功率；
IFFT模块，与所述OFDM调制模块相连，用以将频域的OFDM子载波信号转换为时域的基带OFDM信号；
射频调制模块，与所述IFFT模块相连，用以将基带OFDM信号再调制到更高的载波上生成射频信号，并通过信道发射射频信号。
4.根据权利要求1所述的自适应子载波发射功率分配系统，其特征在于，所述接收端包括：
射频解调模块，用以将射频信号解调成基带OFDM信号；
FFT模块，与所述射频解调模块相连，用以将基带OFDM信号转换为频域的OFDM子载波信号；
OFDM解调模块，与所述FFT模块相连，用以将频域的OFDM子载波信号解调成QAM信号；
子载波监测模块，与所述OFDM解调模块相连，用以监测每个子载波的接收效果，然后将监测结果回传给子载波功率分配模块，用以为子载波功率分配模块的下一次优化功率分配提供有利的依据；
二进制转换模块，与所述OFDM解调模块相连，用以将QAM信号映射成要接收的二进制信号。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的自适应子载波发射功率分配系统，其特征在于：所述监测效果包括子载波的信噪比，或/和子载波的信道衰减；所述监测结果通过链路层，或网络层协议，或物理层的专有信道回传给所述子载波功率分配模块。
6.一种自适应子载波发射功率分配方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤一，设置在发射端的子载波功率分配模块对系统的子载波的发射功率进行分配；
步骤二，子载波监测模块实时监测或间断监测接收端的每个子载波的接收效果并将监测结果回传给所述子载波功率分配模块；
步骤三，子载波功率分配模块根据所述监测结果重新优化系统的子载波的发射功率分配，进而使接收端的每个子载波的信噪比尽量一致，或使接收端的每个子载波的信噪比的差值在6dB以内。
7.根据权利要求6所述的自适应子载波发射功率分配方法，其特征在于：步骤三中，所述优化系统的子载波的发射功率分配的具体方法为减少信噪比过高的子载波发射功率，然后再提高其他子载波发射功率以维持发射端的整体功率不变。
8.根据权利要求6所述的自适应子载波发射功率分配方法，其特征在于：步骤三中，所述优化系统的子载波的发射功率分配的具体方法为减少信噪比过高的子载波发射功率，同时相应提高信噪比过低的子载波发射功率。
9.根据权利要求6所述的自适应子载波发射功率分配方法，其特征在于：步骤三中，所述优化系统的子载波的发射功率分配的具体方法为仅减少信噪比过高的子载波发射功率。
10.根据权利要求6所述的自适应子载波发射功率分配方法，其特征在于：所述子载波监测模块设置于发射端或接收端。
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