CN102098124A - 一种基于低密度奇偶校验码的自适应调制编码方法 - Google Patents

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李刚
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Abstract

一种基于低密度奇偶校验码的自适应调制编码方法，包含发射信号在发射机部分经过双码率低密度奇偶校验码编码、双模式调制后，通过射频发射模块送入无线通道。根据接收机反馈信息，切换低密度奇偶校验码编码方式，切换调制模式，根据系统要求，选择两种MCS选择算法之一。接收信号经过射频接收模块变频为基带信号或者中频信号，进行信号检测，双模式解调，双码率低密度奇偶校验码解码后输出。根据接收信号进行信道评估，并反馈到发射机，同时切换低密度奇偶校验码解码方式，切换解调方式。本发明能显著提高数据传输带宽的效率，实现传输性能和技术实现复杂度之间的平衡。

Description

一种基于低密度奇偶校验码的自适应调制编码方法
技术领域
本发明涉及通信领域中的一种编码方法，尤其涉及一种基于低密度奇偶校验码的自适应调制编码方法。
背景技术
在无线通信系统中，信道会受到阴影衰落、多径衰落、路径损耗以及各种干扰等因素的影响。信道特性和干扰状况是随时间不断变化的。传统的传输技术是针对最恶劣的信道条件设计，采用增加发射机发射功率、降低调制阶数和提高纠错编码的冗余度等方式，来保证在时变信道的各种状态下均能达到预定的性能。这种策略虽然可以保障通信质量，但带宽效率很低，导致信道容量无法得到充分利用。
随着高速数据通信和多媒体业务的发展，无线通信系统的频谱资源越来越匮乏。宽带无线通信系统必须要解决如何提高带宽效率的问题。链路自适应就是一种优化的提高带宽效率与传输速率的技术。
链路自适应的设计是通过接收机监测信道信息并反馈到发射机，发射机可以通过实时调整传输参数来提高带宽效率与传输速率。在保证一定系统可靠性的前提下，链路自适应最大限度地利用了无线信道资源。链路自适应技术中最主要的部分就是自适应调制编码技术。
目前，自适应调制编码技术已成为一种最主要的链路自适应技术被多个无线通信标准所采用。例如，3GPP(第3代合作伙伴计划，3rd GenerationPartnership Project)中的高速下行分组接入系统在传输数据业务时采用了自适应调制编码和混合重传。IEEE的802.11和802.16等宽带无线接入标准中均采用了自适应调制编码作为其主要的链路自适应技术，来克服无线信道的时变性和衰落性。
自适应调制编码技术的核心设计是在保证系统性能的前提下，根据通信环境和具体的业务要求，动态地改变发送端的调制和编码机制，以提高系统的带宽效率或传输速率。
在通信系统中，高阶调制可以提供更高的带宽效率，其代价是恶化的误码性能。信道编码的码率越低，带宽效率也相应降低。在保证通信系统性能的前提下，为了充分利用带宽效率，自适应调制编码系统动态地调整调制编码方案(MCS，Modulation and Coding Scheme)。MAC(Media AccessControl介质访问控制)层根据用户瞬时信道质量状况和目前资源选择最合适的链路调制和编码方式，使用户达到尽量高的数据吞吐率。
MCS的数量被称为调制编码级数。当无线信道变化时，系统根据切换算法在不同调制编码方案之间切换。调制编码级数越大，各个调制编码方案之间的过渡就越平滑，链路自适应的效果就越好，链路性能就越接近信道容量。但是，调制编码级数越大，系统的复杂性就越高。因此，选取适当的调制编码级数就需要在链路性能和系统复杂度之间取得折中。
MCS的核心是其中所采用的信道编码技术，在同样的码率下，所提供的纠错能力越强，系统的带宽效率越高。低密度奇偶校验码(简称LDPC)是一种能够逼近香农(Shannon)极限的性能优异的信道编解码方法，纠错能力优于Turbo码。与目前采用卷积码和Turbo码的自适应调制编码系统相比较，采用LDPC纠错码可以显著提高自适应调制编码系统的性能。在同样的信噪比和误码率要求条件下，达到更高的系统的带宽效率。
发明内容
基于上述各种问题，本发明目的在于提供一种基于低密度奇偶校验码的自适应调制编码的实现方法，能实现传输性能和技术实现复杂度之间的平衡，提高带宽效率，保证高的数据吞吐量。
本发明涉及一种基于低密度奇偶校验码的自适应调制编码方法，包含以下内容：
(1)、发射信号在发射机部分经过双码率低密度奇偶校验码编码、双模式调制后，通过射频发射模块送入无线通道；
(2)、根据接收机反馈信息，切换低密度奇偶校验码编码方式，切换调制模式，根据系统要求，选择两种MCS选择算法之一；
(3)、接收信号经过射频接收模块变频为基带信号或者中频信号，进行信号检测，双模式解调，双码率低密度奇偶校验码解码后输出；
(4)、根据接收信号进行信道评估，并反馈到发射机，同时切换低密度奇偶校验码解码方式，切换解调方式。
步骤(1)中双码率编码为：
①码长等于2000，码率为1/2的低密度奇偶校验码编码；
②码长等于2000，码率为3/4的低密度奇偶校验码编码；
双模式调试方式为：
①QPSK(quadrature phase-shift keying，正交相移键控)调制方式；
②16QAM(Quadrature Amplitude Modulation，正交振幅调制)调制方式。
步骤(2)中两种MCS选择算法方式为：
①基于误码率准则的切换算法，在确保一定的误码率的前提下，获得尽可能大的带宽效率；
②基于最大吞吐率准则的切换算法，确保系统始终工作在最大吞吐量的条件下，即达到最佳带宽效率。
步骤(3)中双码率解码方式包含：
①码长等于2000，码率为1/2的低密度奇偶校验码码解码；
②码长等于2000，码率为3/4的低密度奇偶校验码码解码；
双模式解调方式为：
①QPSK(正交相移键控)解调方式；
②16QAM(正交振幅调制)解调方式。
采用上述发明内容，能够有效地保证传输性能和技术实现复杂度之间的平衡，通过灵活采用两种MCS选择算法，可以保证数据的吞吐量，实现带宽利用最高效率。
附图说明
图1一种基于低密度奇偶校验码的自适应调制编码方法示意图
图2四种MCS方式的误码率FER曲线图
图3采用基于最大吞吐率准则的切换算法的系统带宽效率曲线图；
图4采用基于误码率准则的切换算法的系统带宽效率曲线图
图5采用基于低密度奇偶校验码的自适应调制编码方法的系统与HSDPA-AMC系统的带宽效率对比曲线图
具体实施方案
下面结合各附图，对本发明提供的一种基于低密度奇偶校验码的自适应调制编码的实现方法进行进一步描述：
发射信号在发射机部分经过双码率低密度奇偶校验码编码、双模式调制后，通过射频发射模块送入无线通道。根据接收机反馈信息，切换低密度奇偶校验码编码方式，切换调制模式，根据系统要求，选择两种MCS选择算法之一。接收信号经过射频接收模块变频为基带信号或者中频信号，进行信号检测，双模式解调，双码率低密度奇偶校验码解码后输出。根据接收信号进行信道评估，并反馈到发射机，同时切换低密度奇偶校验码解码方式，切换解调方式。
上述双码率的LDPC的编码包含码长等于2000，码率为1/2的非规则LDPC码编码和码长等于2000，码率为3/4的非规则LDPC码编码。双模式调制为QPSK调制和16QAM调制。
两种MCS选择算法内容如下：
基于误码率准则的切换算法：
在确保一定的误码率的前提下，获得尽可能大的带宽效率。
假设目标误码率为E，自适应调制编码系统有m种MCS。对于无线通信信道，分别确定m种MCS要达到设定误码率E所需的最小信噪比门限值{γ1，γ2，...，γm}。这些门限值将信噪比划分为m+1个区间。对于接收到的无线传输信号Y进行信道估计，当估计信噪比
Figure G2009102002481D00051
落在某个信噪比区间上时，就选择相应的调制编码方案。可以表示如下：
Figure G2009102002481D00052
其中NoTx表示不传输，当估计信噪比
Figure G2009102002481D00053
小于最小信噪比门限值时系统使用NoTx方式。
基于误码率准则的切换算法：
始终确保系统工作在最大吞吐量的条件下，即达到了最佳带宽效率。
系统的最大吞吐率随信噪比变化，当信噪比在不同区间时，最大吞吐率对应的调制编码方案不同。假设信噪比门限值{γ1，γ2，...，γm}，这些门限值将信噪比划分为m+1个区间。在每个信噪比区间选择最大吞吐率对应的MCS方案。
双码率LDPC码解码包括非规则LDPC码解码：码长等于2000，码率为1/2和非规则LDPC码解码：码长等于2000，码率为3/4。双模式解调包含QPSK解调方式和16QAM解调方式。
图2中给出了基于低密度奇偶校验码的自适应调制编码方法实施例中四种MCS方式的误码率FER和信噪比Eb/N0曲线，具体参数如下表：
  MCS方式   LDPC码码率   调制方式
  LMCS4   3/4   16QAM
  LMCS3   1/2   16QAM
  LMCS2   3/4   QPSK
  LMCS1   1/2   QPSK
表1四种MCS参数
图3和图4分别为采用基于最大吞吐率准则的切换算法和基于误码率准则的切换算法的基于低密度奇偶校验码的自适应调制编码方法实施结果的系统带宽效率图。可以很清楚看出两种实施效果。
图5给出了一份采用本发明提供的基于低密度奇偶校验码的自适应调制编码方法的带宽效率与HSDPA-AMC(High Speed DownlinkPacket Access-AMC)即采用高速下行分组接入系统的自适应编码调制技术的带宽效率对比示意图，可以直观看出本发明显著的技术效果。

Claims (6)

1.一种基于低密度奇偶校验码的自适应调制编码方法，其特征在于：包含以下内容：
(1)、发射信号在发射机部分经过双码率低密度奇偶校验码编码、双模式调制后，通过射频发射模块送入无线通道；
(2)、根据接收机反馈信息，切换低密度奇偶校验码编码方式，切换调制模式，根据系统要求，选择两种MCS选择算法之一；
(3)、接收信号经过射频接收模块变频为基带信号或者中频信号，进行信号检测，双模式解调，双码率低密度奇偶校验码解码后输出；
(4)、根据接收信号进行信道评估，并反馈到发射机，同时切换低密度奇偶校验码解码方式，切换解调方式。
2.如权利要求1所述的一种基于低密度奇偶校验码的自适应调制编码方法，其特征在于：所述双码率编码方式为码长等于2000，码率为1/2的低密度奇偶校验码编码和码长等于2000，码率为3/4的LDPC码编码两种。
3.如权利要求1所述的一种基于低密度奇偶校验码的自适应调制编码方法，其特征在于：所述双模式调制为QPSK调制方式和16QAM调制方式。
4.如权利要求1所述的一种基于低密度奇偶校验码的自适应调制编码方法，其特征在于：所述MCS算法为基于误码率准则的切换算法和基于最大吞吐率准则的切换算法。
5.如权利要求1所述的一种基于低密度奇偶校验码的自适应调制编码方法，其特征在于：所述双模式解码模式为码长等于2000，码率为1/2的低密度奇偶校验码码解码和码长等于2000，码率为3/4的低密度奇偶校验码码解码。
6.如权利要求1所述的一种基于低密度奇偶校验码的自适应调制编码方法，其特征在于：所述双模式解调为QPSK解调方式和16QAM解调方式。
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