CN102325115B - 一种优化峰值平均功率比的自适应调制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种优化峰值平均功率比的自适应调制方法。本发明的方法对传统的Greedy自适应比特分配的算法进行了改进，每次分配m比特给子载波，降低了计算的复杂度，同时m个比特也能灵活地匹配调制方式；其次，将CI-OFDM看作是一种功率线性限幅的方式，通过单门限步骤或者双门限步骤，将N个子载波划分为进行CI扩展的子载波和不进行CI扩展的子载波，功率门限的设定限制了PAPR，并且结合了OFDM与CI-OFDM各自的优点，在服务质量和传输速率一定的情况下，实现发射功率和峰值平均功率比的最优化。

Description

一种优化峰值平均功率比的自适应调制方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及正交频分复用（OFDM，Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing）和载波干涉（CI，Carrier Interferometry）OFDM系统的自适应调制。

背景技术

自适应调制，就是根据各个子信道状况调整各个子载波的调制方式。即是当子信道环境好时，在该子载波上分配更多的比特数，采用高阶的调制方式来获得较高的数据速率；当子信道环境差时，则在该子载波上分配较少的比特数，采用低阶的调制方式。Greedy算法是一种使用于OFDM或者多载波系统的自适应比特分配算法。该算法在每一次迭代中，它只分配1个比特，该比特分配给只需要增加最少发射功率就能维持发送其它要求的子载波，这样依次分配比特，直到所有要求的比特数分配完，是一种自适应调制发射功率最优的传输方法。

但是Greedy算法的复杂度很高，实时性较差，且基于OFDM的Greedy算法会造成产生很高的峰值平均功率比（PAPR，Peak-to-Average Power Ratio），高的PAPR对发射机射频功放的线性度提出了很高的要求，增加了系统成本和实现难度。另外，Greedy算法每次分配一个比特会造成子载波上调制方式无法匹配。

发明内容

本发明的目的是为了解决基于OFDM的Greedy算法产生很高的峰值平均功率比的问题，提出了一种优化峰值平均功率比的自适应调制方法

本发明技术方案如下：一种优化峰值平均功率比的自适应调制方法，包括如下步骤：

S1：进行基于OFDM的修正Greedy功率比特分配，具体过程如下：

S11：初始化所有的N个子载波传输的比特数为c_n=0，n=1,…,N;

S12：计算每个子载波上的递增功率ΔP_n，即计算每个子载波分配m步长的比特数所需要增加的发射功率ΔP_n，ΔP_n=P_n(c_n+m)-P_n(c_n)，其中，P_n(c_n)表示第n个子载波上传输c_n个比特时系统需要的发射功率；所述P_n(c_n)的具体计算过程如下：

根据要求达到的服务质量和传输速率的要求，以及调制编码方式，求得f_n(c_n)，f_n(c_n)表示在信道增益等于1时，N个子载波中第n个子载波内实现接收c_n个比特所需要的接收功率；

根据计算出的需要的接收到的功率f_n(c_n)计算第n个子载波上的发射功率P_n(c_n)；

S13：查找ΔP_n(n=1,…,N)中的最小值，选择其对应的子载波，将m步长的比特数分配给该子载波，即 $\left\{\begin{array}{c}j=\arg \underset{n}{\min }{\mathrm{\ΔP}}_n\\ c_j=c_j+m\end{array}\right.,$ 其中j∈{1,…,N}；

S14：若比特数分配完，则停止，否则进入步骤S12，直到要求传输的比特数分配完，进而得到每个子载波的发射功率P_i(i=1,…,N)，计算所有的N个子载波的发射功率平均值P_mean和最小值P_min，计算P_i与P_mean的差值ΔQ_i，P_i与P_min的差值ΔQ_i'；

S2：预设定门限参数γ，通过如下单门限步骤得到进行CI扩展的子载波的集合PI，进而获得进行CI扩展的子载波：

单门限步骤1：初始化：令迭代次数loop=1，不进行CI扩展的子载波集合Φ_loop={1,2,…,N}，进行CI扩展的子载波集合CI_loop={}，均值估计则集合Φ_loop的大小为L_loop=length(Φ_loop)；

单门限步骤2：根据预设定的门限参数γ确定集合Φ_loop+1和CI_loop+1：

${\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{loop}+1}=\{i\∈{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{loop}}|\left|\mathrm{\Δ}{Q}_i\right|\≤\frac{\mathrm{\γ}{S}_{\mathrm{loop}}}{L_{\mathrm{loop}}}\}$

${\mathrm{CI}}_{\mathrm{loop}+1}=\{i\∈{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{loop}}|\left|\mathrm{\Δ}{Q}_i\right|>\frac{\mathrm{\γ}{S}_{\mathrm{loop}}}{L_{\mathrm{loop}}}\}$

单门限步骤3：得到集合Φ_loop+1的大小，用L_loop+1=length(Φ_loop+1)表示；

单门限步骤4：若迭代次数达到预设迭代次数，则转到单门限步骤7，否则转到单门限步骤5；

单门限步骤5：得到当前均值估计为

单门限步骤6：令loop=loop+1，返回单门限步骤2；

单门限步骤7：保存集合CI_loop+1，并令PI=CI₁∪CI₂…∪CI_loop；

S3：根据步骤S2将N个子载波划分为进行CI扩展的子载波和不进行CI扩展的子载波，进行Hybrid-CI-OFDM的比特分配，具体如下：

S31：初始化所有的N个子载波传输的比特数为c_n=0，n=1,…,N;

S32：计算每个子载波上的递增功率ΔP_n，即计算每个子载波分配m步长的比特数所需要增加的发射功率ΔP_n，ΔP_n=P_n(c_n+m)-P_n(c_n)，其中，P_n(c_n)表示第n个子载波上传输c_n个比特系统需要的发射功率；所述P_n(c_n)的具体计算过程如下：

根据要求达到的服务质量和传输速率的要求，以及调制编码方式，求得f_n(c_n)，f_n(c_n)表示在信道增益等于1时，N个子载波中第n个子载波内实现接收c_n个比特所需要的接收功率；

根据计算出的需要的接收到的功率f_n(c_n)计算第n个子载波上的发射功率P_n(c_n)；

S33：查找ΔP_n(n=1,…,N)中的最小值，选择其对应的子载波，将m步长的比特数分配给该子载波，即 $\left\{\begin{array}{c}j=\arg \underset{n}{\min }{\mathrm{\ΔP}}_n\\ c_j=c_j+m\end{array}\right.,$ 其中j∈{1,…,N}；

S34：若比特数分配完，则停止，否则进入步骤S32，直到要求传输的比特数分配完。

所述步骤S2还可以通过如下步骤进行：

S2：预设定门限参数γ₁和γ₂，通过如下双门限步骤得到进行CI扩展的子载波的集合PI，进而获得进行CI扩展的子载波：

双门限步骤1：初始化：令迭代次数loop=1，不进行CI扩展的子载波集合Φ_loop={1,2,…,N}，进行CI扩展的子载波集合CI_loop={}，均值估计

则集合Φ_loop的大小为L_loop=length(Φ_loop)；

双门限步骤2：根据预设定的门限参数γ₁确定集合Φ_loop+1和CI_loop+1：

${\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{loop}+1}=\{i\∈{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{loop}}|\left|\mathrm{\Δ}{Q_i}^{\′}\right|\≤\frac{{\mathrm{\γ}}_1{S}_{\mathrm{loop}}}{L_{\mathrm{loop}}}\}$

${\mathrm{CI}}_{\mathrm{loop}+1}=\{i\∈{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{loop}}|\left|\mathrm{\Δ}{Q_i}^{\′}\right|>\frac{{\mathrm{\γ}}_1{S}_{\mathrm{loop}}}{L_{\mathrm{loop}}}\}$

双门限步骤3：得到集合Φ_loop+1的大小，用L_loop+1=length(Φ_loop+1)表示；

双门限步骤4：若迭代次数达到预设迭代次数，则转到双门限步骤7，否则转到双门限步骤5；

双门限步骤5：得到当前均值估计为

双门限步骤6：令loop=loop+1，返回双门限步骤2；

双门限步骤7：保存集合Φ_loop+1，CI_loop+1，并令Φ=Φ_loop，CI_high=CI₁∪CI₂…∪CI_loop。

双门限步骤8：第i个子载波上的分配发射功率P_i,i∈Φ，在某个子载波上有最大发射功率为P_max=maxP_i，计算P_i与P_max的差值ΔQ_i″；

双门限步骤9：初始化：令迭代次数loop=1，不进行CI扩展的子载波集合Φ_loop=Φ，进行CI扩展的子载波集合CI_loop={}，均值估计

则集合Φ_loop的大小为L_loop=length(Φ_loop)；

双门限步骤10：根据预设定的门限参数γ₂确定集合Φ_loop+1和CI_loop+1：

${\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{loop}+1}=\{i\∈{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{loop}}|\left|\mathrm{\Δ}{Q_i}^{\′\′}\right|\≤\frac{{\mathrm{\γ}}_2{S}_{\mathrm{loop}}}{L_{\mathrm{loop}}}\}$

${\mathrm{CI}}_{\mathrm{loop}+1}=\{i\∈{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{loop}}|\left|\mathrm{\Δ}{Q_i}^{\′\′}\right|>\frac{{\mathrm{\γ}}_2{S}_{\mathrm{loop}}}{L_{\mathrm{loop}}}\}$

双门限步骤11：得到集合Φ_loop+1的大小，用L_loop+1=length(Φ_loop+1)表示；

双门限步骤12：若迭代次数达到预设迭代次数，则转到双门限步骤15，否则转到双门限步骤13；

双门限步骤13：得到当前均值估计为

双门限步骤14：令loop=loop+1，返回双门限步骤10；

双门限步骤15：保存集合CI_loop+1，并令CI_low=CI₁∪CI₂…∪CI_loop，则PI=CI_low∪CI_high。

本发明的有益效果：本发明的方法对传统的Greedy自适应比特分配的算法进行了改进，每次分配m比特给子载波，降低了计算的复杂度，同时m个比特也能灵活地匹配调制方式；其次，将CI-OFDM看作是一种功率线性限幅的方式，通过单门限步骤或者双门限步骤，将N个子载波划分为进行CI扩展的子载波和不进行CI扩展的子载波，功率门限的设定限制了PAPR，并且结合了OFDM与CI-OFDM各自的优点，在服务质量和传输速率一定的情况下，实现发射功率和峰值平均功率比的最优化。

附图说明

图1为本发明的单门限自适应调制流程示意图。

图2为本发明的双门限自适应调制流程示意图。

图3为本发明的基于OFDM的修正Greedy功率比特分配流程示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体的实施例对本发明进行进一步的阐述。

CI-OFDM是近年来提出的新机制，在保留了OFDM其高频谱利用率和对抗频率选择性衰落的能力的同时，CI-OFDM将每路低速并行数据用正交的CI码扩展到所有子载波上同时传输，这样就产生了频域分集增益，与传统OFDM系统相比具有更优良的BER性能。在CI-OFDM系统中，CI码能使每个数据调制的时域波形峰值均匀错开，不再像OFDM那样由许多随机正弦信号相加，从而消除了峰值平均功率比过高的问题。

本发明在服务质量和传输速率一定的情况下，以优化峰值平均功率比为目标，针对Greedy自适应调制算法中复杂度较高的问题，将修正后Greedy算法应用到CI-OFDM系统上，然后与OFDM相结合，在降低Greedy复杂度的同时，吸取了OFDM与CI-OFDM在应用中的优点。在服务质量和传输速率一定的情况下，实现峰值平均功率比和发射功率的最优化。

为了使本发明的方法描述的更为清楚，下面结合图1和图2两种门限设置方式对本发明的方法进行阐述。首先确定传输速率即要求的传输的比特数，和要求达到的服务质量（QoS，Quality of Service），这里用误比特率（BER，Bit Error Rate）表示。具体过程如下：

步骤1：进行基于OFDM的修正Greedy功率比特分配，如图3所示，具体过程如下：

分步骤1-1：初始化所有的N个子载波传输的比特数为c_n=0，n=1,…,N;

分步骤1-2：计算每个子载波上的递增功率ΔP_n，计算系统需要的发射功率ΔP_n，ΔP_n=P_n(c_n+m)-P_n(c_n)，其中，P_n(c_n)表示第n个子载波上传输c_n个比特系统需要的发射功率；所述P_n(c_n)的具体计算过程如下：

根据误比特率和传输速率的要求，以及调制编码方式，求得f_n(c_n)，f_n(c_n)表示在信道增益等于1时，N个子载波中第n个子载波内实现接收c_n个比特所需要的接收功率；

根据计算出的需要的接收到的功率f_n(c_n)计算第n个子载波上的发射功率P_n(c_n)。

这里为了简化原Greedy算法的复杂度，将原Greedy每次分配一个比特修改成每次分配m个比特，这里取m=2，便于与调制方式相对应。ΔP_n表示第n个子载波上的递增功率。P_n(c_n)表示第n个子载波上传输c_n个比特需要的发射功率。P_n(c_n)由BER性能要求和该子载波上传输的比特数c_n，以及该子信道频域响应系数H_n决定。这里统一采用星座大小是2^c，格雷码映射的MQAM调制，不进行编码。则

$f_n\left(c_n\right)=-\frac{2^{c_n}-1}{1.6}\ln \left[\frac{P_e}{0.2}\right]$

P_n(c_n)＝f_n(c_n)/|H_n|²

这里，P_e表示要求的BER。

分步骤1-3：查找ΔP_n(n=1,…,N)中的最小值，选择其对应的子载波，将m步长的比特数分配给该子载波，即 $\left\{\begin{array}{c}j=\arg \underset{n}{\min }{\mathrm{\ΔP}}_n\\ c_j=c_j+m\end{array}\right.,$ 其中j∈{1,…,N}；

分步骤1-4：若比特数分配完，则停止，否则进入分步骤1-2，直到要求传输的比特数分配完，进而得到每个子载波的发射功率P_i(i=1,…,N)，计算所有的N个子载波的发射功率平均值P_mean和最小值P_min，计算P_i与P_mean的差值ΔQ_i；P_i与P_min的差值ΔQ_i'，这里可以记为 $\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔQ}}_i=P_{\mathrm{mean}}-P_i\\ \mathrm{\Δ}{Q_i}^{\′}=P_{\min }-P_i\end{array}\right.;$

步骤2：门限法确定进行CI扩展的子载波。为了引进OFDM与CI-OFDM技术的结合，起到降低PAPR的作用。将CI-OFDM看作是一种功率线性限幅的方式。这样设定功率门限来限制PAPR。这里有两种门限设置方法：单门限和双门限。一般单门限适用于大多数场景，当PAPR需要严格限制时，可以采用双门限的方式，分别限制较高和较低的功率。

单门限的Hybrid-CI-OFDM：进行CI-OFDM和OFDM的门限确定。预设定门限参数γ，在得到P_i与P_mean的差值的均值后，将两者的乘积作为该算法的门限值。通过如下单门限步骤得到进行CI扩展的子载波的集合PI，进而获得进行CI扩展的子载波：

单门限步骤1：初始化：令迭代次数loop=1，不进行CI扩展的子载波集合Φ_loop={1,2,…,N}，进行CI扩展的子载波集合CI_loop={}，均值估计

则集合Φ_loop的大小为L_loop=length(Φ_loop)；

单门限步骤2：根据预设定的门限参数γ确定集合Φ_loop+1和CI_loop+1，这里γ=1.2：

${\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{loop}+1}=\{i\∈{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{loop}}|\left|\mathrm{\Δ}{Q}_i\right|\≤\frac{\mathrm{\γ}{S}_{\mathrm{loop}}}{L_{\mathrm{loop}}}\}$

${\mathrm{CI}}_{\mathrm{loop}+1}=\{i\∈{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{loop}}|\left|\mathrm{\Δ}{Q}_i\right|>\frac{\mathrm{\γ}{S}_{\mathrm{loop}}}{L_{\mathrm{loop}}}\}$

单门限步骤3：得到集合Φ_loop+1的大小，用L_loop+1=length(Φ_loop+1)表示；

单门限步骤4：若迭代次数loop达到预设迭代次数iterations，则转到单门限步骤7，否则转到单门限步骤5；

单门限步骤5：得到当前均值估计为

单门限步骤6：令loop=loop+1，返回单门限步骤2；

单门限步骤7：保存集合CI_loop+1，并令PI=CI₁∪CI₂…∪CI_loop；

双门限的Hybrid-CI-OFDM：进行CI-OFDM和OFDM的高门限确定。预设定门限参数γ₁和γ₂，在得到P_i与P_min的差值的均值后，将两者的乘积作为该算法的高门限值。通过如下双门限步骤得到进行CI扩展的子载波的集合PI，进而获得进行CI扩展的子载波：

双门限步骤1：初始化：令迭代次数loop=1，不进行CI扩展的子载波集合Φ_loop={1,2,…,N}，进行CI扩展的子载波集合CI_loop={}，均值估计

则集合Φ_loop的大小为L_loop=length(Φ_loop)；

双门限步骤2：根据预设定的门限参数γ₁确定集合Φ_loop+1和CI_loop+1，这里γ₁取1.4：

${\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{loop}+1}=\{i\∈{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{loop}}|\left|\mathrm{\Δ}{Q_i}^{\′}\right|\≤\frac{{\mathrm{\γ}}_1{S}_{\mathrm{loop}}}{L_{\mathrm{loop}}}\}$

${\mathrm{CI}}_{\mathrm{loop}+1}=\{i\∈{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{loop}}|\left|\mathrm{\Δ}{Q_i}^{\′}\right|>\frac{{\mathrm{\γ}}_1{S}_{\mathrm{loop}}}{L_{\mathrm{loop}}}\}$

双门限步骤3：得到集合Φ_loop+1的大小，用L_loop+1=length(Φ_loop+1)表示；

双门限步骤4：若迭代次数loop达到预设迭代次数iterations，则转到双门限步骤7，否则转到双门限步骤5；

双门限步骤5：得到当前均值估计为

双门限步骤6：令loop=loop+1，返回双门限步骤2；

双门限步骤7：保存集合Φ_loop+1，CI_loop+1，并令Φ=Φ_loop，CI_high=CI₁∪CI₂…∪CI_loop。

双门限步骤8：第i个子载波上的分配发射功率P_i,i∈Φ，在某个子载波上有最大发射功率为P_max=maxP_i，计算P_i与P_max的差值ΔQ_i″，这里可以记为ΔQ_i″=P_i-P_max。

双门限步骤9：初始化：令迭代次数loop=1，不进行CI扩展的子载波集合Φ_loop=Φ，进行CI扩展的子载波集合CI_loop={}，均值估计

则集合Φ_loop的大小为L_loop=length(Φ_loop)；

双门限步骤10：根据预设定的门限参数γ₂确定集合Φ_loop+1和CI_loop+1，这里γ₂取1.7：

${\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{loop}+1}=\{i\∈{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{loop}}|\left|\mathrm{\Δ}{Q_i}^{\′\′}\right|\≤\frac{{\mathrm{\γ}}_2{S}_{\mathrm{loop}}}{L_{\mathrm{loop}}}\}$

${\mathrm{CI}}_{\mathrm{loop}+1}=\{i\∈{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{loop}}|\left|\mathrm{\Δ}{Q_i}^{\′\′}\right|>\frac{{\mathrm{\γ}}_2{S}_{\mathrm{loop}}}{L_{\mathrm{loop}}}\}$

双门限步骤11：得到集合Φ_loop+1的大小，用L_loop+1=length(Φ_loop+1)表示；

双门限步骤12：若迭代次数loop达到预设迭代次数iterations，则转到双门限步骤15，否则转到双门限步骤13；

双门限步骤13：得到当前均值估计为

双门限步骤14：令loop=loop+1，返回双门限步骤10；

双门限步骤15：保存集合CI_loop+1，并令CI_low=CI₁∪CI₂…∪CI_loop，则PI=CI_low∪CI_high。

步骤3：根据步骤2将N个子载波划分为进行CI扩展的子载波和不进行CI扩展的子载波，进行Hybrid-CI-OFDM的比特分配，具体如下：

分步骤3-1：初始化所有的N个子载波传输的比特数为c_n=0，n=1,…,N;

分步骤3-2：计算每个子载波上的递增功率ΔP_n，即分配一个m步长的比特数给该子载波后，系统需要的发射功率ΔP_n，ΔP_n=P_n(c_n+m)-P_n(c_n)，其中，P_n(c_n)表示第n个子载波上传输c_n个比特时系统需要的发射功率。

这里为了简化原Greedy算法的复杂度，将原Greedy每次分配一个比特修改成每次分配m个比特，同时m个比特也能灵活地匹配调制方式。

所述P_n(c_n)的具体计算过程如下：

分步骤3-2-1：根据误比特率和传输速率的要求，以及调制编码方式，求得f_n(c_n)，f_n(c_n)表示在信道增益等于1时，N个子载波中第n个子载波内实现接收c_n个比特所需要的接收功率；这里统一采用星座大小是2^c，格雷码映射的MQAM调制，不进行编码。则

$f_n\left(c_n\right)=-\frac{2^{c_n}-1}{1.6}\ln \left[\frac{P_e}{0.2}\right]$

这里，P_e表示要求的BER。

分步骤3-2-2：根据计算出的需要的接收到的功率f_n(c_n)计算第n个子载波上的发射功率P_n(c_n)；

分步骤3-2-2-1：当进行CI扩展时，根据CI-OFDM的f_n(c_n)与发射功率表达式，即接收信噪比的表达式可以计算出发射功率的表达式，即解方程式

$\frac{N}{f_n\left(c_n\right)+1}=\frac{1}{{\left|H_1\right|}^2{P}_n\left(c_n\right)+1}+\frac{1}{{\left|H_2\right|}^2{P}_n\left(c_n\right)+1}+\frac{1}{{\left|H_3\right|}^2{P}_n\left(c_n\right)+1}+\·\·\·+\frac{1}{{\left|H_N\right|}^2{P}_n\left(c_n\right)+1}$

可得P_n(c_n)。这里，H_n，n=1,…,N表示第n个子信道的频域响应。

分步骤3-2-2-2：当未进行CI扩展时，根据OFDM的f_n(c_n)与发射功率表达式同样可以计算出发射功率的表达式，即

P_n(c_n)＝f_n(c_n)/|H_n|²

分步骤3-3：查找ΔP_n(n=1,…,N)中的最小值，选择其对应的子载波，将m步长的比特数分配给该子载波，即 $\left\{\begin{array}{c}j=\arg \underset{n}{\min }{\mathrm{\ΔP}}_n\\ c_j=c_j+m\end{array}\right.,$ 其中j∈{1,…,N}；

分步骤3-4：若比特数分配完，则停止，否则进入分步骤3-2，直到要求传输的比特数分配完。

本发明提供的基于发射功率和PAPR联合优化的自适应比特分配方案：在保证要求的传输比特数和BER性能的同时，实现发射功率和PAPR的优化——有效减小。

在COST207TUx6信道模型和N=64时对本发明的方法进行仿真测试，仿真结果表明：采用基于发射功率和PAPR联合优化的自适应比特分配，单门限与双门限方法只比原Greedy算法发射功率高0.7dB的情况下，而PAPR的互补累积分布函数(CCDF，ComplementaryCumulative Distribution Function)等于10^-2时，本发明单门限方法的PAPR的较原Greedy降低12dB，本发明双门限方法的PAPR的较原Greedy降低14dB。

综上所述，本发明的实施的基于发射功率和PAPR联合优化的自适应比特分配方案对传统的Greedy自适应比特分配的算法进行了改进，每次分配m比特给子载波，降低了计算的复杂度，同时m个比特也能灵活地匹配调制方式；其次，将CI-OFDM看作是一种功率线性限幅的方式，通过单门限步骤或者双门限步骤，将N个子载波划分为进行CI扩展的子载波和不进行CI扩展的子载波，功率门限的设定限制了PAPR，并且结合了OFDM与CI-OFDM各自的优点，在BER和传输速率一定的情况下，实现发射功率和峰值平均功率比的最优化。

本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于计算机可读存储介质中，例如只读存储器、随机存取存储器、磁盘、光盘等。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种优化峰值平均功率比的自适应调制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：进行基于OFDM的修正Greedy功率比特分配，具体过程如下：

S11：初始化所有的N个子载波传输的比特数为c_n=0，n=1,…,N;

S12：计算每个子载波上的递增功率ΔP_n，即计算每个子载波分配m步长的比特数所需要的增加的发射功率ΔP_n，ΔP_n=P_n(c_n+m)-P_n(c_n)，其中，P_n(c_n)表示第n个子载波上传输c_n个比特时系统需要的发射功率；所述P_n(c_n)的具体计算过程如下：

根据要求达到的服务质量和传输速率的要求，以及调制编码方式，求得f_n(c_n)，f_n(c_n)表示在信道增益等于1时，N个子载波中第n个子载波内实现接收c_n个比特所需要的接收功率；

根据计算出的需要的接收到的功率f_n(c_n)计算第n个子载波上的发射功率P_n(c_n)；

S13：查找ΔP_n(n=1,…,N)中的最小值，选择其对应的子载波，将m步长的比特数分配给该子载波，即 $\left\{\begin{array}{c}j=\arg \underset{n}{\min }{\mathrm{\ΔP}}_n\\ c_j=c_j+m\end{array}\right.,$ 其中j∈{1,…,N}；

S14：若比特数分配完，则停止，否则进入步骤S12，直到要求传输的比特数分配完，进而得到每个子载波的发射功率P_i(i=1,…,N)，计算所有的N个子载波的发射功率平均值P_mean和最小值P_min，计算P_i与P_mean的差值ΔQ_i，P_i与P_min的差值ΔQ_i'；

S2：预设定门限参数γ，通过如下单门限步骤得到进行CI扩展的子载波的集合PI，进而获得进行CI扩展的子载波：

单门限步骤1：初始化：令迭代次数loop=1，不进行CI扩展的子载波集合Φ_loop={1,2,…,N}，进行CI扩展的子载波集合CI_loop={}，均值估计

则集合Φ_loop的大小为L_loop=length(Φ_loop)；

单门限步骤2：根据预设定的门限参数γ确定集合Φ_loop+1和CI_loop+1：

${\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{loop}+1}=\{i\∈{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{loop}}|\left|\mathrm{\Δ}{Q}_i\right|\≤\frac{\mathrm{\γ}{S}_{\mathrm{loop}}}{L_{\mathrm{loop}}}\}$

${\mathrm{CI}}_{\mathrm{loop}+1}=\{i\∈{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{loop}}|\left|\mathrm{\Δ}{Q}_i\right|>\frac{\mathrm{\γ}{S}_{\mathrm{loop}}}{L_{\mathrm{loop}}}\}$

单门限步骤3：得到集合Φ_loop+1的大小，用L_loop+1=length(Φ_loop+1)表示；

单门限步骤4：若迭代次数达到预设迭代次数，则转到单门限步骤7，否则转到单门限步骤5；

单门限步骤5：得到当前均值估计为

单门限步骤6：令loop=loop+1，返回单门限步骤2；

单门限步骤7：保存集合CI_loop+1，并令PI=CI₁∪CI₂…∪CI_loop；

S3：根据步骤S2将N个子载波划分为进行CI扩展的子载波和不进行CI扩展的子载波，进行Hybrid-CI-OFDM的比特分配，具体如下：

S31：初始化所有的N个子载波传输的比特数为c_n=0，n=1,…,N;

S32：计算每个子载波上的递增功率ΔP_n，即计算每个子载波分配m步长的比特数所需要的增加的发射功率ΔP_n，ΔP_n=P_n(c_n+m)-P_n(c_n)，其中，P_n(c_n)表示第n个子载波上传输c_n个比特通信系统需要的发射功率；所述P_n(c_n)的具体计算过程如下：

根据要求达到的服务质量和传输速率的要求，以及调制编码方式，求得f_n(c_n)，f_n(c_n)表示在信道增益等于1时，N个子载波中第n个子载波内实现接收c_n个比特所需要的接收功率；

根据计算出的需要的接收到的功率f_n(c_n)计算第n个子载波上的发射功率P_n(c_n)；

S33：查找ΔP_n(n=1,…,N)中的最小值，选择其对应的子载波，将m步长的比特数分配给该子载波，即 $\left\{\begin{array}{c}j=\arg \underset{n}{\min }{\mathrm{\ΔP}}_n\\ c_j=c_j+m\end{array}\right.,$ 其中j∈{1,…,N}；

S34：若比特数分配完，则停止，否则进入步骤S32，直到要求传输的比特数分配完。

2.根据权利要求1所述的自适应调制方法，其特征在于，所述的服务质量通过误比特率进行表征。

3.一种优化峰值平均功率比的自适应调制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：进行基于OFDM的修正Greedy功率比特分配，具体过程如下：

S11：初始化所有的N个子载波传输的比特数为c_n=0，n=1,…,N;

S12：计算每个子载波上的递增功率ΔP_n，即计算每个子载波分配m步长的比特数所需要增加的发射功率ΔP_n，ΔP_n=P_n(c_n+m)-P_n(c_n)，其中，P_n(c_n)表示第n个子载波上传输c_n个比特时系统需要的发射功率；所述P_n(c_n)的具体计算过程如下：

根据要求达到的服务质量和传输速率的要求，以及调制编码方式，求得f_n(c_n)，f_n(c_n)表示在信道增益等于1时，N个子载波中第n个子载波内实现接收c_n个比特所需要的接收功率；

根据计算出的需要的接收到的功率f_n(c_n)计算第n个子载波上的发射功率P_n(c_n)；

S13：查找ΔP_n(n=1,…,N)中的最小值，选择其对应的子载波，将m步长的比特数分配给该子载波，即 $\left\{\begin{array}{c}j=\arg \underset{n}{\min }{\mathrm{\ΔP}}_n\\ c_j=c_j+m\end{array}\right.,$ 其中j∈{1,…,N}；

S14：若比特数分配完，则停止，否则进入步骤S12，直到要求传输的比特数分配完，进而得到每个子载波的发射功率P_i(i=1,…,N)，计算所有的N个子载波的发射功率平均值P_mean和最小值P_min，计算P_i与P_mean的差值ΔQ_i，P_i与P_min的差值ΔQ_i'；

S2：预设定门限参数γ₁和γ₂，通过如下双门限步骤得到进行CI扩展的子载波的集合PI，进而获得进行CI扩展的子载波：

双门限步骤1：初始化：令迭代次数loop=1，不进行CI扩展的子载波集合Φ_loop={1,2,…,N}，进行CI扩展的子载波集合CI_loop={}，均值估计

则集合Φ_loop的大小为L_loop=length(Φ_loop)；

双门限步骤2：根据预设定的门限参数γ₁确定集合Φ_loop+1和CI_loop+1：

${\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{loop}+1}=\{i\∈{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{loop}}|\left|\mathrm{\Δ}{Q_i}^{\′}\right|\≤\frac{{\mathrm{\γ}}_1{S}_{\mathrm{loop}}}{L_{\mathrm{loop}}}\}$

${\mathrm{CI}}_{\mathrm{loop}+1}=\{i\∈{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{loop}}|\left|\mathrm{\Δ}{Q_i}^{\′}\right|>\frac{{\mathrm{\γ}}_1{S}_{\mathrm{loop}}}{L_{\mathrm{loop}}}\}$

双门限步骤3：得到集合Φ_loop+1的大小，用L_loop+1=length(Φ_loop+1)表示；

双门限步骤4：若迭代次数达到预设迭代次数，则转到双门限步骤7，否则转到双门限步骤5；

双门限步骤5：得到当前均值估计为

双门限步骤6：令loop=loop+1，返回双门限步骤2；

双门限步骤7：保存集合Φ_loop+1，CI_loop+1，并令Φ=Φ_loop，CI_high=CI₁∪CI₂…∪CI_loop。

双门限步骤8：第i个子载波上的分配发射功率P_i,i∈Φ，在某个子载波上有最大发射功率为P_max=maxP_i，计算P_i与P_max的差值ΔQ_i″；

双门限步骤9：初始化：令迭代次数loop=1，不进行CI扩展的子载波集合Φ_loop=Φ，进行CI扩展的子载波集合CI_loop={}，均值估计

则集合Φ_loop的大小为L_loop=length(Φ_loop)；

双门限步骤10：根据预设定的门限参数γ₂确定集合Φ_loop+1和CI_loop+1：

${\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{loop}+1}=\{i\∈{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{loop}}|\left|\mathrm{\Δ}{Q_i}^{\′\′}\right|\≤\frac{{\mathrm{\γ}}_2{S}_{\mathrm{loop}}}{L_{\mathrm{loop}}}\}$

${\mathrm{CI}}_{\mathrm{loop}+1}=\{i\∈{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{loop}}|\left|\mathrm{\Δ}{Q_i}^{\′\′}\right|>\frac{{\mathrm{\γ}}_2{S}_{\mathrm{loop}}}{L_{\mathrm{loop}}}\}$

双门限步骤11：得到集合Φ_loop+1的大小，用L_loop+1=length(Φ_loop+1)表示；

双门限步骤12：若迭代次数达到预设迭代次数，则转到双门限步骤15，否则转到双门限步骤13；

双门限步骤13：得到当前均值估计为

双门限步骤14：令loop=loop+1，返回双门限步骤10；

双门限步骤15：保存集合CI_loop+1，并令CI_low=CI₁∪CI₂…∪CI_loop，则PI=CI_low∪CI_high；

S3：根据步骤S2将N个子载波划分为进行CI扩展的子载波和不进行CI扩展的子载波，进行Hybrid-CI-OFDM的比特分配，具体如下：

S31：初始化所有的N个子载波传输的比特数为c_n=0，n=1,…,N;

S32：计算每个子载波上的递增功率ΔP_n，即计算每个子载波分配m步长的比特数所需要增加的发射功率ΔP_n，ΔP_n=P_n(c_n+m)-P_n(c_n)，其中，P_n(c_n)表示第n个子载波上传输c_n个比特系统需要的发射功率；所述P_n(c_n)的具体计算过程如下：

根据要求达到的服务质量和传输速率的要求，以及调制编码方式，求得f_n(c_n)，f_n(c_n)表示在信道增益等于1时，N个子载波中第n个子载波内实现接收c_n个比特所需要的接收功率；

根据计算出的需要的接收到的功率f_n(c_n)计算第n个子载波上的发射功率P_n(c_n)；

S33：查找ΔP_n(n=1,…,N)中的最小值，选择其对应的子载波，将m步长的比特数分配给该子载波，即 $\left\{\begin{array}{c}j=\arg \underset{n}{\min }{\mathrm{\ΔP}}_n\\ c_j=c_j+m\end{array}\right.,$ 其中j∈{1,…,N}；

S34：若比特数分配完，则停止，否则进入步骤S32，直到要求传输的比特数分配完。

4.根据权利要求3所述的自适应调制方法，其特征在于，所述的服务质量通过误比特率进行表征。

Images