CN103166695B - 一种容量和误码率联合优化的中继装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种容量和误码率联合优化的中继装置，能够很好地降低误比特率和提高系统容量，包括：中继装置根据测得的相干带宽与OFDM子载波间隔的关系，对两跳的OFDM子载波进行分块操作；中继测量第一跳和第二跳中每个子载波块的平均信道增益，然后对每个块按照平均信道增益的大小进行排序；通过贪婪算法，保证信道增益更大的子载波块分配到更高的功率，使得系统吞吐量达到最大化；若满足误码率要求，则停止分配，若未满足，则去掉第一跳和第二跳中信道增益最小的子载波块；按照同样原则对剩下的子载波块功率进行重分配，若满足误码率要求，则停止分配，若不满足则继续迭代直至满足误码率要求。采用本发明，通过联合功率分配和子载波配对，在保证平均误码率要求的前提下，可以使系统吞吐量大大提高。

Description

一种容量和误码率联合优化的中继装置

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及LTE系统OFDM中继子载波配对和功率分配的改进方案，从而使得中继装置性能得到提升。

背景技术

中继技术作为一种新兴的技术，能增加覆盖范围和提高系统容量，是LTE-Advanced的关键技术之一。由于未来无线通信或蜂窝系统要求增加覆盖范围，支持更高速率传输，这为中继技术的应用开辟了广阔的前景，同时也对无线通信技术提出了新的挑战。。

在无线通信系统中，发射端或接收端利用已知的信道信息能够使系统获得更好的性能，也叫做自适应传输。在OFDM中继系统中，中继节点同样可以根据获得的信道状态信息自适应的调整发送功率，调制方式，以及子载波匹配顺序等来改善系统性能。本申请方案主要关注的是中继子载波配对和功率分配的联合优化方案。

在现有方案中，最普遍的做法是等功率分配和顺序子载波配对法：中继首先对两跳信道进行信道估计和分块，然后依据两跳OFDM各个子载波块的信道增益大小进行排序；之后将第一跳与第二跳信道增益最大的子载波块配对映射；第一跳与第二跳信噪比第二大的子载波块配对映射；……第一跳与第二跳信噪比最小的子载波块配对映射。在后续的通信中(一般假设信道慢速衰落)，采用以上这种子载波块重排的方案进行通信。

现有文献与专利都表明，这种等功率分配和顺序配对方案尽管简单，但在容量和平均误码率方面都有提升的空间。甚至经过这种顺序配对方案之后，系统的平均误码率性能变得更差。

如图1所示，一个未编码的OFDM中继系统。假设两跳OFDM各个子信道之间相互独立，且都经历慢速瑞利衰落。

分别对两跳N个子信道进行信道增益从小到大顺序配对，并为配对后的链路分配序号k。k＝1表示信噪比最小的链路，k＝N则表示信噪比最大的链路。则第k链路的端到端信噪比为：

${\mathrm{\Γ}}_k=\frac{{\mathrm{\Γ}}_{1,k}{\mathrm{\Γ}}_{2,k}}{{\mathrm{\Γ}}_{1,k}+{\mathrm{\Γ}}_{2,k}+1}---\left(1\right)$

其中 ${\mathrm{\Γ}}_{1,k}=E_{s,k}|h_k{|}^2/N_{0_1}$ 与 ${\mathrm{\Γ}}_{2,k}=E_{r,k}|g_k{|}^2/N_{0_2}$ 分别是k链路第一跳与第二跳的信噪比；E_s,k是第一跳中分配给k链路的功率，E_r,k是第二跳中分配给k链路的功率；是第一跳的噪声功率，是第二跳噪声功率，h_k是第一跳信道冲击响应，g_k是第二跳信道冲击响应，E_s是第一跳总的发射功率，E_r是第二跳总的发射功率。

按照贪婪算法，E_s,k与E_r,k的大小取决于信道的状态，信道增益更大的链路上可分配到更高的功率，计算方法如公式(2)、(3)。

$E_{s,k}=\frac{|h_k{|}^2}{\underset{k=1}{\overset{N}{\Σ}}|h_k{|}^2}\·E_s---\left(2\right)$

$E_{r,k}=\frac{|g_k{|}^2}{\underset{k=1}{\overset{N}{\Σ}}|g_k{|}^2}\·E_r---\left(3\right)$

得到子载波配对后可以根据其信噪比计算误码率SER，方法如下：

$SER=AQ\left(\sqrt{2B\mathrm{\γ}}\right)---\left(4\right)$

γ为子载波配对的端到端信噪比。为高斯函数。A与B由具体的星座调制而定；在BPSK中，A＝B＝1；对于QPSK，A＝1，B＝0.5；对于M-PSK，A＝2且B＝sin²(π/M)。

发明内容

本发明利用了原有中继系统中顺序子载波配对法的思想，以功率分配和去子载波为优化方法，建立了独创性的中继技术，不断以系统误码率为目标，在达到平均误码率的前提下，尽可能的提升系统吞吐量。

申请方案是对现有方案的一种改进。其部分实施步骤与现有技术类似：首先中继节点通过信道估计等操作，获得第一跳和第二跳的信道信息。然后按照下述步骤进行：

(1)首先根据测得的相干带宽与OFDM子载波间隔的关系，对两跳的OFDM子载波进行分块操作。假设OFDM子载波数量为N，而相邻的M个子载波之间存在较强的相关性，则将这M个子载波捆绑在一起划分为一个块。则整个宽带信道被划分为K＝N/M部分。

(2)中继测量第一跳和第二跳中每个子载波块的平均信道增益；然后对这K个块按照平均信道增益的大小进行排序。

(3)对于同一种编码方式而言，信噪比和误符号率的对应关系可由固定的曲线来表示。按照现有的顺序配对映射方法对两组K个子信道块进行配对。每一组子载波块上分配得到的功率E_s,k、E_r,k按照公式(2)与(3)计算得出，保证信道增益更大的子载波上分配到更高的功率，使得总的吞吐量达到最大化。

(4)考察系统的平均误比特率性能能否满足要求，若满足则方案到此结束。若不满足，进行步骤(5)。

(5)中继节点去掉第一跳和第二跳中信道增益最小的那对子载波块。在后续的传输中不再使用这两个子载波块。

(6)按照公式(2)与(3)重新对每一对子载波块上的功率进行分配，被舍弃的子载波块不再参与功率分配。考察系统的平均误码率性能能否满足要求，若满足则方案到此结束。

(7)若不满足，重复进行步骤(5)继续去掉剩下的K-1对子信道块中最差的那一对子载波块。继续考察系统的误码率是否满足要求。

根据上述方法，本发明提出了一种新的中继装置，通过功率分配和去掉若干信道增益小的链路之后，在满足平均误码率要求的前提下，系统吞吐量性能会得到巨大的提升。

附图说明：

图1为OFDM中继系统子载波配对简易模型

图2为容量和误码率联合优化的中继装置工作流程图

图3为中继装置中各模块之间的协作关系图。

Claims (3)

1.一种容量和误码率联合优化的方法，其特征在于，包括：

中继装置根据测得的相干带宽与OFDM子载波间隔的关系，以及相邻子载波存在的相关性，将多个子载波捆绑为一个块，对子载波进行分块处理；

而后中继装置测量两跳中每个子载波块的平均信道增益，并按照两跳平均信道增益大小分别进行排序；

对两跳子载波块序列按照顺序配对映射方法配对后，按照贪婪算法计算每对子载波块分配到的功率；

通过判断是否满足误码率要求，若不满足则中继装置将除去第一跳和第二跳中信道增益最小的那对子载波块，对剩下的子载波块的功率进行重新分配，然后再进行误码率检验，若满足则停止，不满足重新迭代。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在子载波块配对结果下，按照贪婪算法进行功率分配，保证信道增益更大的子载波块分配到更高的功率，使得系统吞吐量达到最大。

3.一种容量和误码率联合优化的中继装置，在传统中继装置的基础上，包括如下主要模块：

测量模块，根据权利要求1所述的方法，收集、计算第一跳和第二跳的信道增益；

子载波配对模块，根据权利要求1所述的方法，按照两跳平均信道增益大小分别进行排序，再按照顺序配对映射方法配对子载波块；

功率分配模块，根据权利要求1所述的方法，按照贪婪算法进行功率分配；

误码率判断模块，根据权利要求1所述的方法，进行系统预估误码率和目标误码率的比较，并在平均误码率不满足要求情况下，删掉信道增益最小的子载波对。