CN105245308B - 自适应调制编码方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自适应调制编码方法，包括：发射机接收接收机发送的信道估计结果，信道估计结果中包括N个子载波的信噪比，所述N个子载波被划分为多个载波组，每个载波组包括至少两个子载波；所述发射机根据各子载波的信噪比确定每个载波组的最优调制阶数，将每个载波组的最优调制阶数设置为每个载波组的当前调制阶数，并将每个载波组的当前调制阶数发送给所述接收机。由于每个载波组的最优调制方式都是根据该载波组的子载波的信噪比确定的，所以能够针对不同的信道采用合适的调制方式，从而提高了整个系统的吞吐率，另外，本发明中只需要通知每个载波组的调制阶数，从而能够减少发射机和接收机之间的信令开销。

Description

自适应调制编码方法

技术领域

本发明涉及通信技术，尤其涉及一种自适应调制编码方法。

背景技术

在数字通信系统中，由于信道的衰落和时变特性，使得通信过程中存在很多的不确定性。为了提高通信系统的吞吐率，通常采用高阶调制方式和小冗余的纠错码进行通信，采用高阶调制方式在信道的信噪比理想时能够提高通信系统的吞吐率，但是，当信道处于深度衰落时则无法保证通信的可靠性。为了保证通信的可靠性，可以采用低阶调制方式和大冗余的纠错码进行通信，低阶调制方式的传输速率较低，制约了通信系统吞吐率的提高，从而造成了频谱资源的浪费。

自适应调制编码(Adaptive Coding and Modulation，简称ACM)技术能够在保证通信系统可靠性的前提下，又能够提高通信系统的吞吐率，得到了广泛的应用。现有技术中，应用于无线通信系统的ACM技术主要是根据信道的时变性选择调制参数，常用的方法有频率特定ACM和频率统一ACM，频率特定ACM中，每个子载波采用与信道质量相匹配的调制方式，每个信道的频谱利用率都达到最高，通信系统的吞吐率也最高。频率统一ACM中，所有子载波采用统一的调制方式，发射机与接收机之间的不需要传递调制参数，减少传输信令开销。但是，基于无线通信系统的ACM技术并不适用于基于同轴电缆的宽带OFDM通信系统，基于同轴电缆的宽带OFDM通信系统具有信道带宽大、子载波数多且信道具有选择性衰落的特性，若采用频率特定ACM方法，接收机需要向发射机反馈每一个子载波的信道质量，且发射机需要告之接收机每一个子载波的调制方式，这些信息的反馈和传递需要占用通信系统的信令帧通道，导致信令开销较大，若采用频率统一ACM方法则不能完全适应信道的选择性衰落特性，无法充分利用信道资源提高吞吐量。

发明内容

本发明实施例提供一种自适应调制编码方法，不仅能够提高通信系统的吞吐率，还能够减少信令开销。

本发明提供一种用于有线信道的自适应调制编码方法，包括：

发射机接收接收机发送的信道估计结果，所述信道估计结果中包括N个子载波的信噪比，其中，N为正整数，所述N个子载波被划分为多个载波组，所述每个载波组包括至少两个子载波；

所述发射机根据所述各子载波的信噪比确定所述每个载波组的最优调制阶数；

所述发射机将所述每个载波组的最优调制阶数设置为所述每个载波组的当前调制阶数，并将所述每个载波组的当前调制阶数发送给所述接收机，以使所述接收机根据所述当前调制阶数解调数据。

如上所述的方法，其中，所述发射机根据所述各子载波的信噪比确定所述每个载波组的最优调制阶数，包括：

所述发射机根据所述各子载波的信噪比确定所述每个载波组内的各子载波的调制阶数；

所述发射机根据所述每个载波组内的各子载波的调制阶数确定所述每个载波组内调制阶数被使用次数最多的调制阶数；

所述发射机将所述每个载波组内调制阶数被使用次数最多的调制阶数作为所述每个载波组的最优调制阶数。

如上所述的方法，其中，所述发射机根据所述各子载波的信噪比确定所述每个载波组的最优调制阶数，包括：

所述发射机根据所述各子载波的信噪比确定所述每个载波组内的各子载波的调制阶数；

所述发射机根据所述每个载波组内的各子载波的调制阶数计算所述每个载波组的平均调制阶数；

所述发射机对所述每个载波组的平均调制阶数向上取整或向下取整得到所述每个载波组的最优调制阶数。

如上所述的方法，其中，所述发射机根据所述各子载波的信噪比确定所述每个载波组内的各子载波的调制阶数，包括：

所述发射机根据所述各子载波的信噪比和各调制阶数对应的信噪比门限值范围确定所述每个载波组内的各子载波的调制阶数。

如上所述的方法，其中，发射机接收接收机发送的信道估计结果之前，所述方法还包括：

所述发射机将所述N个子载波划分为所述多个载波组。

如上所述的方法，其中，所述每个载波组包含的子载波的个数相等。

如上所述的方法，其中，所述每个载波组包含的子载波的个数不相等，所述方法还包括：

所述发射机向所述接收机同步所述每个载波组的分组信息。

如上所述的方法，其中，所述每个载波组包含的子载波的个数满足以下条件：p≤Bc/fc，其中，P为载波组内包含的子载波的个数，Bc为所述各子载波对应的信道的相干带宽，fc子载波间隔。

本发明的方法，发射机通过将系统的子载波划分为多个载波组，根据各子载波的信噪比确定每个载波组的最优调制阶数，将所述每个载波组的最优调制阶数设置为所述每个载波组的当前调制阶数，下次发送数据时使用该最优调制方式对信号进行调制，并将每个载波组的当前调制阶数发送给接收机，以使接收机根据当前调制阶数解调数据。由于每个载波组的最优调制方式都是根据该载波组的子载波的信噪比确定的，因此，能够针对不同的信道采用合适的调制方式，从而提高了整个系统的吞吐率，另外，本发明中发射机只需要通知每个载波组的调制阶数，从而能够减少发射机和接收机之间的信令开销。

附图说明

图1为OFDM系统的结构示意图；

图2为本发明提供的一种自适应调制编码方法的流程图；

具体实施方式

本发明的方法可以应用在宽带正交频分复用(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，简称OFDM)系统中，如图1所示，图1为OFDM系统的结构示意图，该OFDM系统的工作流程如下：发射机采用OFDM技术发射信号，信号经过信道到达接收机，本发明中发送机和接收机直接的信道为有线信道，例如同轴电缆。接收机接收到的信号受到了多径和噪声的影响，接收机完成信号的解调并根据接收的信号进行信道估计，接收机向发射机反馈的各子载波的信道估计结果，信道估计结果包括各子载波的信噪比。本发明中，发射机将OFDM系统的子载波划分为多个载波组，根据接收机返回的各子载波的信噪比确定每个载波组的最优调制阶数，将该最优调制阶数作为下一次数据发送时的调制阶数，并且需要在下一次数据发送之前将该最优调制阶数通知接收机，以使接收机在接收到发射机发送的下一次数据时根据该最优调制阶数解调数据。以下将通过具体实施例对本发明的方案进行详细说明。

图2为本发明提供的一种自适应调制编码方法的流程图，如图2所示，本实施例的方法可以包括以下步骤：

步骤101、发射机接收接收机发送的信道估计结果，信道估计结果中包括N个子载波的信噪比，其中，N为正整数，N个子载波被划分为多个载波组，每个载波组包括至少两个子载波。

宽带OFDM系统总共包含N个子载波，发射机将N个子载波划分为多个载波组，每个载波组包括至少两个子载波，可选地，每个载波组包含的子载波的个数可以相等，也可以不相等，本发明并不对此进行限制。当每个载波组的个数不相等时，发射机在将N个子载波划分为多个载波组后，还需要向接收机同步每个载波组的分组信息，分组信息包括每个载波组包含的子载波的个数，以及每个载波组包含的子载波的频率等。当每个载波组包含的子载波的个数相等时，发射机不需要向接收机同步各载波组的分组信息，在发射机和接收机端可以预先约定好每个载波组的个数，可以减少发射机和接收机之间的信令开销。

发射机接收接收机发送的信道估计结果，该信道估计结果包括各子载波的信噪比，信道估计结果是接收机在各子载波上发送的信号估计得到的，信道估计可以采用现有的任意一种信道估计方法，这里不再一一列举。

需说明的是，本发明中，每个载波组内包含的子载波的个数需满足以下条件：p≤Bc/fc，其中，P为载波组内包含的子载波的个数，Bc为信道的相干带宽，fc子载波间隔。也就是说，本发明中每个载波组内包括的各子载波对应的信道的带宽之和不大于OFDM系统所使用的有线信道的相干带宽。本发发明中，Bc主要是指有线信道的相干带宽。

步骤102、发射机根据各子载波的信噪比确定每个载波组的最优调制阶数。

发射机具体可以通过以下三种方式确定每个载波组的最优调制阶数：

第一种方式、首先，发射机根据各子载波的信噪比确定每个载波组内的各子载波的调制阶数；首先，发射机根据每个载波组内的各子载波的调制阶数确定每个载波组内调制阶数被使用次数最多的调制阶数；最后，发射机将每个载波组内调制阶数被使用次数最多的调制阶数作为每个载波组的最优调制阶数。

第二种方式、首先，发射机根据各子载波的信噪比确定每个载波组内的各子载波的调制阶数；然后，发射机根据每个载波组内的各子载波的调制阶数计算每个载波组的平均调制阶数；最后，发射机对每个载波组的平均调制阶数向下取整得到每个载波组的最优调制阶数。

具体地，可以通过公式(1)计算，公式(1)适用于每个载波组的子载波个数相等的情形：

其中，P为每个载波组包含的子载波的个数，q为载波组的个数，M(q)为第q个载波组的最优调制阶数，表示向下取整运算，M_k表示第k个子载波的调制阶数，k＝qp。

第三种方式、首先，发射机根据各子载波的信噪比确定每个载波组内的各子载波的调制阶数；然后，发射机根据每个载波组内的各子载波的调制阶数计算每个载波组的平均调制阶数；最后，发射机对每个载波组的平均调制阶数向上取整得到每个载波组的最优调制阶数。

具体地，可以通过公式(2)计算，公式(2)适用于每个载波组的子载波个数相等的情形：

其中，P为每个载波组包含的子载波的个数，q为载波组的个数，M(q)为第q个载波组的最优调制阶数，表示向上取整运算，M_k表示第k个子载波的调制阶数，k＝qp。

上述三种方式中发射机根据各子载波的信噪比确定每个载波组内的各子载波的调制阶数，具体为：发射机根据各子载波的信噪比和各调制阶数对应的信噪比门限值范围确定每个载波组内的各子载波的调制阶数。每个调制阶数设置一个信噪比门限值范围，当子载波的信噪比落在某一调制阶数的信噪比门限值范围内，则确定该调制阶数为该子载波的调制阶数。以正交振幅调制(Quadrature Amplitude Modulation，简称QAM)为例说明，QAM调制可以选择的调制方式为QPSK，8QAM，…，4096QAM，其对应的调制阶数分别为2，3，…，12。假设调制阶数2的信噪比门限值范围为[10，14)dB(分贝)，调制阶数3的信噪比门限值范围为[14，16)dB，调制阶数4的信噪比门限值范围为[16，20)dB，当子载波的信噪比为15.5dB时，子载波的调制阶数为4。

每种调制阶数的信噪比门限值的范围取决于系统的误码性能要求，若系统的误码性能要求越小，则调制方式对应的信噪比门限值越大。在实际实现过程中，可以通过仿真各种调制方式在有线信道下的理论误码率曲线，并结合误码性能要求可以求得每种调制方式对应的信噪比门限值。

步骤103、发射机将每个载波组的最优调制阶数设置为每个载波组的当前调制阶数，并将每个载波组的当前调制阶数发送给接收机，以使接收机根据当前调制阶数解调数据。

发射机确定各载波组的最优调制阶数后，将各载波组的最优调制阶数设置为各载波组的当前调制阶数，以便下次发射机向接收机发送信号时，可以采用该最优调制阶数对信号进行调制。本发明中，不同的载波组的最优调制阶数可能不同，因此，能够针对不同的信道的实际情况采用合适调制阶数，从而在保证通信可靠的前提下，能够提高整个系统的吞吐率。本发明中，每个载波组使用的最优调制阶数可能不同，但是同一个载波组的各子载波使用的调制阶数相同。由于有线信道的时变性很小，发射机可以周期性的调制各载波组的调制阶数，调制阶数可以根据系统的信道的实际条件确定。

本发明中，发射机将每个载波组的最优调制阶数设置为每个载波组的当前调制阶数之后，发射机将载波组的当前调制阶数发送给接收机，以使接收机根据当前调制阶数解调数据。现有技术中，发射机需要将每个子载波的调制阶数同步给接收机，而本发明中每个载波组内的各子载波使用的调制阶数相同，因此，发射机只需要将各载波组的调制阶数同步给接收机，从而减少了信令开销。

本发明中，每个载波组根据本组内的p个子载波的信噪比独立地确定最优调制阶数，整个系统的平均调制阶数为：

其中M(q)为第q个载波组所使用的调制阶数，本发明的方法，应该极大化平均调制阶数，当平均调制阶数越大，那么系统的频谱利用率越高，整个系统的吞吐量也越大，但是，本发明的方案不仅要提高频谱的利用率，还要保证系统的性能，因此，各载波组的调制阶数还要满足以下条件：

其中，G(γ，M)为调制阶数为M、信噪比为γ时的误码率函数，k为子载波编号，BERT为无纠错编码时的系统误码率要求。

本发明的方法，发射机通过将系统的子载波划分为多个载波组，根据各子载波的信噪比确定每个载波组的最优调制阶数，将每个载波组的最优调制阶数设置为每个载波组的当前调制阶数，下次发送数据时使用该最优调制方式对信号进行调制，并将每个载波组的当前调制阶数发送给接收机，以使接收机根据当前调制阶数解调数据。由于每个载波组的最优调制方式都是根据该载波组的子载波的信噪比确定的，因此，能够针对不同的信道采用合适的调制方式，从而提高了整个系统的吞吐率，另外，本发明中发射机只需要通知每个载波组的调制阶数，从而能够减少发射机和接收机之间的信令开销。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种自适应调制编码方法，其特征在于，包括：

发射机接收接收机发送的信道估计结果，所述信道估计结果中包括N个子载波的信噪比，其中，N为正整数，所述N个子载波被划分为多个载波组，每个所述载波组包括至少两个子载波；

所述发射机根据所述各子载波的信噪比确定每个所述载波组内的各子载波的调制阶数；

所述发射机根据每个所述载波组内的各子载波的调制阶数，确定每个载波组的最优调制阶数；

所述发射机将每个所述载波组的最优调制阶数设置为每个所述载波组的当前调制阶数，并将每个所述载波组的当前调制阶数发送给所述接收机，以使所述接收机根据所述当前调制阶数解调数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发射机根据每个所述载波组内的各子载波的调制阶数，确定每个载波组的最优调制阶数，包括：

所述发射机根据每个所述载波组内的各子载波的调制阶数确定每个所述载波组内调制阶数被使用次数最多的调制阶数；

所述发射机将每个所述载波组内调制阶数被使用次数最多的调制阶数作为每个所述载波组的最优调制阶数。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发射机根据每个所述载波组内的各子载波的调制阶数，确定每个载波组的最优调制阶数，包括：

所述发射机根据每个所述载波组内的各子载波的调制阶数计算每个所述载波组的平均调制阶数；

所述发射机对每个所述载波组的平均调制阶数向上取整或向下取整得到每个所述载波组的最优调制阶数。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述发射机根据所述各子载波的信噪比确定每个所述载波组内的各子载波的调制阶数，包括：

所述发射机根据所述各子载波的信噪比和各调制阶数对应的信噪比门限值范围确定每个所述载波组内的各子载波的调制阶数。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，发射机接收接收机发送的信道估计结果之前，所述方法还包括：

所述发射机将所述N个子载波划分为所述多个载波组。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，每个所述载波组包含的子载波的个数相等。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，每个所述载波组包含的子载波的个数不相等，所述方法还包括：

所述发射机向所述接收机同步每个所述载波组的分组信息。

8.根据权利要求1-3、5-7中任一项所述的方法，其特征在于，每个所述载波组包含的子载波的个数满足以下条件：p≤Bc/fc，其中，P为载波组内包含的子载波的个数，Bc为信道的相干带宽，fc子载波间隔。

9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，每个所述载波组包含的子载波的个数满足以下条件：p≤Bc/fc，其中，P为载波组内包含的子载波的个数，Bc为信道的相干带宽，fc子载波间隔。