CN105871506A - 无线通信自适应传输方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种无线通信自适应传输方法，利用本发明能够显著提高无线通信系统的可靠性和无线通信发射机的功率利用率。本发明通过下述技术方案予以实现：在一次完整的通信开始时，信号从发射天线传输到接收天线，接收天线把收到的信号送给接收部分进行下变频、解调和译码处理，同时对传输信道的质量进行估计；信道质量估计结果通过反馈链路反馈给发射部分；发射部分根据接收到的信道质量估计结果选择最佳的传输速率、编码方式、调制方式和发射功率发射信号,并把新的传输方式通过发射的信号传递给接收部分；接收部分从接收信号中提取出新的信号传输方式，并根据新的信号传输方式调整信号接收方式，完成对信号的接收。

Description

无线通信自适应传输方法
技术领域
本发明涉及一种适用于无线通信系统的自适应传输方法，该方法能够根据无线通信系统传输信道的变化实时调整信号的传输方式和发射功率，提高无线通信系统的功率利用率和可靠性。
背景技术
无线通信系统和有线通信系统的一个显著区别就是信息传输的媒介不同。有线通信中信息的传输媒介一般为与外界屏蔽的金属导线或光纤，外界的干扰以及自身的衰落都较小；而在无线通信系统中，信息传输的媒介为开放的空间(主要为空气)，其中充满了各种障碍物和其它无线电信号，因此带来了很大的衰落和干扰，造成通信链路的不稳定性。无线通信最基本的特点就是在自由空间中通过无线电波来传输信息，这也正是无线通信所必须面对的最大的挑战。了解无线信道是研究无线通信的前提。信号从发射天线到接收天线的过程中，会经过各种复杂的传播路径，包括直射路径、反射路径、衍射路径、散射路径以及这些路径的随机组合。同时，电波在各条路径的传播过程中，有用信号会受到各种噪声的污染，包括加性噪声(如高斯白噪声等)、乘性噪声的污染，因而会出现不同情形的损伤，严重时会使有用信号难以恢复。无线信号在传播时不仅要受到自由空间固有的传输损耗，还会受到出于建筑物、地形等障碍物的阻挡而引起的信号功率的衰减，这种衰减还会由于移动节点的运动和信道环境的改变出现随机的变化。为了保证无线通信系统可以稳定、可靠的工作，数据链路层要给通信双方提供可靠的点到点的数据链路，并提供一些机制来保证传输链路的可靠性和减少无线信道的噪声、衰落和干扰给传输分组造成的不利影响。
在通信双方建立和保持一条高效、可靠的通信链路是无线通信系统正常工作的基础，而无线传输信道的时变衰落特性给保持通信链路的可靠性和效率带来了很大的挑战。无线通信中带宽和功率是两个最主要的限制因素，一方面希望尽可能利用有限的带宽资源，提高系统的信道容量；另一方面希望在更低的发射功率下传输更多的信息。无线通信信道不同于有线信道,无线通信信道的情况会受到降雨、多径、信号收发双方距离的变化等因素的影响。传统的无线通信采用固定的调制和编码方式来完成信号在空间链路的传输。使用固定的编码和调制方式往往需要预留较多的系统余量，以保证在降雨、多径、信号收发双方处于远距离等恶劣的链路条件下能够进行正常传输。这些功率余量只是偶尔会用到，大部分时间将会被闲置，造成系统资源严重浪费。采用自适应传输体制可以更高效地传输数据，使有限的带宽和功率资源得到充分利用。自适应传输可以根据信道质量实时调整传输方式：当信道质量较差时通过降低调制阶数和采用编码增益更大的编码方式等方式来保证传输质量；当信道质量较好时通过提高调制阶数和采用码率更高的编码方式等方式来提高传输速率。在现有的自适应传输体制中，整个传输过程中只对信号的调制阶数、编码方式等参数进行调整，传输的符号率和发射功率是保持不变的，当信道条件较好时，采用高阶调制方式和高码率编码方式仍然可能存在较大的功率余量；当信道条件较差或者存在其它信号干扰时，采用低阶调制方式和高编码增益的编码方式仍然可能无法正常通信。为了解决现有自适应传输体制中存在的这些问题，有必要研究更加灵活、更高效率的自适应传输方式。
发明内容
本发明的目的是针对现有自适应传输技术在无线通信应用中存在的不足之处，提供一种具有更高可靠性，能够有效提高无线通信系统功率利用率的自适应传输方法，以解决无线通信自适应传输过程中存在的功率浪费和通信可靠性不足的问题。
本发明解决现有技术问题所采用的方案是：一种无线通信自适应传输方法，其特征在于包括如下步骤：
通信开始前，信号收发双方首先约定N种符号速率保持一致的信号传输方式，根据传输信道情况确定最低链路余量，以及N+M种信号传输方式，且每种信号传输方式包含不同的编码方式和调制方式组合；在一次完整的通信开始时，发射部分的可变功率放大器的输出功率保持最大，信号收发双方以第N+M种传输方式开始信号的传输，信号从发射天线传输到接收天线，接收天线把收到的信号送给接收部分进行下变频、解调和译码处理，同时根据当前的接收参数和解调情况对传输信道的质量进行估计，信道质量估计结果通过反馈链路反馈给发射部分；发射部分把接收到的信道质量估计结果和第N+M种信号传输方式的工作门限进行比较，当信道质量估计结果与第N+M种信号传输方式的工作门限的差大于最低链路余量时，再把信道质量估计结果与第N+M-1种信号传输方式的工作门限的进行比较，若信道质量估计结果与第N+M-1种信号传输方式的工作门限的差小于最低链路余量时，则维持当前传输方式，若信道质量估计结果与第N+M-1种信号传输方式的工作门限的差大于最低链路余量时，则发射部分采用第N+M-1种信号传输方式进行信号的传输，并把信号传输方式通过信号传递给接收部分；同时根据当前的接收参数和解调情况对传输信道的质量进行估计，信道质量估计结果通过反馈链路反馈给发射部分，以此类推，发射部分采用上述方式完成第N+M-2种、第N+M-3种…信号的传输，收发双方通过上述方式来实现信号传输方式的调整；当发射部分已经采用了上述任何一种信号传输方式，并且信道质量估计结果与上述任何一种信号传输方式的工作门限的差大于最低链路余量2dB以上时，降低发射端可变功率放大器的输出功率，使信道质量估计结果与上述任何一种传输方式的工作门限的差维持在最低链路余量以上；随着信号传输过程的进行，如果信道质量估计结果与上述任何一种信号传输方式的工作门限的差出现小于最低链路余量的情况，则提高发射部分功率放大器的输出功率，当发射部分功率放大器的输出功率已经达到最大，仍然不能使信道质量估计结果与上述任何一种信号传输方式的工作门限的差维持在最低链路余量以上时，则发射部分采用第二种信号传输方式进行信号的传输，并把信号传输方式通过信号传递给接收部分；接收部分根据接收到的信号传输方式调整接收方式，同时根据当前的接收参数和解调情况对传输信道的质量进行估计，信道质量估计结果通过反馈链路反馈给发射部分；在调制方式和编码方式已经采用上述任何一种信号传输方式，并且可变功率放大器输出功率已经达到能够允许的最大输出功率时，如果仍然不能进行正常通信，则通过降低符号速率的方法来实现收发双方的正常通信；接收部分则从接收信号中提取出变更后的编码方式、调制方式、符号速率，并据此调整信号接收方式，完成对信号的接收。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果：
具有更高的功率利用率。本发明针对现有自适应传输方式只调整调制方式和编码方式的不足，提出了一种功率自适应调整方法。所采用的方法为在调制方式、编码方式、传输符号速率已经达到无线通信系统能够支持的最高调制阶数、最大编码码率和最大传输符号速率的情况下，如果仍然存在较大的功率余量，则结合接收端提供的信噪比和当前采用的调制方式、编码方式来降低发射端的发射功率，提高功率利用率。
具有更高的可靠性。本发明针对现有自适应传输方式只调整调制方式和编码方式的不足，提出了一种传输符号速率自适应调整方法。在调制方式、编码方式、发射功率已经达到自适应无线通信系统能够支持的最低调制阶数、最低编码码率和最高发射功率的情况下，如果仍然不能进行正常通信，则通过降低符号速率的方法来实现收发双方的正常通信，提高了无线通信系统的可靠性。
本发明能够显著提高无线通信中发射机的功率利用率、提高无线通信系统可靠性，本发明特别适合于卫星通信系统、机载通信系统等发射机功率资源敏感和对通信系统可靠性要求高的应用场合。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明无线通信自适应传输发射部分的原理示意图。
图2是本发明无线通信自适应传输接收部分的原理示意图。
具体实施方式
参阅图1、图2。根据本发明，一种无线通信自适应传输方法，包括如下步骤：
(1)在正常的通信开始前，信号收发双方首先根据传输信道情况确定最低链路余量，以及N+M种信号传输方式，其中第1种信号传输方式到第N种信号传输方式的传输符号速率保持一致，且每种信号传输方式包含不同的编码方式和调制方式组合；第N+1种信号传输方式到第N+M种信号传输方式的编码方式和调制方式一致，并且与第N种信号传输方式的编码方式和调制方式相同，差别只在于传输符号速率越来越低；从第一种信号传输方式到第N+M种信号传输方式，传输效率越来越低，工作门限也越来越低，且每相邻两种传输方式的工作门限相差0.5dB-1dB。
(2)在一次完整的通信开始时，发射部分的可变功率放大器的输出功率保持最大，信号收发双方以第N+M种传输方式开始信号的传输，信号从发射天线传输到接收天线，接收天线把收到的信号送给接收部分进行下变频、解调和译码处理，同时根据当前的接收参数和解调情况对传输信道的质量进行估计，信道质量估计结果通过反馈链路反馈给发射部分；发射部分把接收到的信道质量估计结果和第N+M种信号传输方式的工作门限进行比较，当信道质量估计结果与第N+M种信号传输方式的工作门限的差大于最低链路余量时，再把信道质量估计结果与第N+M-1种信号传输方式的工作门限的进行比较，若信道质量估计结果与第N+M-1种信号传输方式的工作门限的差小于最低链路余量时，则维持当前传输方式，若信道质量估计结果与第N+M-1种信号传输方式的工作门限的差大于最低链路余量时，则发射部分采用第N+M-1种信号传输方式进行信号的传输，并把信号传输方式通过信号传递给接收部分；接收部分根据接收到的信号传输方式调整接收方式，同时根据当前的接收参数和解调情况对传输信道的质量进行估计，信道质量估计结果通过反馈链路反馈给发射部分；发射部分把接收到的信道质量估计结果和第N+M-1种信号传输方式的工作门限进行比较，当信道质量估计结果与第N+M-1种信号传输方式的工作门限的差大于最低链路余量时，再把信道质量估计结果与第N+M-2种信号传输方式的工作门限的进行比较，若信道质量估计结果与第N+M-2种信号传输方式的工作门限的差小于最低链路余量时，则维持当前传输方式，若信道质量估计结果与第N+M-2种信号传输方式的工作门限的差大于最低链路余量时，则发射部分采用第N+M-2种信号传输方式进行信号的传输，并把信号传输方式通过信号传递给接收部分，以此类推，收发双方通过上述方式来实现信号传输方式的调整。
(3)当发射部分已经采用了第1种信号传输方式，并且信道质量估计结果与第1种信号传输方式的工作门限的差大于最低链路余量2dB以上时，降低发射端可变功率放大器的输出功率，使信道质量估计结果与第1种信号传输方式的工作门限的差维持在最低链路余量以上，但超出最低链路余量的部分又不大于2dB；当收发双方采用第1种信号传输方式时，随着信号传输过程的进行，如果信道质量估计结果与第1种信号传输方式的工作门限的差出现小于最低链路余量的情况，则提高发射部分功率放大器的输出功率，当发射部分功率放大器的输出功率已经达到最大，仍然不能使信道质量估计结果与第1种信号传输方式的工作门限的差维持在最低链路余量以上时，则发射部分采用第2种信号传输方式进行信号的传输，并把信号传输方式通过信号传递给接收部分；接收部分根据接收到的信号传输方式调整接收方式，同时根据当前的接收参数和解调情况对传输信道的质量进行估计，信道质量估计结果通过反馈链路反馈给发射部分；发射部分把接收到的信道质量估计结果和第2种信号传输方式的工作门限进行比较，当信道质量估计结果与第2种信号传输方式的工作门限的差小于最低链路余量时，则发射部分采用第3种信号传输方式来进行信号的传输，并把信号传输方式通过信号传递给接收部分；接收部分根据接收到的信号传输方式调整接收方式，同时根据当前的接收参数和解调情况对传输信道的质量进行估计，信道质量估计结果通过反馈链路反馈给发射部分；发射部分把信道质量估计结果与第3种信号传输方式的工作门限的进行比较，若信道质量估计结果与第3种信号传输方式的工作门限的差大于最低链路余量时，则维持当前传输方式，若信道质量估计结果与第3种信号传输方式的工作门限的差小于最低链路余量时，则发射部分采用第4种信号传输方式进行信号的传输，并把信号传输方式通过信号传递给接收部分，以此类推；收发双方通过上述方式来实现信号传输方式的调整。
无线通信自适应传输系统由发射部分和接收部分组成，发射部分由主通路发送端和反馈通路接收端组成，接收部分由主通路接收端和反馈通路发送端和成。具体工作过程如下：主通路接收端：在一次完整的通信开始时，主通路接收端将接收天线收到的信号通过下变频模块进行下变频，把下变频后得到的中频信号送给解调模块；解调模块按照预先约定的调制方式和传输速率对接收到的中频信号进行解调，并把解调后的数据送给译码模块；译码模块按照预先约定的编码方式对解调数据进行译码，并把译码结果送给传输方式提取模块；传输方式提取模块按照预先约定好的数据格式，从译码后得到的数据中提取出后续数据的传输方式，送给接收参数产生模块；接收参数产生模块把接收到的后续数据传输方式与当前采用的数据传输方式进行比较，如果后续数据的传输方式保持不变，则维持当前参数，如果后续数据的传输方式发生改变，则在接收信号传输方式的改变时刻，按照新的数据传输方式修改解调参数、速率参数和译码参数，并把修改后的参数分别送给下变频模块、解调模块和译码模块。主通路接收端在对信号进行接收的同时，信道估计模块根据下变频模块和解调模块提供的当前信号的接收功率、信噪比来对传输信道情况进行估计，并把估计结果送给反馈通路发送端。
反馈通路发送端：反馈通路发送端将主通路接收端提供的信道估计结果送入速率适配模块，速率适配模块针对接收的上行数据和信道估计结果进行组合和速率适配，把速率适配后的数据送入编码模块进行纠错编码，纠错编码后的数据经调制模块调制后送入功率放大器模块进行功率放大后通过发射天线发射出去。
反馈通路接收端：反馈通路接收天线对反馈通路发送端发射出的信号进行接收，接收到的信号通过下变频模块进行下变频后送给解调模块，解调模块按照预先约定好的解调方式对下变频后的信号进行解调，并把解调后的数据送给译码模块，译码模块对接收到的解调数据进行纠错译码，并把纠错译码结果送给信道估计结果提取模块，信道估计结果提取模块按照预先约定的数据格式从译码后的数据中提取出信道估计结果送入主通路发送端。
主通路发送端：主通路发送端中的发送参数产生模块根据接收到的信道估计结果选择合适的传输速率、编码方式、调制方式和功放输出功率调节参数进行信号的发送，如果发送参数产生模块所选择的传输速率、编码方式、调制方式和功放输出功率与当前采用的传输速率、编码方式、调制方式和功放输出功率保持一致，则维持当前发送参数；如果所选择的传输速率、编码方式、调制方式和功放输出功率与当前采用的传输速率、编码方式、调制方式和功放输出功率不一致，则对当前采用的传输速率、编码方式、调制方式和功放输出功率进行相应地调整，以保持最佳的传输方式。
主通路发送端中的速率适配模块把接收到的下行数据按照发送参数进行速率适配，并把完成了速率适配后的数据送给编码模块；编码模块根据发送参数产生模块送来的编码方式对接收到的数据进行编码，并把编码后的数据送给调制模块；调制模块根据发送参数产生模块送来的调制方式对编码后的数据进行调制，并把完成了调制后的信号送给可变功率放大器模块，可变功率放大器模块根据发送参数产生模块送来的增益参数对接收到的调制信号进行放大后送给发射天线进行发射。

Claims (10)

1.一种无线通信自适应传输方法，其特征在于包括如下步骤：
通信开始前，信号收发双方首先约定N种符号速率保持一致的信号传输方式，根据传输信道情况确定最低链路余量，以及N+M种信号传输方式，且每种信号传输方式包含不同的编码方式和调制方式组合；在一次完整的通信开始时，发射部分的可变功率放大器的输出功率保持最大，信号收发双方以第N+M种传输方式开始信号的传输，信号从发射天线传输到接收天线，接收天线把收到的信号送给接收部分进行下变频、解调和译码处理，同时根据当前的接收参数和解调情况对传输信道的质量进行估计，信道质量估计结果通过反馈链路反馈给发射部分；发射部分把接收到的信道质量估计结果和第N+M种信号传输方式的工作门限进行比较，当信道质量估计结果与第N+M种信号传输方式的工作门限的差大于最低链路余量时，再把信道质量估计结果与第N+M-1种信号传输方式的工作门限的进行比较，若信道质量估计结果与第N+M-1种信号传输方式的工作门限的差小于最低链路余量时，则维持当前传输方式，若信道质量估计结果与第N+M-1种信号传输方式的工作门限的差大于最低链路余量时，则发射部分采用第N+M-1种信号传输方式进行信号的传输，并把信号传输方式通过信号传递给接收部分；同时根据当前的接收参数和解调情况对传输信道的质量进行估计，信道质量估计结果通过反馈链路反馈给发射部分，以此类推，发射部分采用上述方式完成第N+M-2种、第N+M-3种…信号的传输，收发双方通过上述方式来实现信号传输方式的调整；当发射部分已经采用了上述任何一种信号传输方式，并且信道质量估计结果与上述任何一种信号传输方式的工作门限的差大于最低链路余量2dB以上时，降低发射端可变功率放大器的输出功率，使信道质量估计结果与上述任何一种传输方式的工作门限的差维持在最低链路余量以上；随着信号传输过程的进行，如果信道质量估计结果与上述任何一种信号传输方式的工作门限的差出现小于最低链路余量的情况，则提高发射部分功率放大器的输出功率，当发射部分功率放大器的输出功率已经达到最大，仍然不能使信道质量估计结果与上述任何一种信号传输方式的工作门限的差维持在最低链路余量以上时，则发射部分采用第二种信号传输方式进行信号的传输，并把信号传输方式通过信号传递给接收部分；接收部分根据接收到的信号传输方式调整接收方式，同时根据当前的接收参数和解调情况对传输信道的质量进行估计，信道质量估计结果通过反馈链路反馈给发射部分；在调制方式和编码方式已经采用上述任何一种信号传输方式，并且可变功率放大器输出功率已经达到能够允许的最大输出功率时，如果仍然不能进行正常通信，则通过降低符号速率的方法来实现收发双方的正常通信；接收部分则从接收信号中提取出变更后的编码方式、调制方式、符号速率，并据此调整信号接收方式，完成对信号的接收。
2.如权利要求1所述的无线通信自适应传输方法，其特征在于：第一种信号传输方式到第N种信号传输方式的传输符号速率由信号传输能够占用的最大带宽决定，即采用该符号速率进行信号传输时，信号带宽刚好能够占满可用的传输带宽。
3.如权利要求1所述的无线通信自适应传输方法，其特征在于：发射部分和接收部分组成无线通信自适应传输系统，发射部分由主通路发送端和反馈通路接收端组成，接收部分由主通路接收端和反馈通路发送端组成。
4.如权利要求1所述的无线通信自适应传输方法，其特征在于：在一次完整的通信开始时，主通路接收端将接收天线收到的信号通过下变频模块进行下变频，把下变频后得到的中频信号送给解调模块，按照预先约定的调制方式和传输速率对接收到的中频信号进行解调，把解调后的数据送给译码模块，按照预先约定的编码方式完成对解调数据的译码，译码结果送给传输方式提取模块，传输方式提取模块按照预先约定好的数据格式，从译码后得到的数据中提取出后续数据的传输方式，送给接收参数产生模块；接收参数产生模块根据接收到的数据传输方式调整解调参数、速率参数和译码参数,并在接收信号传输方式改变的时刻，把修改后的参数分别送给下变频模块、解调模块和译码模块。
5.如权利要求3所述的无线通信自适应传输方法，其特征在于：主通路接收端在对信号进行接收的同时，信道估计模块根据下变频模块和解调模块提供的接收信号功率、信噪比来对传输信道情况进行估计，并把信道估计结果送给反馈通路发送端。
6.如权利要求3所述的无线通信自适应传输方法，其特征在于：反馈通路发送端将主通路接收端提供的信道估计结果送入速率适配模块，速率适配模块针对接收的上行数据和信道估计结果进行组合和速率适配，把速率适配后的数据送入编码模块进行纠错编码，纠错编码后的数据经调制模块调制后送入功率放大器模块进行功率放大后通过发射天线发射出去。
7.如权利要求2所述的无线通信自适应传输方法，其特征在于：在反馈通路接收端，反馈通路接收天线对反馈通路发送端发射出的信号进行接收，接收到的信号通过下变频模块进行下变频后送给解调模块，解调模块按照预先约定好的解调方式对下变频后的信号进行解调，并把解调后的数据送给译码模块，译码模块对接收到的解调数据进行纠错译码，并把纠错译码结果送给信道估计结果提取模块，信道估计结果提取模块按照预先约定的数据格式从译码后的数据中提取出信道估计结果送入主通路发送端。
8.如权利要求3所述的无线通信自适应传输方法，其特征在于：在主通路发送端，主通路发送端中的发送参数产生模块根据接收到的信道估计结果选择合适的传输速率、编码方式、调制方式和功放输出功率调节参数进行信号的发送，如果发送参数产生模块所选择的传输速率、编码方式、调制方式和功放输出功率与当前采用的传输速率、编码方式、调制方式和功放输出功率保持一致，则维持当前发送参数；如果所选择的传输速率、编码方式、调制方式和功放输出功率与当前采用的传输速率、编码方式、调制方式和功放输出功率不一致，则对当前采用的传输速率、编码方式、调制方式进行相应地调整，以保持最佳的传输方式。
9.如权利要求4所述的无线通信自适应传输方法，其特征在于：在主通路发送端，主通路发送端中的速率适配模块把接收到的下行数据按照发送参数进行速率适配，并把完成了速率适配后的数据送给编码模块；编码模块根据发送参数产生模块送来的编码方式对接收到的数据进行编码，并把编码后的数据送给调制模块；调制模块根据发送参数产生模块送来的调制方式对编码后的数据进行调制，并把完成了调制后的信号送给可变功率放大器，可变功率放大器根据发送参数产生模块送来的增益参数对接收到的调制信号进行放大后送给发射天线进行发射。
10.如权利要求5所述的无线通信自适应传输方法，其特征在于：在主通路发送端进行信号发送时，当发送参数产生模块已经采用了第N种信号传输方式，如果信道估计结果显示功率余量仍然大于最低链路余量2dB以上，则由发送参数产生模块根据接收端提供的信噪比以及当前采用的调制方式以及编码方式来降低发射端可变功率放大器的输出功率，提高功率利用率。
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