Ofdm系統在非完備信道信息下的子載波帶寬、調製方式和功率分配的移動自適應方法
2023-05-30 20:24:36 1
Ofdm系統在非完備信道信息下的子載波帶寬、調製方式和功率分配的移動自適應方法
【專利摘要】一種OFDM系統在高速移動、非完備信道信息下的子載波帶寬、調製方式和功率分配的移動自適應方法，其步驟是：1)基站根據系統的載波中心頻率fc、系統帶寬B和循環前綴個數Ng，並根據實測的移動終端的移動速度v，計算出系統的最大子載波數Nmax；並基於容量最大化的原則，計算出該移動速度v下最優的子載波數Nop；2）基站將系統帶寬B均分成Nop個子載波；3）基站對Nop個子載波進行信道估計，得到Nop個子載波的非完備信道信息；4）基站根據3）步得到的Nop個子載波的非完備信道信息，完成自適應子載波調製，並將其離散化；5）基站根據3）步得到的非完備信道信息，完成自適應功率分配。該方法實用性更強、實現速度更快，特別適合高鐵環境下OFDM系統使用。
【專利說明】OFDM系統在非完備信道信息下的子載波帶寬、調製方式和功率分配的移動自適應方法
[0001]
【技術領域】
[0002]本發明屬於無線通信【技術領域】，尤其涉及一種OFDM系統在非完備信道信息下的子載波帶寬、調製方式和功率分配的移動自適應方法。
【背景技術】
[0003]OFDM (正交頻分復用)技術作為一個主要的空中接口技術已被廣泛地應用於許多高速率無線通信系統中。其在數字廣播電視、IEEE.802.16和LTE等標準中得到廣泛應用。但是，這些系統的設計主要 考慮用戶是靜止或低速移動，從而要求信道是非時變或者是準非時變信道。高鐵環境下的寬帶OFDM系統將導致信道快速變化，使信道變成雙選擇性衰落信道，產生明顯的子載波間幹擾(ICI)，從而嚴重影響系統性能。自適應技術可以有效地降低ICI對系統性能影響，從而達到合理避讓ICI的目的。同時，在高移動環境下，因為信道估計誤差和信道信息從接收端到發射端的反饋時延，發射端不可能獲得完備信道信息。因此，高移動環境下非完備信道信息OFDM系統的自適應技術是當前研究的重點和熱點。
[0004]通過對現有相關技術的檢索發現，OFDM系統的自適應方法有:
[0005](I) 一種用於OFDM系統自適應調製的比特和功率分配算法(文獻1:北京郵電大學，中國專利，專利號:CN1722719)。該方法首先對所有子信道按等間隔劃分分組，然後在每個分組中，分別同時進行比特和功率的分配。每個分組中的比特和功率分配過程包括按子信道增益排序、劃分子信道簇、生成採樣子信道、按貪婪分配方法分配比特、複製比特數目和計算子信道所需功率等步驟。但是該方法只考慮了時不變信道情況，並沒有考慮高移動性環境下快時變信道情況。快時變信道較時不變信道將引起子載波間幹擾，從而影響系統性能，所以該方法不能應用到移動OFDM系統中。該方案也沒有考慮移動環境下的自適應子載波帶寬，所以也沒有自適應子載波帶寬帶來的性能增益。另外該方法是通過迭代的方式進行計算，計算複雜度較高。同時該方法沒有考慮非完備信道信息情況，實際情況下獲得完備信道信息是不可能的，所以該方法不具有普遍性。對於這種方法的具體實現可參考專利[I]。
[0006](2) 一種用於移動環境下完備信道信息OFDM系統子載波帶寬、調製方式的自適應技術(文獻 2:Das, S.S., De Carvalho, E.and Prasad, R.:Performance analysis ofOFDM systems with adaptive sub carrier bandwidth.1EEE Transactions WirelessCommunications2008，7:1117 - 1122)。該方法任意地選取一個載波帶寬範圍作為最優子載波帶寬的取值範圍，然後分別對每個載波帶寬進行比特分配，同時保留所有載波帶寬對應的子載波比特分配，最後從所有的載波帶寬和子載波比特分配中選取容量最大的一個作為最優子載波帶寬和子載波比特分配。該方法任意地選取一個載波帶寬範圍作為最優子載波帶寬的取值範圍，從而必然導致子載波帶寬是局部最優。另外該方法認為發射端可以得到完備信道信息，在移動環境下是不可能的，和實際情況不符合。其次該方法沒有考慮功率自適應分配，必然會導致性能的損失。這種方法的具體實現可參考文獻[2]。
[0007](3) 一種用於移動環境下完備信道信息OFDM系統子載波帶寬、調製方式和功率分配的迭代自適應技術(文獻3: Jyh-Horng Wen, Chung-Hua Chiang, Tuan-JungHsu and Ho-Lung Hung:Resource Management Techniques for OFDM Systems withthe Presence of Inter-Carrier Interference.Springer Wireless PersonalCommunications2011,:1 -21)。該方法也是任意地選取一個載波帶寬範圍作為最優子載波帶寬的取值範圍，從而必然導致最優子載波帶寬是局部最優。另外該方法認為發射端可以得到完備信道信息，在移動環境下是不可能的，和實際情況不符合。該方法較方案(2)，考慮功率自適應分配，從而會提升系統的性能。但是該方法是通過迭代的方式來實現子載波帶寬、調製方式和功率分配的自適應，從而導致系統的複雜度很高。這種方法的具體實現可參考文獻[3] ο
[0008](4) 一種用於移動環境下完備信道信息OFDM系統子載波帶寬、調製方式的非迭代自適應技術(文獻 4:Zhicheng Dong, Pingzhi Fan, Erdal Panayirci, P.TakisMathiopoulos:Effect of power and rate adaptation on the spectral efficiency ofMQAM/OFDM system under very fast fading channels.EURASIP J.Wireless Comm, andNetworking2012, 2012:208)o該方法認為發射端在高移動環境下不可能得到完備信道信息，在分別考慮信道估計誤差和時延的非完備信道信息的基礎上，考慮調製方式和功率自適應分配，從而提升系統的性能。但是該方法沒有聯合考慮信道估計誤差和時延，和實際情況也不符合。另外該方法沒有考慮子載波帶寬的自適應，系統性能不能獲得自適應子載波帶寬的增益。值得注意的是，該方法是通過非迭代的方式來實現調製方式和功率分配的自適應，使系統的複雜度大大降低。這種方法的具體實現可參考文獻[4]。
【發明內容】
[0009]本發明的目的是提供一種OFDM系統在非完備信道信息下的子載波帶寬、調製方式和功率分配的移動自適應方法，該移動自適應方法實用性更強、實現速度更快，特別適合高鐵環境下非完備信道信息OFDM系統子載波帶寬、調製方式和功率分配。
[0010]本發明實現其發明目的所採用的技術方案是:一種OFDM系統在非完備信道信息下的子載波帶寬、調製方式和功率分配的移動自適應方法，其步驟是:
[0011 ] I )、基站根據OFDM系統的載波中心頻率f。、系統帶寬B和循環前綴個數Ng，並根據實測的移動終端的移動速度V，計算出OFDM系統的最大子載波數Nmax ;並基於容量最大化的原則，計算出該移動速度V下最優的子載波數Ntjp ；
[0012]2)、基站將系統帶寬B均分成Ntjp個子載波；
[0013]3)、基站對Ntjp個子載波進行信道估計，得到Ntjp個子載波的非完備信道信息；
[0014]4)、基站根據3)步得到的Ntjp個子載波的非完備信道信息，完成自適應子載波調製，並將其離散化；
[0015]5)、基站根據3)步得到的Ntjp個子載波的非完備信道信息，完成自適應功率分配。
[0016]與現有技術相比，本發明的優點是:
[0017]一、本發明在聯合考慮移動速度、信道估計誤差、時延的影響，從而在非完備信道的情況下，自適應地進行子載波帶寬分配、調製方式的選擇和功率分配，具有更強的實用性。尤其在高鐵的高移動性環境下，發射端不可能獲得完備信道信息，信道估計誤差和時延是不可忽視的，所以本發明特別適合高鐵通信環境，可突破原子載波帶寬、調製方式和功率分配自適應方法只能用於完備信道系統的限制。
[0018]二、該方案考慮了子載波帶寬隨移動速度、信道估計誤差和延時的影響，從移動速度、信道估計誤差和延時三個方面的共同作用下獲得最優子載波帶寬，最大可能的提高系統的性能，減少了高速移動對系統性能的影響。
[0019]三、該方案是非迭代的、計算複雜低的方法，本方案獲得容量閉合公式，不需要實時地計算其容量，同時又採用非迭代的比特和功率分配方法，從而大大地降低了計算複雜，其實現速度更快。
[0020]上述的步驟I)中基站根據OFDM系統的載波中心頻率f。、系統帶寬B和循環前綴個數Ng，並根據實測的移動終端的移動速度V，計算出OFDM系統的最大子載波數Nmax的計算公式是:
[0021]
【權利要求】
1.一種OFDM系統在非完備信道信息下的子載波帶寬、調製方式和功率分配的移動自適應方法，其步驟是: 1)基站根據OFDM系統的載波中心頻率f。、系統帶寬B和循環前綴個數Ng，Ng=Tg/B,Tg是循環前綴的周期，並根據實測的移動終端的移動速度V，計算出OFDM系統的最大子載波數Nmax ;並基於容量最大化的原則，計算出該移動速度V下最優的子載波數Ntjp ； 2)基站將系統帶寬B均分成Ntjp個子載波； 3)基站對Ntjp個子載波進行信道估計，得到Ntjp個子載波的非完備信道信息； 4)基站根據3)步得到的Ntjp個子載波的非完備信道信息，完成自適應子載波調製，並將其離散化； 5)基站根據3)步得到的Ntjp個子載波的非完備信道信息，完成自適應功率分配。
2.根據權利要求1所述的一種OFDM系統在高速移動、非完備信道信息下的子載波帶寬、調製方式和功率分配的移動自適應方法，其特徵在於:所述的步驟I)中基站根據OFDM系統的載波中心頻率f。、系統帶寬B和循環前綴個數Ng，並根據實測的移動終端的移動速度V,計算出OFDM系統的最大子載波數Nmax的計算公式是:
3.根據權利要求2所述的一種OFDM系統在高速移動、非完備信道信息下的子載波帶寬、調製方式和功率分配的移動自適應方法，其特徵在於:所述的步驟I)中基於容量最大化的原則，計算出該移動速度V下最優的子載波數Ntjp的具體做法是: A、計算不同子載波數N下歸一化子載波間幹擾PN
4.根據權利要求3所述的一種OFDM系統在高速移動、非完備信道信息下的子載波帶寬、調製方式和功率分配的移動自適應方法，其特徵在於:所述的步驟4)中，根據Ntjp個子載波的非完備信道信息，完成自適應子載波調製的具體做法是--第k個子載波的信道信息Y [k]下的調製比特β (Y [k])，按下式得出:
5.根據權利要求4所述的一種OFDM系統在高速移動、非完備信道信息下的子載波帶寬、調製方式和功率分配的移動自適應方法，其特徵在於:所述的步驟5)中，根據Ntjp個子載波的非完備信道信息，完成自適應功率分配的具體做法是:分配給第k個子載波的信道信
【文檔編號】H04L27/26GK103701747SQ201310711248
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月20日 優先權日:2013年12月20日
【發明者】範平志, 董志誠, 劉恆 申請人:西南交通大學