專利名稱：一種td－scdma系統(tǒng)中的自適應(yīng)傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，OFDM)通信技術(shù)，特別是一種TD-SCDMA系統(tǒng)中兼容OFDM技術(shù)的自適應(yīng)傳輸方法。
背景技術(shù)：
CDMA(Code Division Multiple Access)技術(shù)具有諸多優(yōu)勢，如相對于其他系統(tǒng)容量較高、實現(xiàn)軟切換、抗干擾能力較強(qiáng)、發(fā)射功率低、保密性好等，在無線通信領(lǐng)域中占有重要地位，已成為ITU制定的第3代陸地?zé)o線通信系統(tǒng)的主流空中接口技術(shù)。TD-SCDMA系統(tǒng)就是其中一種。但是，CDMA系統(tǒng)對多址干擾(MAI)很敏感，并且在傳送高速數(shù)據(jù)流時易受符號間干擾(ISI)的影響。尤其是在多徑衰落比較嚴(yán)重的無線信道中傳輸時，ISI更明顯，這使得CDMA系統(tǒng)難以充分利用頻譜資源，發(fā)展受到一定的限制。
正交頻分復(fù)用(OFDM，Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing)技術(shù)因其較高的頻譜效率、抗多徑干擾和抗信道頻率選擇性衰落能力，并能提供很高的數(shù)據(jù)傳輸速率等特點，成為下一代移動通信系統(tǒng)中的核心技術(shù)。同時，將并行多載波傳輸理論與CDMA技術(shù)的結(jié)合，已經(jīng)成為目前一大研究熱點。為了提高TD-SCDMA系統(tǒng)的傳輸性能，也將OFDM技術(shù)應(yīng)用于該系統(tǒng)。
然而，移動通信的發(fā)展趨勢是將多種業(yè)務(wù)綜合到一個網(wǎng)絡(luò)中，而在移動信道中，對于OFDM系統(tǒng)中的不同子信道會受到不同的衰落，因此有不同的傳輸能力，所以需要有效的資源分配方法來更好地利用信道資源，并滿足不同業(yè)務(wù)的需求。由于采用OFDM傳輸技術(shù)，可以利用自適應(yīng)技術(shù)，根據(jù)子信道的瞬時特性動態(tài)的分配數(shù)據(jù)速率和傳輸功率，從而充分利用信道資源，減少系統(tǒng)總的發(fā)送功率，這對于兼容OFDM技術(shù)的TD-SCDMA系統(tǒng)有著十分重要的意義。
對于OFDM技術(shù)所采用的自適應(yīng)傳輸算法可以大致歸納如下1、注水算法(water-pouring distribution)該算法在帶限信道上實現(xiàn)理論信道容量的最佳輸入功率分布，即Sx=P-N(f)|H(f)|2f∈B0f∉B---(1)]]>其中，B表示信道帶寬，P表示輸入限制功率，H(f)表示信道傳遞函數(shù)，N(f)表示噪聲功率譜密度。
由式(1)可見，對于信道特性H(f)好的信道，也就是值比較大的子載波可以獲得較高的發(fā)射功率，因為對于信道條件好的子載波，它能有效的傳輸更多的信息。
然而，盡管“注水”能量分配方法確定能夠?qū)崿F(xiàn)最佳的解決方法，但是這種方法的計算難度比較大，而且還需要假設(shè)星座點規(guī)模量化精度要無限小，這在實際中是不可能實現(xiàn)的。
2、連續(xù)比特分配算法該算法是在一定的數(shù)據(jù)速率和誤碼率的約束下，根據(jù)信道特性，自適應(yīng)調(diào)整每個子載波的發(fā)射功率，使得系統(tǒng)的總發(fā)射功率達(dá)到最小的一種鏈路自適應(yīng)方式，可以表示為PT*=mincn∈DΣn=1Nf(cn)αn2---(2)]]>限制條件為，R=Σn=1Ncn.]]>在頻率選擇性衰落信道中，不同的子載波可以經(jīng)歷獨立的衰落狀況，αn表示第n個子載波上的信道衰落幅度。f(c)表示在信道增益等于1時，一個子載波實現(xiàn)可靠接收(保證所需的BER)c個信息比特所需要的接收能量。在迭代算法中每次只分配一個比特，并且這個比特被分配給滿足指定BER條件下需要增加的發(fā)送功率最小的子載波上，同時該子載波也相應(yīng)地增加發(fā)射功率以保證BER。很明顯，上述算法的復(fù)雜度取決于每個OFDM符號承載的比特數(shù)。因此，在子載波數(shù)量比較大，并且每個符號周期內(nèi)包含的比特數(shù)也比較大的多載波系統(tǒng)中，該算法的速度非常慢。
3、自適應(yīng)調(diào)制算法每個子載波上的比特分配與無線信道的傳輸函數(shù)相對應(yīng)，且每個子載波上的功率恒定改變。因此該算法是一種在總發(fā)射功率和誤碼率的約束下使系統(tǒng)的容量達(dá)到最大的一種次最優(yōu)方法。該算法為了將誤碼率(BER)控制在目標(biāo)以下，在接收端首先測量每個子載波上的SNIR(信號噪聲干擾比)，然后據(jù)此調(diào)整每個子載波的調(diào)制方式和參數(shù)，達(dá)到最大傳輸速率。如果某個子載波在現(xiàn)有的SNIR下，任何調(diào)制方式都不能保證誤碼率低于目標(biāo)BER，則該子載波不傳輸任何信號，這樣做是為了避免不必要的重傳。算法中確定不同調(diào)制方式的切換門限是關(guān)鍵。在實際系統(tǒng)中所采用的調(diào)制方式集是事先確定好的，對于給定的BER，可以計算或測量出不同的調(diào)制方式所需要的SINR門限。由于要估計SINR，要求考慮其他載波的干擾，相對來說計算的復(fù)雜度提高了，而且該算法分別考慮不同的子載波和不同的調(diào)制方式進(jìn)行比較，當(dāng)子載波比較多時，分配的速度也比較慢。
4、性能余量算法該算法中系統(tǒng)余量是指支持所需最小BER時，系統(tǒng)可以忍受的附加噪聲數(shù)值。該算法的目標(biāo)是在數(shù)據(jù)速率以及誤碼率的約束下，得到每個子載波上的比特分配方式以達(dá)到最優(yōu)的系統(tǒng)性能余量，最后根據(jù)每個子載波上的比特分配來調(diào)整發(fā)射功率來滿足誤碼率的要求。因此，該算法是根據(jù)每個子載波上的信道容量來進(jìn)行比特和功率分配的。算法中第i個子載波上的比特數(shù)目可以由下式得到b(i)=log2(SNR(i)Γ+γmargin(dB))---(3)]]>系統(tǒng)總的數(shù)據(jù)速率為Btotal=Σi=1Nb(i).]]>其中，SNR(i)是第i個子載波上的信噪比，Γ表示理論信道容量與各種調(diào)制方法的實際信道容量之間差值的一個常數(shù)，γmargin表示系統(tǒng)性能的余量，它在迭代過程中被確定為最終保證系統(tǒng)提供的總速率達(dá)到目標(biāo)速率。在接收端，該算法首先計算每個子載波上支持的速率以及此時系統(tǒng)支持的總速率，如果系統(tǒng)Btotal＝Btarget的總速率和目標(biāo)速率不相等，那么就調(diào)整性能余量γmargin，并重新計算系統(tǒng)支持的速率，經(jīng)過反復(fù)的迭代最終得到滿足速率要求時，每個子載波上的比特分配方式。最后調(diào)整發(fā)射功率保證每個子載波上的BER。
5、最小BER算法與性能余量算法不同，該算法并不是由信道容量而是以最小化BER的目標(biāo)來分配每個子載波上的比特和功率的。該算法中每個子載波上的比特和能量的分配是在一個確定的系統(tǒng)總速率和發(fā)射功率的約束下，以最小化BER為目標(biāo)來實現(xiàn)的。每個子載波上的比特分配按下式Ri=RTD+1Dlog2(Πi=0DNiNi)---(4)]]>式中RT表示系統(tǒng)要求的總速率，Ni表示每個子載波上相互獨立的噪聲的方差。在算法迭代過程中某個子載波上的Ri值可能出現(xiàn)負(fù)值，那么將這個子載波排除，因此D是尚未排除的子載波上數(shù)目。該算法在大大降低運算量的前提下實現(xiàn)了性能的準(zhǔn)最佳化，但對于高速的數(shù)據(jù)傳輸，它的運算量依然較大。
6、子帶分配算法上述方法中的比特和功率分配都是基于單個子載波的。但是隨著子載波數(shù)目的增大，每個子載波所占的帶寬變小，這樣距離近的子載波的信道特性較大。因此在不嚴(yán)重降低系統(tǒng)容量的前提下，為了減少計算量，提高比特分配速率，可將相鄰的m個子載波作為一個子帶，子帶中的所有子載波都使用相同的比特分配方式。使用該方法時必須注意如果子帶大小不合適，選擇的太大時，子帶內(nèi)的子載波之間的相關(guān)性變小，那么此時必須使用子帶中衰落最大的子載波的信道特性作為比特分配的依據(jù)。為克服這一問題，又提出了一種方法，該方法計算子帶中使用不同調(diào)制方式時的BER，最后選擇具有最大容量同時其BER小于給定門限的比特分配方法。盡管此方法也是基于子帶的，但是此分配方法中不僅僅只考慮最差的子載波，因此系統(tǒng)的性能會得到提高。
請參閱圖1所示，假定信道的沖擊響應(yīng)h(τ，t)，不同的多徑之間是基于符號的間隔，每根徑服從瑞利分布，同時有多普率頻移存在。假定系統(tǒng)的采用N＝512點OFDM來傳輸信號，通過對h(τ，t)進(jìn)行傅立葉變換，得到信道的頻域傳輸函數(shù)，如圖2所示是頻域傳輸函數(shù)的幅度特性?？梢钥闯鰧τ诓捎肙FDM調(diào)制，不同的信道的衰減是變化的，有的相近的信道變化比較緩慢，有的相近的信道變化比較快，沒有固定的規(guī)律，因此，對于采用固定的子帶分配方法有可能導(dǎo)致錯誤的分配，帶來性能的下降。
因此，要解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的諸多問題，必須設(shè)計一種簡單快速的分配算法，保證分配的可靠性，實現(xiàn)快速的自適應(yīng)信道傳輸技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提出了一種TD-SCDMA系統(tǒng)中兼容OFDM技術(shù)的自適應(yīng)傳輸方法，通過簡單的自適應(yīng)子載波分配方法，縮短自適應(yīng)分配的過程，提高自適應(yīng)傳輸技術(shù)的可實現(xiàn)性。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明提供一種TD-SCDMA系統(tǒng)中的自適應(yīng)傳輸方法，所述TD-SCDMA系統(tǒng)兼容OFDM技術(shù)，主要步驟如下
根據(jù)不同的誤碼率要求確定不同的調(diào)制方式所需要的信噪比門限通過信噪比門限的范圍來確定不同的調(diào)制方式的選用通過信道估計獲得不同子載波的信噪比特性子載波信噪比高的分配較高的調(diào)制方式，信噪比低一些的采用低一些的調(diào)制方式，信噪比差的不被用作傳輸信號。
所述傳輸方法可傳輸數(shù)據(jù)信道和信令信道的。
該方法首先是對數(shù)據(jù)信道和信令信道的數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)頻，再采用OFDM調(diào)制，然后在發(fā)送的過程中根據(jù)自適應(yīng)分配的原則，在不同的子載波采用不同的調(diào)制方式，接收端解調(diào)之后，對數(shù)據(jù)進(jìn)行解擴(kuò)，然后判決發(fā)送數(shù)據(jù)。
所述TD-SCDMA系統(tǒng)可以很方便地實現(xiàn)自適應(yīng)傳輸技術(shù)，具體為預(yù)留一部分的信道資源，如一個較小的時間間隔或者是空閑的子載波，用于發(fā)送反饋的信道信息或者是自適應(yīng)調(diào)制的控制信息。
所述對于不同調(diào)制方式的門限值，在分配過程中可以通過查表的方式來實現(xiàn)。
所述信道信息的估計可以通過在時域添加導(dǎo)頻時隙獲得，也可以通過在頻域添加特定的導(dǎo)頻子載波來獲得，然后通過插值的方法得到其他數(shù)據(jù)子載波的信道特性。
所述對于不同的數(shù)據(jù)傳輸類型，目標(biāo)誤碼率的設(shè)置是不同的，當(dāng)是語音信號時誤碼率相對高一些，對于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)誤碼率低一些。
本發(fā)明具有的優(yōu)點是1、可以根據(jù)不同信道的特點快速的實現(xiàn)子載波的調(diào)制方式的分配。
2、將信噪比落在相同調(diào)制方式區(qū)間的子載波分配相同的調(diào)制方式，簡化了分配的過程，從而加快了分配的速度，便于實際系統(tǒng)的實現(xiàn)。
3、不同調(diào)制方式的門限可以根據(jù)不同的誤碼率要求來動態(tài)的變化，保證了自適應(yīng)分配的靈活性。
4、調(diào)制門限的設(shè)定可以保證不同子載波的誤碼率達(dá)到目標(biāo)信噪比的要求。
5、本方法可以推廣到不同調(diào)制方式的混合采用，這樣每個子載波的調(diào)制比特分配將更加的合理和精細(xì)，具有很好的擴(kuò)展性。


圖1是本發(fā)明現(xiàn)有技術(shù)中多徑衰落信道的時域沖擊響應(yīng)的示意圖。
圖2是本發(fā)明現(xiàn)有技術(shù)中多徑衰落信道的頻域傳輸函數(shù)的示意圖。
圖3是本發(fā)明兼容OFDM技術(shù)的TD-SCDMA系統(tǒng)中的不同子載波的信噪比的示意圖。
圖4是本發(fā)明中各調(diào)制方式的門限設(shè)置的示意圖。
圖5是本發(fā)明自適應(yīng)傳輸技術(shù)的實現(xiàn)框圖。
圖6是本發(fā)明各子載波分配的調(diào)制比特數(shù)的示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明提出了一種簡單的子載波分配方法，可以實現(xiàn)快速的子載波分配。首先，根據(jù)信道估計獲得信道的特性，得到各個子載波的信噪比，然后在給定的誤碼率要求下確定不同調(diào)制方式的信噪比要求，接著設(shè)定不同調(diào)制方式的信噪比范圍，最后根據(jù)子載波落在對應(yīng)的信噪比范圍內(nèi)確定對應(yīng)的調(diào)制方式。
本發(fā)明的具體實施步驟如下(1)在時域插入導(dǎo)頻信道，通過信道估計獲得時域的信道特性，然后通過傅立葉變化變換到頻域，得到各個子載波的信道特性；或者通過在特定子載波插入的導(dǎo)頻，通過信道估計直接得到頻域上各個子載波的信道特性。
(2)根據(jù)誤碼率的要求，對于每個子載波上傳輸不同的比特數(shù)可以得到不同的信噪比要求，這里假定采用QAM調(diào)制作為例子進(jìn)行分析，該方法也可以推廣到其他不同的調(diào)制方式。在采用QAM調(diào)制(調(diào)制比特數(shù)為偶數(shù)時)解調(diào)方式時，誤碼率Pe、比特位b與信噪比SNR有如下的數(shù)量關(guān)系Pe=1-[1-2[1-1/M]erfc[3log2MM-1SNR]]2]]>=1-[1-2[1-12b]erfc[3b2b-1SNR]]2---(5)]]>其中，補余誤差函數(shù)erfc(x)=2π∫x∞e-t2dt.]]>通過設(shè)定目標(biāo)誤碼率Pe的要求，根據(jù)式(5)可以得到對于傳輸不同的比特位b(采用不同的調(diào)制方式)所需要的信噪比SNR。因此，根據(jù)不同誤碼率和調(diào)制的要求來設(shè)定所需的傳輸信道的SNR門限值。
對于接收到的信號，假定發(fā)射功率為Es，傳輸信道的第i個子載波的增益為Hi，噪聲功率譜密度為σi2，可以得到子載波i的信噪比SNRi=Es|Hi|2/σi2---(6)]]>
在信道情況為多普勒頻移15Hz，最大時延0.2μs，數(shù)據(jù)采樣率為fs＝9.6MHz，噪聲為高斯白噪，假設(shè)每個子信道噪聲方差相同。當(dāng)系統(tǒng)采用64個子載波時，如圖3所示，是不同子載波的信噪比。
(3)由式(5)可以看出在誤碼率Pe一定時，不同的調(diào)制方式是與信噪比SNR(Pe)相對應(yīng)的。因此，可以采用一種簡單的分配方式，即根據(jù)不同的調(diào)制方式設(shè)定信噪比的門限，如圖4所示。根據(jù)式(5)獲得不同調(diào)制方式的門限，對于4QAM為[a，b)，16QAM為[b，c)，64QAM為[c，d)。根據(jù)不同子載波的信噪比所對應(yīng)的調(diào)制方式信噪比區(qū)域，來確定所采用的調(diào)制方式，這樣可以快速的實現(xiàn)子載波的分配。如圖5所示，圖5是提出自適應(yīng)傳輸技術(shù)的實現(xiàn)框圖。
(4)通過本發(fā)明可以快速的得到每個子載波采用的調(diào)制方式，該分配結(jié)果可以實現(xiàn)信道較好的子載波采用較高的調(diào)制方式，信道差一些的采用低一些的調(diào)制方式，信道很差的信道就不用來傳輸數(shù)據(jù)。分配的結(jié)果如圖6所示。
本發(fā)明的好處如下1、可以根據(jù)不同信道的特點快速的實現(xiàn)子載波的調(diào)制方式的分配。
2、將信噪比落在相同調(diào)制方式區(qū)間的子載波分配相同的調(diào)制方式，簡化了分配的過程，從而加快了分配的速度，便于實際系統(tǒng)的實現(xiàn)。
3、不同調(diào)制方式的門限可以根據(jù)不同的誤碼率要求來動態(tài)的變化，保證了自適應(yīng)分配的靈活性。
4、調(diào)制門限的設(shè)定可以保證不同子載波的誤碼率達(dá)到目標(biāo)信噪比的要求。
5、本方法可以推廣到不同調(diào)制方式的混合采用，這樣每個子載波的調(diào)制比特分配將更加的合理和精細(xì)，具有很好的擴(kuò)展性。
綜上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用來限定本發(fā)明的實施范圍。即凡依本發(fā)明申請專利范圍的內(nèi)容所作的等效變化與修飾，都應(yīng)為本發(fā)明的技術(shù)范疇。
權(quán)利要求
1.一種TD-SCDMA系統(tǒng)中的自適應(yīng)傳輸方法，所述TD-SCDMA系統(tǒng)兼容OFDM技術(shù)，其特征在于主要步驟如下根據(jù)不同的誤碼率要求確定不同的調(diào)制方式所需要的信噪比門限通過信噪比門限的范圍來確定不同的調(diào)制方式的選用通過信道估計獲得不同子載波的信噪比特性子載波信噪比高的分配較高的調(diào)制方式，信噪比低一些的采用低一些的調(diào)制方式，信噪比差的不被用作傳輸信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種TD-SCDMA系統(tǒng)中的自適應(yīng)傳輸方法，其特征在于所述傳輸方法可傳輸數(shù)據(jù)信道和信令信道的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種TD-SCDMA系統(tǒng)中的自適應(yīng)傳輸方法，其特征在于該方法首先是對數(shù)據(jù)信道和信令信道的數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)頻，再采用OFDM調(diào)制，然后在發(fā)送的過程中根據(jù)自適應(yīng)分配的原則，在不同的子載波采用不同的調(diào)制方式，接收端解調(diào)之后，對數(shù)據(jù)進(jìn)行解擴(kuò)，然后判決發(fā)送數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種TD-SCDMA系統(tǒng)中的自適應(yīng)傳輸方法，其特征在于所述TD-SCDMA系統(tǒng)可以很方便地實現(xiàn)自適應(yīng)傳輸技術(shù)，具體為預(yù)留一部分的信道資源，如一個較小的時間間隔或者是空閑的子載波，用于發(fā)送反饋的信道信息或者是自適應(yīng)調(diào)制的控制信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種TD-SCDMA系統(tǒng)中的自適應(yīng)傳輸方法，其特征在于所述對于不同調(diào)制方式的門限值，在分配過程中可以通過查表的方式來實現(xiàn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種TD-SCDMA系統(tǒng)中的自適應(yīng)傳輸方法，其特征在于所述信道信息的估計可以通過在時域添加導(dǎo)頻時隙獲得，也可以通過在頻域添加特定的導(dǎo)頻子載波來獲得，然后通過插值的方法得到其他數(shù)據(jù)子載波的信道特性。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種TD-SCDMA系統(tǒng)中的自適應(yīng)傳輸方法，其特征在于所述對于不同的數(shù)據(jù)傳輸類型，目標(biāo)誤碼率的設(shè)置是不同的，當(dāng)是語音信號時誤碼率相對高一些，對于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)誤碼率低一些。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種TD－SCDMA系統(tǒng)中兼容OFDM技術(shù)的自適應(yīng)傳輸方法，首先根據(jù)信道估計獲得信道的特性，得到各個子載波的信噪比，然后在給定的誤碼率要求下確定不同調(diào)制方式的信噪比要求，接著設(shè)定不同調(diào)制方式的信噪比范圍，最后根據(jù)子載波落在對應(yīng)的信噪比范圍內(nèi)確定對應(yīng)的調(diào)制方式，通過簡單的自適應(yīng)子載波分配方法，縮短自適應(yīng)分配的過程，提高自適應(yīng)傳輸技術(shù)的可實現(xiàn)性。
文檔編號H04L27/26GK1744481SQ20051003024
公開日2006年3月8日 申請日期2005年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月30日
發(fā)明者蔡凌云 申請人:上海貝豪通訊電子有限公司