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摘要：从系统实现的角度考虑，选择了在无线信道中采用变速率的QAM调制方式；m-QAM是一种高频带利用率的调制技术，对高容量，高速率传输的第三代移动通信系统具有广阔的应用前景。
关键词：离散变速度QAM；移动通信；自适应调制技术
中图分类号：TP2文献标识码：A文章编号：1672-3198(2009)06-0278-01
1自适应通信系统模型
图1表示自适应通信系统的功能框图，指示信号是发送端发送的用来便于接收端信道估计的信号，这样信道的衰减参数a和φ功能够在信道的估计单元恰当的估计出来。根据信道的估计值a，判决单元选择传输的功率和速率，然后将选择好的参数来配置解调单元和通过反馈回路传送给发送单元。另外我们假设通信系统保持系统配置的时间为τi[s]。
2自适应M-QAM调制
在AWGN信道上采用M-QAM调制方案，并且采用格雷编码方案，这样系统的误码率BER近似为：
BER(M，γ)=0.2exp-3γ2(M-1)(1)
需要注意的是在M>4和BER<10-2时，近似BER是精确误码率的上限。在接下来的分析中，我们将会经常用到这个近似式，这是由于便于把M-QAM调制后的信道容量表示为载干比CNR和误码率BER。
假设系统中具有理想的Nyquist脉冲和给定的载干比和BER，我们便得到连续速率的M-QAM调制的频谱利用率近似的反变换：
R/W=log2(M)=log2(1+3/2K0)(2)
K0=In(5BER0)。自适应连续(ACR)M-QAM调制方案来改变每个符号所代表的比特数目以用来适应信道的实时变化，很明显看出符号所代表的比特数目并不一定是整数。尽管连续调制是可能的，当实践证明研究自适应离散(ADR)M-QAM调制方案更有实用意义，即将星座图尺寸M，限制与2n(n是正整数)。后面提到的方案的主要思想是通过改变调制星座图尺寸的大小来适应信道的变化特性。具体的分配方法如下：接收端载干比分成N+1个区域，星座图尺寸Mn也分配到第n个区域(n=0，1，…，N)。当接收端的载干比CNR的估计值落在第n区域中时，系统采用星座图尺寸Mn的调制方案来传输信号。
可以得到NMF信道上的ACRM-QAM调制方案的频谱利用率
arcW=e2mK03γln(2)∑m-1k=02mK03γΓ-k，3mK03γ(3)
而NMF信道上采用ADRM-QAM调制方案的频带利用率(ard，/W)是N+l个区域一上的数据速率(log2[Mn]=n)加权之后的和。图2表示出ADR–MQAM和ACR-MQAM这两种调制方案在目标误码率为BER0=10-3时对于m=2情况的分析结果。另外图中还显示出其他两种情况：功率固定而速率变化导致的单位带宽上的信道容量和在原始信道上仅采用非自适应方案，即为2-QAM(BPSK)所带来的频带利用率。在NMF信道上采用2-QAM(BPSK)时，系统的频带利用率将会由上式所推导。从图中可以看出ACR-MOAM所带来的频带利用率跟单位带宽仙农容量相差在5dB之间，ADR-MQAM所带来的频带利用率比之将仅会严重1。2dB左右，然而采用BPSK这种方案时，系统的频谱利用率将会受到非常严重的损失。
3自适应调制技术在衰落信道中的应用
本系统利用自适应调制方案来解决信道的时变性所带来的问题。该系统利用64QAM作为最大的调制层数，当信道条件满足它所需要的要求时。在信道上将传输包含六个比特信息的符号流，而当信道条件相当恶劣时采用BPSK调制方式TDD系统用于上下行链路的同步传输，基站和移动台使用相同的频率，可以假定上下行链路之间的信道情况是相关的，而业务量主要集中下行链路中，为不对称业务。由移动台对下行链路的SNR进行测量，并将测量结果输入到预测器中。预测器进行定期的预测，移动台进行相应的判决。根据SNR选择何种调制方式。这种判决为查表方式，即根据要求的BER和SNR选择何种调制方式。移动台的判决被存储到缓存器中，然后借助上行控制链路将其发送到基站。最后由基站来决定下行链路的调制采用何种方式，再将这一判决结果送到移动台，移动台据此准备接收。由于采用TDD系统，下行链路的信道情况可以由上行链路的分析进行测量。但由于上下行链路的业务是不对称的，这就需要在上行链路中经常传输导频信号。所以，建议将下行链路的检测和预测部分放在移动台上。尽管由于上行链路的业务量不大，所需传输时间不长，但是必需要保证其传输质量，因此上行链路的调制同样要适应信道情况变化。
为了评估所建议的系统结构，作者进行了一些仿真实验。仿真的对象是基站与一个移动台的通信，在仿真中忽略了移动台之间的相互影响，同时我们假设给定时刻之后的一定时间长度的信道条件己知。本次仿真结果适合于FDD与TDD方式的通信系统，适合的前提条件为信道的预测是正确无误的。对于接收机对SCR的预测问题，我们采用每次的调制层数的选择是针对于512个连续的调制符号。这就意味着信道评估单元与预测单元是工作在BW/512这样的速率下，BW是信道带宽。这样数据比特流被调制以及在噪声信道中传输。方差变化的高斯白噪声用来仿真信道条件的不同模型。信号的接收端将己调信号解调从而得到相应的比特数据，并与原始数据相比较，得到误比特数的相对值和绝对值。设计了七种仿真，前三种是采用不同误差判决值的自适应调制解调方案的情况，后四种分别是采用BPSK，4QAM，16QAM和64QAM的情况。每一种情况在时间上分成29个间隔，每个间隔又包含的48个时隙(每个时隙由512个符号组成)。灰色表示发送的比特数，而黑色表示错误的比特数。BERmax：传输中最大的误比特数(针对时隙而言)；BER：传输中平均误比特数；BERmin：传输中最小的误比特数(针对时隙而言)。根据仿真结果可以看出，采用自适应调制技术使误比特率保持在某个常量附近，相反采用一般调制方式在遇到信道衰落时产生误比特率的大幅恶化。
参考文献
[1]张贤达.通信信号处理[M].北京：国防工业出版社，2000.
[2]沈兰荪.调制解调的数字实现[J].电信科学，1993，9(6)：27-31.
[3]宋庆峰，路啸，房文伟.OFDM信号在离散时变信道中的新均衡[J].现代电视技术，2004.
“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文”
关键词：离散变速度QAM；移动通信；自适应调制技术
中图分类号：TP2文献标识码：A文章编号：1672-3198(2009)06-0278-01
1自适应通信系统模型
图1表示自适应通信系统的功能框图，指示信号是发送端发送的用来便于接收端信道估计的信号，这样信道的衰减参数a和φ功能够在信道的估计单元恰当的估计出来。根据信道的估计值a，判决单元选择传输的功率和速率，然后将选择好的参数来配置解调单元和通过反馈回路传送给发送单元。另外我们假设通信系统保持系统配置的时间为τi[s]。
2自适应M-QAM调制
在AWGN信道上采用M-QAM调制方案，并且采用格雷编码方案，这样系统的误码率BER近似为：
BER(M，γ)=0.2exp-3γ2(M-1)(1)
需要注意的是在M>4和BER<10-2时，近似BER是精确误码率的上限。在接下来的分析中，我们将会经常用到这个近似式，这是由于便于把M-QAM调制后的信道容量表示为载干比CNR和误码率BER。
假设系统中具有理想的Nyquist脉冲和给定的载干比和BER，我们便得到连续速率的M-QAM调制的频谱利用率近似的反变换：
R/W=log2(M)=log2(1+3/2K0)(2)
K0=In(5BER0)。自适应连续(ACR)M-QAM调制方案来改变每个符号所代表的比特数目以用来适应信道的实时变化，很明显看出符号所代表的比特数目并不一定是整数。尽管连续调制是可能的，当实践证明研究自适应离散(ADR)M-QAM调制方案更有实用意义，即将星座图尺寸M，限制与2n(n是正整数)。后面提到的方案的主要思想是通过改变调制星座图尺寸的大小来适应信道的变化特性。具体的分配方法如下：接收端载干比分成N+1个区域，星座图尺寸Mn也分配到第n个区域(n=0，1，…，N)。当接收端的载干比CNR的估计值落在第n区域中时，系统采用星座图尺寸Mn的调制方案来传输信号。
可以得到NMF信道上的ACRM-QAM调制方案的频谱利用率
而NMF信道上采用ADRM-QAM调制方案的频带利用率(
3自适应调制技术在衰落信道中的应用
本系统利用自适应调制方案来解决信道的时变性所带来的问题。该系统利用64QAM作为最大的调制层数，当信道条件满足它所需要的要求时。在信道上将传输包含六个比特信息的符号流，而当信道条件相当恶劣时采用BPSK调制方式TDD系统用于上下行链路的同步传输，基站和移动台使用相同的频率，可以假定上下行链路之间的信道情况是相关的，而业务量主要集中下行链路中，为不对称业务。由移动台对下行链路的SNR进行测量，并将测量结果输入到预测器中。预测器进行定期的预测，移动台进行相应的判决。根据SNR选择何种调制方式。这种判决为查表方式，即根据要求的BER和SNR选择何种调制方式。移动台的判决被存储到缓存器中，然后借助上行控制链路将其发送到基站。最后由基站来决定下行链路的调制采用何种方式，再将这一判决结果送到移动台，移动台据此准备接收。由于采用TDD系统，下行链路的信道情况可以由上行链路的分析进行测量。但由于上下行链路的业务是不对称的，这就需要在上行链路中经常传输导频信号。所以，建议将下行链路的检测和预测部分放在移动台上。尽管由于上行链路的业务量不大，所需传输时间不长，但是必需要保证其传输质量，因此上行链路的调制同样要适应信道情况变化。
为了评估所建议的系统结构，作者进行了一些仿真实验。仿真的对象是基站与一个移动台的通信，在仿真中忽略了移动台之间的相互影响，同时我们假设给定时刻之后的一定时间长度的信道条件己知。本次仿真结果适合于FDD与TDD方式的通信系统，适合的前提条件为信道的预测是正确无误的。对于接收机对SCR的预测问题，我们采用每次的调制层数的选择是针对于512个连续的调制符号。这就意味着信道评估单元与预测单元是工作在BW/512这样的速率下，BW是信道带宽。这样数据比特流被调制以及在噪声信道中传输。方差变化的高斯白噪声用来仿真信道条件的不同模型。信号的接收端将己调信号解调从而得到相应的比特数据，并与原始数据相比较，得到误比特数的相对值和绝对值。设计了七种仿真，前三种是采用不同误差判决值的自适应调制解调方案的情况，后四种分别是采用BPSK，4QAM，16QAM和64QAM的情况。每一种情况在时间上分成29个间隔，每个间隔又包含的48个时隙(每个时隙由512个符号组成)。灰色表示发送的比特数，而黑色表示错误的比特数。BERmax：传输中最大的误比特数(针对时隙而言)；BER：传输中平均误比特数；BERmin：传输中最小的误比特数(针对时隙而言)。根据仿真结果可以看出，采用自适应调制技术使误比特率保持在某个常量附近，相反采用一般调制方式在遇到信道衰落时产生误比特率的大幅恶化。
参考文献
[1]张贤达.通信信号处理[M].北京：国防工业出版社，2000.
[2]沈兰荪.调制解调的数字实现[J].电信科学，1993，9(6)：27-31.
[3]宋庆峰，路啸，房文伟.OFDM信号在离散时变信道中的新均衡[J].现代电视技术，2004.
“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文”