3.5 链路自适应技术

1、 大家知道，无线通信信道是时变信道，根据香农大家知道，无线通信信道是时变信道，根据香农信道容量公式，在一定频谱上信道容量取决于信道的信道容量公式，在一定频谱上信道容量取决于信道的特性，因此无线信道的容量也是时变的。特性，因此无线信道的容量也是时变的。传统的系统传统的系统设计采用固定的传输模式设计采用固定的传输模式，（如固定的调制方式、固，（如固定的调制方式、固定的编码方式编码速率等），为了保证在恶劣信道条定的编码方式编码速率等），为了保证在恶劣信道条件或平均信道条件下的通信不中断，必须牺牲频谱利件或平均信道条件下的通信不中断，必须牺牲频谱利用率来换取通信的可靠性。用率来换取通信的可靠性。 而链

2、路自适应技术与此思路不同，它动态地跟踪而链路自适应技术与此思路不同，它动态地跟踪信道变化，根据信道情况确定当前信道的容量，进而信道变化，根据信道情况确定当前信道的容量，进而改变传输信息的符号速率、发送功率、编码速率和编改变传输信息的符号速率、发送功率、编码速率和编码方式等参数，因此可以最大限度发送信息，实现更码方式等参数，因此可以最大限度发送信息，实现更低的误码率等。低的误码率等。L2 链路层链路层L1 物理层物理层信令环信令环调制调制 、 编码编码 、发射功率等发射功率等L3 网络层网络层无线系统无线系统其它激活用户其它激活用户的信息链路自适应链路自适应图图3-26 3-26 链路自适应技术

3、结构链路自适应技术结构关键技术关键技术Water-Filling算法算法 自适应调制技术自适应调制技术Hughes-Hartogs算法算法 Chow算法算法自适应差错控制技术自适应差错控制技术 反馈信令设计反馈信令设计自适应信道编码自适应信道编码数据数据产生产生检测检测编码编码纠错纠错编码编码自适应自适应各子信各子信道的比道的比、特特 功功率分配率分配和调制和调制方式方式扩频扩频衰落信衰落信道和高道和高斯白噪斯白噪声声调制转换信令调制转换信令调制调制转换转换各子信各子信道测量道测量解扩解扩自适应自适应解调和解调和各子信各子信道的比道的比特流的特流的重组重组信宿信宿判决判决纠错纠错编码编码检测检

4、测编码编码传输模式信令传输模式信令图图3-27 3-27 自适应调制技术自适应调制技术Hughes-HartogsHughes-Hartogs算法算法 该算法的该算法的优化准则是在约束总发射功率和维持优化准则是在约束总发射功率和维持目标误码率前提下使频谱效率最高。目标误码率前提下使频谱效率最高。它是一种基于它是一种基于迭代的连续比特和功率分配算法。每一次迭代只分迭代的连续比特和功率分配算法。每一次迭代只分配一个比特，该比特分配给只需要增加最少发射功配一个比特，该比特分配给只需要增加最少发射功率就能维持目标误码率的子信道。率就能维持目标误码率的子信道。 马尔可夫链马尔可夫链是具有马尔科夫性质的随

5、机是具有马尔科夫性质的随机变量变量X_1,X_2,X_3.X_1,X_2,X_3.的一个数列。这些变量的范围，即的一个数列。这些变量的范围，即它们所有可能取值的它们所有可能取值的集合集合，被称为，被称为“状态空间状态空间”，而而X_nX_n的值则是在时间的值则是在时间n n的状态。如果的状态。如果X_n+1X_n+1对于过对于过去状态的条件去状态的条件概率概率分布仅是分布仅是X_nX_n的一个的一个函数函数，则，则 P(X_n+1=x|X_1=x_1, X_2=x_2, ., P(X_n+1=x|X_1=x_1, X_2=x_2, ., X_n=x_n) = P(X_n+1=x|X_n=x_n

6、). X_n=x_n) = P(X_n+1=x|X_n=x_n). 这里这里x x为过程中的某个状态。上面这个恒等式可为过程中的某个状态。上面这个恒等式可以被看作是以被看作是马尔可夫马尔可夫性质。性质。 MarkovMarkov随机过程随机过程具有如下的性质：在任意时刻，从具有如下的性质：在任意时刻，从当前状态转移到下一个状态的概率与当前状态之前当前状态转移到下一个状态的概率与当前状态之前的那些状态没有关系。所以，我们可以用一个状态的那些状态没有关系。所以，我们可以用一个状态转移概率矩阵来描述它。假设我们有转移概率矩阵来描述它。假设我们有n n个离散状态个离散状态S1, S2,SnS1, S2

7、,Sn，我们可以构造一个矩阵，我们可以构造一个矩阵A A，矩阵中的，矩阵中的元素元素aijaij表示从当前状态表示从当前状态SiSi下一时刻迁移到下一时刻迁移到SjSj状态状态的概率。的概率。Turbo Turbo 码码: :它巧妙地将两个简单分量码通过伪随机交它巧妙地将两个简单分量码通过伪随机交织器并行级联来构造具有伪随机特性的长码，其最大织器并行级联来构造具有伪随机特性的长码，其最大的特点在于它通过在编译码器中，交织器和解交织器的特点在于它通过在编译码器中，交织器和解交织器的使用，有效地实现随机性编译码的思想，通过短码的使用，有效地实现随机性编译码的思想，通过短码的有效结合实现长码，达到了

8、接近的有效结合实现长码，达到了接近ShannonShannon理论极限理论极限的性能。的性能。ViterbiViterbi算法：算法：给出一个观测序列给出一个观测序列o1,o2,o3 o1,o2,o3 ，我们，我们希望找到观测序列背后的隐藏状态序列希望找到观测序列背后的隐藏状态序列s1, s2, s1, s2, s3, s3, ；ViterbiViterbi正是这样一种由动态规划的方法来正是这样一种由动态规划的方法来寻找出现概率最大的隐藏状态序列（被称为寻找出现概率最大的隐藏状态序列（被称为ViterbiViterbi路径）的算法。路径）的算法。通过观察序列来猜测背后最有可能的隐藏序列。比如：

9、通过观察序列来猜测背后最有可能的隐藏序列。比如：在语音理解中在语音理解中, ,听觉信号被认为是观测事件的序列听觉信号被认为是观测事件的序列, ,文文字串被认为是字串被认为是“潜在的原因潜在的原因”。ViterbiViterbi算法能够找算法能够找到对应听觉信号的最可能文字序列到对应听觉信号的最可能文字序列 RCPTRCPT（Rate Compatible Punctured TurboRate Compatible Punctured Turbo）：码）：码率匹配截短率匹配截短TurboTurbo码码 码率匹配原则规定，所有高码率截短码的码元码率匹配原则规定，所有高码率截短码的码元皆应用于低码

10、率截短码之中，即高码率截短码包含皆应用于低码率截短码之中，即高码率截短码包含于低码率截短码。这样，当高码率截短码的码元纠于低码率截短码。这样，当高码率截短码的码元纠错能力不足以抵抗信道干扰时，发端将先前截掉的错能力不足以抵抗信道干扰时，发端将先前截掉的补充校验元发送给收端，并与高码率码结合形成纠补充校验元发送给收端，并与高码率码结合形成纠错能力更强的低码率吗。错能力更强的低码率吗。 RCPT（速率匹配凿孔（速率匹配凿孔Turbo码）由单一的码码）由单一的码速为速为1/M的的Turbo码构成，通过在不同位置的码构成，通过在不同位置的“凿凿孔孔”，可以形成一系列不同码速的，可以形成一系列不同码速的

11、Turbo码。这码。这些些Turbo码在实际使用中，只需要一个码速为码在实际使用中，只需要一个码速为1/M的的编码器和一个的的编码器和一个Turbo译码器。发送和接收端译码器。发送和接收端只需要共同检索一个凿孔表，这个表决定发送哪只需要共同检索一个凿孔表，这个表决定发送哪一些编码符号，接收端只需要在没有发送的位置一些编码符号，接收端只需要在没有发送的位置插入插入“0”即可。即可。图图3-283-28显示了显示了RCPTRCPT的结构，其中的凿孔矩阵表是比较重的结构，其中的凿孔矩阵表是比较重要的，发送端和接收端都要存储此表，以决定每种编码要的，发送端和接收端都要存储此表，以决定每种编码率对应的凿

12、孔矩阵形式，决定需要发送的分组大小。率对应的凿孔矩阵形式，决定需要发送的分组大小。 信源信源凿孔矩阵表凿孔矩阵表调制调制信宿信宿TurboTurbo编码编码衰落信道衰落信道和高斯白和高斯白噪声噪声解调解调TurboTurbo译码译码信道信息信道信息 图图3-28 RCPT3-28 RCPT的结构的结构 单一调制符号单一调制符号：设计非常简单直接，只用经过：设计非常简单直接，只用经过PSKPSK或或QAMQAM调制的单个符号来承载信令信息。例如，单个调调制的单个符号来承载信令信息。例如，单个调制符号在星座图上的制符号在星座图上的M M个可能状态分别代表自适应调个可能状态分别代表自适应调制中制中M

13、 M种候选调制方式，发射机收到反馈回的该信令种候选调制方式，发射机收到反馈回的该信令符号后，检测出下一次传输应该采用的调制方式。符号后，检测出下一次传输应该采用的调制方式。多数判决多数判决：将同样的信令信息传输多遍时，发射机：将同样的信令信息传输多遍时，发射机在接收到这些信令信息后进行多数判决，多次检测在接收到这些信令信息后进行多数判决，多次检测出错联合概率肯定比单一检测出错概率降低很多，出错联合概率肯定比单一检测出错概率降低很多，可以提高反馈信令的传输可靠性。可以提高反馈信令的传输可靠性。离散离散WalshWalsh码码：将信令的状态信息用：将信令的状态信息用WalshWalsh序列编码，序

14、列编码，对每个码元采用最低阶调制方式。长度为对每个码元采用最低阶调制方式。长度为n n比特的比特的WalshWalsh码码2 2n n种信令信息。（种信令信息。（WalshWalsh码来源于码来源于H H矩阵，根矩阵，根据据H H矩阵中矩阵中“1”1”和和“1”1”的交变次数重新排列就的交变次数重新排列就可以得到可以得到WalshWalsh矩阵，该矩阵中各行列之间是相互正矩阵，该矩阵中各行列之间是相互正交交(Mutual Orthogonal)(Mutual Orthogonal)的，可以保证使用它扩频的的，可以保证使用它扩频的信道也是互相正交的）信道也是互相正交的）非对称保护非对称保护：该设计根据信道质量的好坏，自适：该设计根据信道质量的好坏，自适应地选择不同的调制方式来传输反馈信令。根据应地选择不同的调制方式来传输反馈信令。根据信道质量的好坏选择高阶调制或者低阶调制方式。信道质量的好坏选择高阶调制或者低阶调制方式。 EDGE EDGE技术的核心就是链路自适应，技术的核心就是链路自适应