一种多径干扰的自适应ofdm算法

一种多径干扰的自适应ofdm算法

0自适应ofd正交频分复制技术（usi）可以尽可能消除符号之间的干扰（i），但信号在传输过程中不会受到多次波形干扰。但是多径传输引起频率选择性衰落，此时OFDM的每个子信道的频率响应是互不相同的，如果调制方式固定，为了保证系统的误码率性能，只能根据衰减最大的子信道来决定比特和功率的分配，这是一个很大的浪费。因此，有必要引入自适应OFDM的概念，使得OFDM的每个子载波都能根据信道特性动态地变化选择调制方式和功率分配，得到最好的匹配信道容量。对于自适应OFDM技术，己经有很多研究者在这方面作了贡献。如：Chow，Czylwik,Fischer等将自适应QAM和OFDM结合起来，设计了自适应OFDM调制解调器，但遗憾的是上述几种算法都需要大量的循环运算来确定信噪比门限，影响通信速率。基于此，文中在Chow算法的基础上，提出一种新的自适应OFDM算法，该算法计算量较小，简单实用。1信号分配策略在一般的OFDM系统中，为了使IFFT和FFT信号功率保持不变，对FFT作如下的定义：图1为文中所采用的自适应OFDM系统框图，在接收端对信道参量做出估计，根据估计的信道结果得出比特及功率的分配策略；收端将该分配信息反馈给发送端，则发端据此信息进行自适应比特及功率发送。系统对输入比特按分配信息作串并变换映射成复信号，输入的比特决定各子信道星座图的规模。接收端根据分配信息作相应解调恢复出发送来的信息。2凸函数kp该自适应OFDM算法是根据各个子信道的信道容量来分配比特的，优化准则是在保证给定的误比特率和信息速率下，使总发送功率最小。给定N个单调递增的凸函数kp(b)，代表一定误码率情况下在子载波k上传送b个比特所需的功率。按照优化准则，使∑Nk=1pk(bk)最小，限制条件为∑Nk=1bk=B。其中bk∈Z,bk≥0,k=1,2,N，定义kb为子载波k上传输的比特数，本算法将kb的取值限制为0,1,2,4,6和8，它们分别对应于采用不发送信息、BPSK、QPSK、16QAM、64QAM和256QAM六种调制方式。2.1基于不同调制方案所需的snr门限该算法在初始阶段就利用已有的信道信息对比特分配方案做出初步估计，这样可以减少后续逼近算法的收敛次数，从而大大降低整个算法的计算复杂度。也就是在初始化程序中预先确定采用不同调制方案所需的SNR门限。如BER=10-3时，对子载波k,SNR(k)<5时，发送机停止发送；5<SNR(k)<8时选择BPSK,8<SNR(k)<12时选择QPSK,12<SNR(k)<18时选择16QAM。如表1所示。2.2信号实行方式二：功率增量表(1）初始化。(1)计算子信道的信噪比SNR(i)，按照SNR(i)的大小对第i个子信道分配比特b(i)，即ˆb(i)=log2(1+SNR(i)),然后bˆ(i)取整付给b(i)；(2)限制b(i)取值，即本算法可采用的调制级数，如0,1,2,4,6,8；(3)根据分配给每个子信道的比特数，来初始化第i个子信道上所分配的功率，即(2）功率的自适应控制。为每个子信道建立一个功率增量表，为∆pi(b)=pi(b)-pi(b-1)=2b-1/SNR。功率增量表的作用是为多传输的比特数提供功率，如第i个子信道传输比特数从0增到1，或从1增到2等。但应注意两点：(1)本系统最多传输8bit，所以需要在传输比特数从8到9时设定一个无穷大的功率；(2)子信道上只能传输0,1,2,4,6,8个比特，不允许传输3,5,7个比特，解决这个问题笔者在功率增量表上采用平均的技术，程序为：程序运行结果使得功率增量表的第一、二行数据不动，第三行等于第四行，第五行等于第六行，第七行等于第八行。由此实现了在各个子信道中不传输3,5,7个比特的功能。(3）比特的自适应分配。输入信号b：初始化比特分配；B：每个OFDM帧中传输的总比特数。输出信号b：优化后的比特分配。3无线信道时域分析文中采用具有多径衰落的无线信道模型。图2给出了一个存在3条多径，载波频率为60GHz，信道带宽为20MHz，移动速度为50km/h的无线信道的时域和频域响应。3.1模拟参数的配置在整个仿真过程中，参数一直不变，如表2所示。3.2自适应功率分配参数给定以后，在信道状况完全已知的假设下进行仿真。传统OFDM的比特和功率分配如图3所示，此时64个子载波同时采用16QAM调制方式，每个子载波携带4个码元，对应的子载波利用率BPS(BitsperSubcarrier）为4。由图3可见，传输比特数相同的各个子载波所分配到的功率一样，同时为了保证系统的误码率性能，只能根据衰减最大的子信道来决定功率的分配，这很浪费。图4为2BPS和4BPS情况下的OFDM系统的误码率曲线。OFDM的自适应比特、功率分配如图5所示，此时总的传输比特数为320，对应的子载波利用率BPS=5。可以看到那些信道增益较小的子载波分配到的比特数非常少，几个信道质量特别差的子载波甚至不传输任何比特，信道增益大的子载波分配到的比特数则较多；自适应功率分配使得传输比特数相同的各个子载波所分配到的功率不一样，信道增益大的子载波所用的功率较小，增益小的子载波则需要较大的功率，与图3相比总发送功率变小。图6给出了自适应OFDM与传统OFDM的误码率曲线。由图6可见，在相同信噪比情况下，2BPS的传统OFDM系统误码率高于2BPS的自适应OFDM系统，4BPS的传统OFDM系统误码率高于4BPS的自适应OFDM系统。4传输最优比特文中提出的自适应OFDM算法与已有算法相比，计算量小，比较实用。该算法从实际情况出发，规定了各子信道在每符号周期所允许携带的