高速移动环境下的自适应分层调制及业务复用传输方法技术

本发明专利技术实施例提供了一种高速移动环境中的自适应分层调制及业务复用传输方法。该方法包括：接收端将估计的信道状态信息发送给发送端，发送端通过所述信道状态信息计算得到当前时隙的信噪比的条件概率分布函数；对高速铁路场景采用鲁棒性分层调制方案，基于当前时隙的信噪比，得到每个比特位的平均误码率表达式；基于鲁棒性分层调制方案对多业务进行调度分配，根据接收的信噪比和调制参数进行比特位分配，得到最优调制传输策略切换表；执行自适应调制传输方案，在最优调制传输策略表中选取与当前信道状态信息对应的最优调制传输策略；发送端按照最优调制传输策略发送数据。本发明专利技术可实现自适应、高效的传输，能够提高移动通信系统性能。

Adaptive hierarchical modulation and service multiplexing transmission in high-speed mobile environment

The embodiment of the invention provides an adaptive layered modulation and service multiplexing transmission method in a high-speed mobile environment. The method includes: the receiver sends the estimated channel state information to the sender, and the sender calculates the conditional probability distribution function of the signal-to-noise ratio of the current slot through the channel state information; the high-speed railway scenario is robustly layered modulation scheme, and each bit is obtained based on the current slot signal-to-noise ratio. Average bit error rate (BER) expression; scheduling allocation of multi-service based on robust layered modulation scheme, bit allocation based on received SNR and modulation parameters, and the optimal modulation transmission strategy switching table are obtained; adaptive modulation transmission scheme is implemented, and the current channel state information is selected from the optimal modulation transmission strategy table. The optimal modulation transmission strategy corresponding to interest is transmitted; the transmitter sends data according to the optimal modulation transmission strategy. The invention can realize adaptive and efficient transmission, and can improve the performance of the mobile communication system.

【技术实现步骤摘要】
高速移动环境下的自适应分层调制及业务复用传输方法
本专利技术涉及无线通信
，尤其涉及一种高速移动环境下的自适应分层调制及业务复用传输方法。
技术介绍
分层调制是根据多种业务的不同服务质量要求，将信道状态量化为不同信道质量的等级，每一个信道量化等级对应于某个特定的业务服务质量需求。一般质量好的信道量化等级对应的业务服务质量较高，质量差的信道量化等级对应的业务服务质量较低。自适应分层调制可以根据信道估计获取的信道状态信息(CSI)，通过合理的功率分配、子载波分配等，可以使系统承载的多项业务的权重速率和得到极大的提高。现有技术中的一种自适应调制传输方法为：发射机根据接收机瞬时信道质量状况和目前资源选择最合适的下行链路调制和编码方式，使接收机达到尽量高的数据吞吐率。上述现有技术中的自适应调制传输方法的缺点为：当无线发射机在高速移动的状态下(如高速铁路移动通信系统)，发射机难以获得准确的CSI的。原因来源于两方面：首先，接收机受到信道估计误差、量化误差、反馈误差等因素的影响，难以进行准确的信道估计；其次，高速移动信道的时变特征更为明显，接收机将信道估计信息反馈给发射机的反馈时延会导致CSI信息过期，无法获得准确的CSI将导致发射机无法选择合适的发射功率和调制方式等参数，那么移动通信系统的频谱效率和业务的权重和速率将受到显著的影响。因此，有必要设计一种适用于高速移动环境下的自适应分层调制传输方案，在保证不同业务的不同误比特率要求的前提下，提高多业务传输的频谱效率或权重速率和。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了一种高速移动环境中的自适应分层调制及业务复用传输方法，以解决上述
技术介绍
中的问题。为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案：本专利技术的实施例提供的一种高速移动环境下的自适应分层调制及业务复用传输方法，其特征在于，包括：接收端将估计的信道状态信息发送给发送端，所述发送端通过所述信道状态信息计算得到当前时隙的信噪比的条件概率分布函数；对高速铁路场景采用鲁棒性分层调制方案，基于所述当前时隙的信噪比，得到每个比特位的平均误码率表达式；基于所述鲁棒性分层调制方案对多业务进行调度分配，根据接收的信噪比和调制参数进行比特位分配，得到最优调制传输策略切换表；执行自适应调制传输方案，在所述最优调制传输策略表中选取与当前信道状态信息对应的最优调制传输策略；所述发送端根据所述最优调制传输策略，将当前数据进行发送。优选地，所述的接收端将估计的信道状态信息发送给发送端，所述发送端通过所述信道状态信息计算得到当前时隙的信噪比的条件概率分布函数，包括：在所述接收端设置信道估计器，利用所述信道估计器持续地对信道进行估计，并通过反馈链路将估计的信道状态信息发送给发送端；所述发送端基于接收的所述信道状态信息以及时隙相关系数进行计算，得出当前时隙的信噪比的条件概率分布函数。优选地，所述的在接收端设置信道估计器，利用所述信道估计器持续地对信道进行估计，并通过反馈链路将估计的信道状态信息发送给发送端，包括：所述接收端的信道估计器向发射端反馈估计到的信道增益为：其中，反馈时延为τ；设所述发送端与所述接收端之间的多径信道为平坦、快时变信道，则每一径信道参数的实部和虚部均服从均值为0、方差为相互独立的复高斯随机过程，即：其中，i＝0,1,…,N-1表示符号索引；间隔为τ的所述信道状态信息h[i]与的关系表示如下：其中，为接收端的完美信道估计，ρ[τ]为与h[i]之间的瞬时相关系数，w[i]为链路反馈时间段内由快衰落信道的时变特性引起的信道增益变量，w[i]独立于且采用克拉克模型，ρ[τ]可以表示为：J0(2πfDτ)，J0(·)为第一类零阶贝萨尔函数，fD为最大多普勒频移。优选地，所述的发送端基于接收的所述信道状态信息以及时隙相关系数进行计算，得出当前时隙的信噪比的条件概率分布函数，包括：所述信道状态信息h[i]服从独立同分布的瑞利分布，将式(1)中的i移除，得到两个时隙相关系数：ρ[τ]和且满足：以ρ[τ]和为条件，定义变量V，且满足：V服从自由度为2的非中心卡方分布，其中，非中心化参数为：则V的条件概率分布函数为：定义为平均传输功率，接收端的噪声是均值为0、方差为的复加性高斯白噪声，将信道进行归一化处理，得：E[|h|2]＝1，则所述接收端接收到的平均信噪比为：接收到的第i个符号的信噪比表示为：已知所述接收端的信道估计器通过反馈链路向所述发射端发送估计到的信道增益用于对信号的自适应调制方案进行选择，则有：由可得γ的条件概率为：其中，I0为修正的第一类零阶贝塞尔函数；对于瑞利信道，的概率密度函数为：优选地，所述的对高速铁路场景采用鲁棒性分层调制方案，基于所述当前时隙的信噪比，得到每个比特位的平均误码率表达式，包括：对高速铁路场景适用的鲁棒性分层调制方案，采用广义的格雷映射的4/16分层调制星座图，包括：I路和Q路，多层I路和多层Q路分别形成4个星座点的4-QAM高优先级和16个星座点的16-QAM第二优先级，欧式变量和分别表示I路和Q路的第一优先级，欧式距离和分别表示I路和Q路的第二优先级，I路和Q路的分层水平表示为：I1,I2，…,IY和Q1,Q2，…,QZ，I1和IY分别为I路的最高比特位和最低比特位，Q1和QZ分别为Q路的最高比特位和最低比特位，Y和Z分别表示I路和Q路层数的最大值；I路的欧式距离向量dI和Q路的欧式距离向量dQ定义为：设则表示最小欧式距离，对应的调制参数定义为：传输符号的能量表示为：其中，为一个临时变量；对于AWGN信道，N0为AWGN信道的噪声功率谱密度，则接收信噪比表示为：I路第y位比特的误码率BER表示为：Q路第y位比特的误码率BER表示为：4-QAM的I路比特位的误码率BER表达式为：4-QAM的Q路比特位的误码率BER表达式为：其中，8-QAM的I路比特位的误码率BER表达式为：8-QAM的Q路最低比特位的误码率BER表达式为：8-QAM的Q路最高比特位的误码率BER表达式为：其中，64QAM的I路最低比特位的误码率BER表达式为：64QAM的I路第二比特位的误码率BER表达式为64QAM的I路最高比特位的误码率BER表达式为：64QAM的Q路最低比特位的误码率BER表达式为：64QAM的Q路第二比特位的误码率BER表达式为：64QAM的Q路最高比特位的误码率BER表达式为：在高速铁路场景下，基于的分层4-QAM的I路误比特率表示为：erfc(·)采用两个指数函数的和来近似得出：其中，a1＝1/6，b1＝-1，a2＝1/2，b2＝-3/4，m是的标量参数。将公式(25)代入到公式(24)中，重新构造为：其中，基于的分层4-QAM的Q路误比特率表示为：对于分层调制8-QAM，基于的误比特率表达式如下所示：对于分层调制64-QAM，基于的误比特率表达式如下所示：同理，64-QAM的Q路误码率BER表达式只需将64-QAM中I路BER表达式中的α1替换为β1，α2替换为β2，α3替换为1。优选地，所述的基于所述鲁棒性分层调制方案对多业务进行调度分配，根据接收的信噪比和调制参数进行比特位分配，得到最优调制传输策略切换表，包括：设有不同误比特率要求的三类业务：业务-Ι，业务-Π，业务-ΠΙ，目标BER的关系为：将M-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高速移动环境下的自适应分层调制及业务复用传输方法，其特征在于，包括：接收端将估计的信道状态信息发送给发送端，所述发送端通过所述信道状态信息计算得到当前时隙的信噪比的条件概率分布函数；对高速铁路场景采用鲁棒性分层调制方案，基于所述当前时隙的信噪比，得到每个比特位的平均误码率表达式；基于所述鲁棒性分层调制方案对多业务进行调度分配，根据接收的信噪比和调制参数进行比特位分配，得到最优调制传输策略切换表；执行自适应调制传输方案，在所述最优调制传输策略表中选取与当前信道状态信息对应的最优调制传输策略；所述发送端根据所述最优调制传输策略，将当前数据进行发送。

【技术特征摘要】
1.一种高速移动环境下的自适应分层调制及业务复用传输方法，其特征在于，包括：接收端将估计的信道状态信息发送给发送端，所述发送端通过所述信道状态信息计算得到当前时隙的信噪比的条件概率分布函数；对高速铁路场景采用鲁棒性分层调制方案，基于所述当前时隙的信噪比，得到每个比特位的平均误码率表达式；基于所述鲁棒性分层调制方案对多业务进行调度分配，根据接收的信噪比和调制参数进行比特位分配，得到最优调制传输策略切换表；执行自适应调制传输方案，在所述最优调制传输策略表中选取与当前信道状态信息对应的最优调制传输策略；所述发送端根据所述最优调制传输策略，将当前数据进行发送。2.根据权利要求1所述的高速移动环境下的自适应分层调制及业务复用传输方法，其特征在于，所述的接收端将估计的信道状态信息发送给发送端，所述发送端通过所述信道状态信息计算得到当前时隙的信噪比的条件概率分布函数，包括：在所述接收端设置信道估计器，利用所述信道估计器持续地对信道进行估计，并通过反馈链路将估计的信道状态信息发送给发送端；所述发送端基于接收的所述信道状态信息以及时隙相关系数进行计算，得出当前时隙的信噪比的条件概率分布函数。3.根据权利要求2所述的高速移动环境下的自适应分层调制及业务复用传输方法，其特征在于，所述的在接收端设置信道估计器，利用所述信道估计器持续地对信道进行估计，并通过反馈链路将估计的信道状态信息发送给发送端，包括：所述接收端的信道估计器向发射端反馈估计到的信道增益为：其中，反馈时延为τ；设所述发送端与所述接收端之间的多径信道为平坦、快时变信道，则每一径信道参数的实部和虚部均服从均值为0、方差为相互独立的复高斯随机过程，即：其中，i＝0,1,…,N-1表示符号索引；间隔为τ的所述信道状态信息h[i]与的关系表示如下：其中，为接收端的完美信道估计，ρ[τ]为与h[i]之间的瞬时相关系数，w[i]为链路反馈时间段内由快衰落信道的时变特性引起的信道增益变量，w[i]独立于且采用克拉克模型，ρ[τ]可以表示为：J0(2πfDτ)，J0(·)为第一类零阶贝萨尔函数，fD为最大多普勒频移。4.根据权利要求2所述的高速移动环境下的自适应分层调制及业务复用传输方法，其特征在于，所述的发送端基于接收的所述信道状态信息以及时隙相关系数进行计算，得出当前时隙的信噪比的条件概率分布函数，包括：所述信道状态信息h[i]服从独立同分布的瑞利分布，将式(1)中的i移除，得到两个时隙相关系数：ρ[τ]和且满足：以ρ[τ]和为条件，定义变量V，且满足：V服从自由度为2的非中心卡方分布，其中，非中心化参数为：则V的条件概率分布函数为：定义为平均传输功率，接收端的噪声是均值为0、方差为的复加性高斯白噪声，将信道进行归一化处理，得：E[|h|2]＝1，则所述接收端接收到的平均信噪比为：接收到的第i个符号的信噪比表示为：已知所述接收端的信道估计器通过反馈链路向所述发射端发送估计到的信道增益用于对信号的自适应调制方案进行选择，则有：由可得γ的条件概率为：其中，I0为修正的第一类零阶贝塞尔函数；对于瑞利信道，的概率密度函数为：。5.根据权利要求1所述的高速移动环境下的自适应分层调制及业务复用传输方法，其特征在于，所述的对高速铁路场景采用鲁棒性分层调制方案，基于所述当前时隙的信噪比，得到每个比特位的平均误码率表达式，包括：对高速铁路场景适用的鲁棒性分层调制方案，采用广义的格雷映射的4/16分层调制星座图，包括：I路和Q路，多层I路和多层Q路分别形成4个星座点的4-QAM高优先级和16个星座点的16-QAM第二优先级，欧式变量和分别表示I路和Q路的第一优先级，欧式距离和分别表示I路和Q路的第二优先级，I路和Q路的分层水平表示为：I1,I2，…,IY和Q1,Q...

【专利技术属性】
技术研发人员：林思雨，高乾，郭晓兵，冯楠，朱刚，吴宇，李元轩，高媛，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京,11