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自适应LDPC调制编码的切换门限调整算法L.doc

自适应LDPC调制编码的切换门限调整算法L

幸福三比二
2017-10-16 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《自适应LDPC调制编码的切换门限调整算法Ldoc》,可适用于IT/计算机领域

自适应LDPC调制编码的切换门限调整算法L第卷第A期通信学报VolNoA年月JournalonCommunicationsAugust自适应LDPC调制编码的切换门限调整算法贾民丽~何遵文~匡镜明,费泽松(北京理工大学信息科学技术学院北京)摘要:基于IEEEe标准设计了一种采用低密度奇偶校验(LDPC)码的自适应调制编码(AMC)策略。在分析了信道质量估计误差(CQEE)对所选调制编码方案(MCS)吞吐量性能影响的基础上提出一种MCS切换门限调整算法并通过计算机仿真、搜索得到了优化切换门限值。仿真结果表明采用优化切换门限的AMC方案能有效地降低CQEE引起的吞吐量损失。关键词:IEEEe自适应调制编码信道质量估计误差低密度奇偶校验码中图分类号:TN文献标识码:A文章编号:X()ASwitchingthresholdadjustmentalgorithmofLDPCcodedadaptivemodulationandcodingJIAMinli,HEZunwen,KUANGJingming,FEIZesong(SchoolofInformationScienceandTechnology,BeijingInstituteofTechnology,Beijing,China)Abstract:AccordingtoIEEEestandard,anadaptivemodulationandcoding(AMC)schemewithlowdensityparitycheck(LDPC)codewasproposedTheimpactofchannelqualityestimationerrors(CQEE)onthethroughputperformanceofspecifiedmodulationandcodingschemes(MCS)wasanalyzedFurthermore,anenhancedMCSswitchingthresholdadjustmentalgorithmwaspresented,andtheoptimizedswitchingthresholdswereachievedbycomputersimulationandsearchingSimulationresultsshowthatthepresentedAMCschemeadoptingoptimizedswitchingthresholdscanefficientlydecreasethethroughputlosscausedbyCQEEKeywords:IEEEeadaptivemodulationandcodingchannelqualityestimationerrorlowdensityparitycheckcode落、随机时变的信道信道状态信息(CSIchannel引言stateinformation)会不断变化当信道条件较好时现代无线通信技术的飞速发展以及人们对无线仍然按照最坏的情况选择MCS则限制了系统的传数据业务需求的快速增长要求未来通信系统尽可输速率和容量。针对这种情况学者们提出了自适能地提高频谱效率以充分利用宝贵的无线频谱资应调制编码技术(AMCadaptivemodulationand,源。在传统无线通信系统中一般采用相对固定的coding)。AMC技术的原理是在系统限制的范调制和信道编码方式并且系统设计往往按照最坏围内根据CSI自适应的调整调制与编码方式在的情况选择调制编码方案(MCSmodulationand满足业务质量要求的前提下最大限度地提高传输codingscheme)。但是无线传输信道是一个多径衰速率。AMC以其智能化的传输机制、高效的频谱收稿日期:基金项目:国家自然科学基金资助项目()FoundationItem:TheNationalNaturalScienceFoundationofChina()通信学报第卷,(单位为:)(),,,()lnPRMbitsHz,利用率得到了业界的广泛关注并成为目前和未来F无线通信系统的关键技术之一。RM其中为误帧率为LDPC编码的码率为PF微波存取全球互通(WiMAXworldwideintero调制星座图上信号点的个数。例如当采用QAMperabilityformicrowaveaccess)是基于无线城域网,和码率时能达到的最大吞吐量为bitsHz,IEEE标准的宽带无线技术可以在固定和移(当)而采用QPSK和码率时最大P,F动的环境提供高速的数据、语音和视频等业务其中,吞吐量为(当)。P,bitsHz,F,。在IEEEe为移动宽带无线接入标准图给出了在AWGN信道理想信道质量估e标准的物理层规范中定义了若干种可选的编计(即没有信道质量估计误差的情况)下表中码和调制方式可供采用链路自适应技术时选用。本种MCS的吞吐量性能表给出了该条件下根据文基于IEEEe标准采用标准中的低密度奇偶吞吐量最大准则所得到的MCS的切换点(SP)值。校验(LDPClowdensityparitycheck)码设计了一表种参考MCS方案种适用于WiMAX系统的AMC策略着重研究了信LDPC码的LDPC码的LDPC码的调制方式道质量估计误差(CQEEchannelqualityestimationMCS标号码长信息比特数码率error)对所选MCS吞吐量性能的影响并提出了一MCSQPSK种改进的自适应MCS切换门限调整算法以降低MCSQPSKCQEE带来的吞吐量损失。MCSQPSKMCSQAMAMC系统模型MCSQAM图为AMC的原理框图为简化起见本文MCSQAM仅考虑单个用户的情况。AMC技术的本质是根据MCSQAM信道质量估计值选择合适的MCS方案信道质量MCSQAM状况由接收机反馈获得。当信道质量较好时可采用高阶调制和高码率的信道编码以提高传输速率和频谱利用率当信道质量较差时采用抗噪声和干扰鲁棒性较强的低阶调制和低码率的信道编码。在IEEEe标准中LDPC码成为前向纠错码的候选方案并且标准中给出了码率分别为的LDPC码的校验矩阵基本结构。另外在IEEEe标准中可选用的调制方式包括QPSK、QAM和QAM种。表给出了本文所采用的种备选的MCS方案。图理想信道质量估计时种MCS的吞吐量性能表AMC策略种MCS的切换点值SPSPSPSPSPSPSP切换点切换点值(dB)AMC技术是以无线信道质量状况的估计值为图自适应调制编码模型依据自适应调整传输方案中的各项参数。因此信道质量估计的准确性与实时性直接影响AMC的AMC中选择MCS的准则是根据信道质量状性能。实际系统中由于测量误差、反向信道延迟、况自适应选择吞吐量最大的MCS此处采用单位频信令误差等因素都会引起信道质量估计的误差从带上的吞吐量作为衡量指标其定义如下第A期贾民丽等:自适应LDPC编码调制的切换门限调整算法而影响MCS选择的准确性。本文假设信道质量估法对新的切换门限进行搜索。假设共有N个切换点(i=,,„N)当信道质量估计误差的方差为aSP的正态计误差值服从对数域上均值为方差为,ie时新的切换点变为表示新SPSPMM',>,分布。另外定义相对方差a来表示不同的信道iiii<的切换点在原有切换点的右侧M表示新的切质量估计误差值并用于下面的仿真和分析其中i换点在原有切换点的左侧。算法规定在M这个区,为信道加性高斯白噪声的方差ih域不进行MCS切换操作。本文采用下面的搜索算()a,,,eh法对第k个切换点的M进行搜索。k信道质量估计误差对AMC性能的影响以)初始化MM=(=,,„,N)。ik,iii及改进方案)开始搜索搜索步进为Mstep,dBk信道质量估计误差对AMC性能的影响,计算每个所对应的相对平均吞吐量损失MRlosskAMC的典型切换策略是基于固定门限的虽SPSP,kk,其定义见式()。的搜索范围满足Mk然可以根据不同业务的QoS需求设定不同的固定切换点但其切换点的门限值与信道类型、信道质SPSP,kk且dBM(,,,)MkN,,k量估计误差等密切相关。由于无线传播环境的复杂SPSP,SPSP,性实际上很难实时地确定信道类型和信道质量NN,和。dBMN从而导致性能下降。,)选择为最小值时所对应的M作为图通过链路仿真定量评估了不同信道质量估Rlossk最优的目标值。搜索停止。计误差(a=,,)对吞吐量性能的影响。图标“noSNRmaxCQEE”指在理想信道质量估计下的仿真结果。很(d())d,,,pftrueSNR,SNRmin,,,SNRmaxRloss明显信道质量估计误差对吞吐量有较大的负面影(d())dpf,,,estSNR,SNRmin响导致了一定的吞吐量损失而且信道质量估计SNRmax(d())dpf,,,trueSNR,误差越大(即a越大)吞吐量损失越大。如图所SNRmin,,()SNRSNRmaxmax((()d())d())dpfdpf示当时AMC方案的吞吐量接近理想估计a,estSNR,,,,,,,,SNRSNRminmin的情况而随着a增大吞吐量下降明显。例如其中为信道质量pfd(),是信道质量分布的概,SNRa在ENdB,时当=,时吞吐量分别降s率密度函数和分别表示可能的最小SNRSNRmaxmin低了大约和。另外在每个MCS工作区,和最大信道质量值,,()和为有信道质量估estest间当引入信道质量估计误差时吞吐量成下降趋,计误差下吞吐量的估计瞬时值和平均值为true势而且在切换点附近降低到最低点这是由两方无信道质量估计误差下吞吐量的瞬时值表示,面原因造成的。一方面当信道真实质量接近但低信道质量估计误差其概率密度函数为服pdf(),于切换门限时由于CQEE引起的信道质量估计值,从均值为方差为的正态分布。表给出了不e高于切换门限值导致AMC错误选择较高阶的MSPSPM',同a值下搜索得到的值根据可iiiiMCS该MCS的误帧率较高从而吞吐量值很低以得到新的切换门限值。另一方面当信道质量真实值高于切换门限而信道质量估计值低于切换门限值时导致AMC错误选择较低阶的MCS也会引起吞吐量的损失。其中前者的影响较大且在切换点附近出现的概率达到最大值因此导致吞吐量损失最大。MCS切换门限自适应调整算法针对上述问题设计了一种改进优化方案,自适应MCS调整切换门限方案。该方案不再采用理想信道质量估计下的原有切换点而是根据信道质量自适应的调整每个切换门限以降低信道质量估计误差导致的吞吐量损失可采用计算机搜索的方图不同信道质量估计误差下AMC的吞吐量性能通信学报第卷表搜索得到的最优M值i结束语M(dB)MMMMMMMia,本文基于IEEEe标准设计了一种a,AMC方案并且分析了信道质量估计误差对其吞吐a,量性能的影响。在此基础上提出了一种MCS切换门限调整算法根据信道质量状况自适应的调整仿真结果MCS切换门限从而有效地降低了信道质量估计误差引起的吞吐量损失。下一步工作将基于实际的信对采用优化MCS切换门限的改进AMC方案进道质量估计误差模型来分析AMC的性能。行了仿真并与原有的固定MCS切换门限的方案进行了比较。图给出了改进的AMC方案在有信参考文献:道质量估计误差的情况时吞吐量的性能。由图中可GPPTRPhysicallayeraspectsofUTRAHighSpeedDown以看出改进方案的吞吐量性能有明显改善(与图linkPacketAccess(Release),VS比较)。图定量比较了原有方案和改进方案的GPPTRPhysicallayeraspectsofUTRAHighSpeedDownlinkPacketAccess(Release),VS,相对平均吞吐量损失。如图所示a越大Rloss唐雄燕,李建宇张辉等宽带无线接入技术及应用WiMAX与,越大这说明信道质量估计误差越大吞吐RlossWiFiM电子工业出版社年月,量损失越多。另外改进方案的比原有方案RlossTANGXY,LIJY,ZHANGH,etalBroadbandWirelessAccessTechniqueandApplicationWiMAXandWiFiMPublishingHouse的小例如当a=采用改进方案时的损失ofElectronicsIndustry分别由减少为和由减少为曾春亮,张宁王旭莹等WiMAX原理与应用M机械工这说明改进方案能有效降低信道质量估计误差带业出版社年月来的吞吐量损失。ZENGCL,ZHANGN,WANGXY,etalPrinciplesandApplicationsofWiMAXMChinaMachinePressOctDraftIEEEStandardforlocalandmetropolitanareanetworksPart:AirInterfaceforFixedandMobileBroadbandWirelessAccessSystemsIEEEPeDSOctober,FRENGERP,PARKVALLS,DAHLMANEPerformancecomparisonofHARQwithchasecombiningandincrementalredundancyforHSDPAAProceedingofVehicularTechnologyConference(VTCFall)CRhodes,Greece,作者简介:贾民丽()女山东淄博人北京理工大学博士生主要研究方向为信图采用优化MCS切换门限的AMC吞吐量性能道编码、编码调制、链路自适应等。何遵文()男湖北潜江人北京理工大学副教授主要研究方向为数字移动通信。(下转第页)图不同AMC策略的相对平均吞吐量损失性能

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