CN114679362A - 一种通信***多载波波形参数的自适应调节方法 - Google Patents

一种通信***多载波波形参数的自适应调节方法 Download PDF

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CN114679362A CN202210368097.6A CN202210368097A CN114679362A CN 114679362 A CN114679362 A CN 114679362A CN 202210368097 A CN202210368097 A CN 202210368097A CN 114679362 A CN114679362 A CN 114679362A
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伍沛然
夏明华
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Abstract

本发明针对现有技术的局限性，提出了一种通信***多载波波形参数的自适应调节方法，并对终端和基站端的收发机进行相应设计。终端对信道环境进行估计，通过上行控制信道反馈给基站，基站结合实际的通信环境及误码率、传输速率等指标的要求，对发射波形的参数，如CP、子载波间隔等进行相应调节，从而实现更为灵活的空口设计。

Description

一种通信***多载波波形参数的自适应调节方法
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，具体地，涉及一种通信***多载波波形参数的自适应调节方法。
背景技术
随着移动通信技术的持续高速发展，新的通信***不仅仅局限于具体的无线接入技术和网络传输技术，而是更注重未来可以预见的新兴的服务应用场景。通信***的应用场景与人们的日常行为活动息息相关，不同的场景下网络呈现出不同的特性。如住宅区和体育场等场所通常是人群密集的区域，网络会有大连接、大流量等特点；而在高铁等交通工具上则呈现高移动特性。不同的场景就带来了多样的业务需求和服务质量要求，这就对通信***的空口设计提出了更高的要求。而波形设计是空口设计中至关重要的一个环节，显然，对于目前和未来的通信***来说，单一固定的波形已经不能满足多变的应用场景和不同的通信质量要求。需要进行灵活的波形设计，在不同的应用场景中根据不同的服务质量要求设计不同的传输波形，从而实现最优的传输效果。
在传统的LTE***中，一些常用的链路自适应(Link Adaptation，LA)方案就是根据实际的信道条件去选择最合适的调制和编码方案(Modulation and Coding Scheme，MCS)，以此来满足不同信道环境下对数据传输速率的不同要求。
授权公告日为2020.03.17的中国发明专利：一种OFDM/OQAM***波形自适应设计方法中，首先通过引入波形匹配系数β，利用波形匹配准则建立波形时频域间隔与信道最大多径时延、最大多普勒频移的关系，再结合信干比SIR优化函数计算优化脉冲成型滤波器参数并生成滤波器参数加载表。然后将滤波器参数通过***接收端发送ACK反馈帧反馈给发送端，从而调整滤波器参数实现波形自适应。该专利旨在改善误码性能。该专利主要考虑了用户的服务质量需求，综合考虑了误码率和传输速率这两个因素；但在实际运用中，用户一般不会提出信干比的要求，而是会提出误码率以及所需传输速率的质量要求。因此还有一定的局限性。
发明内容
针对现有技术的局限，本发明提出一种通信***多载波波形参数的自适应调节方法，本发明采用的技术方案是：
一种通信***多载波波形参数的自适应调节方法，包括以下步骤：
S1，获取用户的服务质量需求以及由终端接收机反馈的信道环境信息；所述服务质量需求包括对误码率以及数据传输速率的要求；所述信道环境信息，包括信道的信噪比以及多普勒频移参数；
S2，从预设的、反映服务质量与波形参数控制因素以及波形参数相互关系的码本中，匹配出与所述信道环境信息最接近的一组波形参数控制因素；
S3，根据所述步骤S2匹配到的波形参数控制因素，从所述码本中匹配出符合所述服务质量需求的波形参数集；
S4，根据匹配到是波形参数集调节通信***基站收发机的波形参数。
相较于现有技术，本发明主要以***的误码率作为衡量指标，通过所提出的自适应波形参数调节方案，将波形参数控制因素、波形参数集、服务质量需求构建为一个可供查找的码本中，让基站可以根据码本查找符合当前信道环境和服务质量要求的波形参数，进而对传输波形的参数进行自适应调节；其实现了灵活配置基站在无线信道上向终端发送的传输波形的效果，在不同的移动速度下都能够满足用户的误码率需求，很好地抵御了多普勒频移对传输质量的影响，同时在不同的SNR下，也能够将误码率稳定在用户的目标值以下
作为一种可选方案，所述码本以包括信道的信噪比以及多普勒频移参数的波形参数控制因素记为数组CF{SNR(S),Doppler(D)}，作为所述码本中的第一列数据；以可调节的波形参数集记为数组N{Subcarrier Spacing(SC),CP length(CP)}，作为所述码本中的第一行数据；以包括误码率以及数据传输速率作为服务质量记为数组QoS{Bit Error Rate(B),Rate(R)}，作为所述码本中间的数据。
进一步的，在所述步骤S2中，与所述信道环境信息CF{SUE,DUE}最接近的波形参数控制因素旨在满足：
{SUE,DUE}≡{Si,Di}；
其中，i∈{1,…,n}，i是波形参数控制因素的下标，n为波形参数控制因素的组数量。
进一步的，在所述步骤S3中，符合所述服务质量需求QoS{BUE,RUE}的波形参数集Ni{SCi,CPi}，旨在满足以下服务质量需求：
Bi≤BUE；
Ri≥RUE；
其中，i∈{1,…,m}，i是波形参数集的下标，m为波形参数集数的组数量。
作为一种优选方案，若在所述步骤S3中匹配出了若干组符合所述服务质量需求的波形参数集；则根据具体应用场景对匹配出的波形参数集做进一步选择：
若具体应用场景更注重通信***的可靠性，则优先选择所述步骤S3匹配结果中误码率最低的波形参数集供所述步骤S4进行调节；
若具体应用场景更注重通信***的数据传输速率，则优先选择所述步骤S3匹配结果中数据传输速率最大的波形参数集供所述步骤S4进行调节。
作为一种优选方案，若在所述步骤S3中未能匹配出同时符合所述服务质量需求的波形参数集；则根据具体应用场景对匹配出的波形参数集做进一步选择：
若具体应用场景更注重通信***的可靠性，则优先筛选出符合误码率要求的波形参数集，再选择符合误码率要求的波形参数集中数据传输速率最大的波形参数集供所述步骤S4进行调节；
若具体应用场景更注重通信***的数据传输速率，则优先筛选出符合数据传输速率要求的波形参数集，再选择符合数据传输速率要求的波形参数集中误码率最小的波形参数集供所述步骤S4进行调节。
作为一种优选方案，若在所述步骤S3中未能匹配出符合所述服务质量需求的波形参数集；则根据具体应用场景对匹配出的波形参数集做进一步选择：
若具体应用场景更注重通信***的可靠性，则优先选择误码率最小的波形参数集供所述步骤S4进行调节；
若具体应用场景更注重通信***的数据传输速率，则优先选择数据传输速率要求最大的波形参数集供所述步骤S4进行调节。
本发明还提供以下内容：
一种通信***，包括终端收发机以及基站收发机，所述终端收发机以及基站收发机以前述的通信***多载波波形参数的自适应调节方法实现对所述基站收发机波形参数的自适应调节。
作为一种优选方案，所述基站收发机通过以下方式获得信道环境信息：
所述终端收发机对所述基站收发机发送的数据进行包括去除CP和傅里叶变换的操作后进行信道估计，得到包括信道的信噪比以及多普勒频移参数的信道环境信息，并在MAC层将所述信道环境信息映射到上行控制信道，进行编码和调制后进行添加CP和逆傅里叶变换的操作，生成反馈信号通过上行控制信道发送给基站收发机，为基站收发机进行波形参数的调节提供参考。
进一步的，所述基站收发机通过以下方式进行波形参数的自适应调节：
所述基站收发机接对来自所述终端收发机发送的信号进行去除CP和傅里叶变换的操作后，进行信道估计和信道均衡，解调出所述终端收发机反馈回来的信道环境信息，进行解码；将解码后的信道环境信息传输到MAC层，在MAC层执行所述通信***多载波波形参数的自适应调节方法中的步骤进行波形参数的自适应调节。
附图说明
图1为本发明实施例提供的通信***多载波波形参数的自适应调节方法的步骤示意图；
图2为本发明实施例中的码本示例；
图3为本发明实施例的通信***多载波波形参数的自适应调节方法的整体逻辑示意图；
图4为本发明实施例终端收发机对信道环境信息的获取与反馈过程示意图；
图5为本发明实施例基站收发机进行波形参数的自适应调节过程示意图；
图6为本发明实施例仿真实验中不同多普勒频移条件对自适应调节方案效果的影响结果；
图7为本发明实施例仿真实验中不同SNR对自适应调节方案效果的影响结果。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
应当明确，所描述的实施例仅仅是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请实施例保护的范围。
在本申请实施例使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请实施例。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。
为了解决现有技术的局限性，本实施例提供了一种技术方案，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
请参考图1，一种通信***多载波波形参数的自适应调节方法，包括以下步骤：
S1，获取用户的服务质量需求以及由终端接收机反馈的信道环境信息；所述服务质量需求包括对误码率以及数据传输速率的要求；所述信道环境信息，包括信道的信噪比以及多普勒频移参数；
S2，从预设的、反映服务质量与波形参数控制因素以及波形参数相互关系的码本中，匹配出与所述信道环境信息最接近的一组波形参数控制因素；
S3，根据所述步骤S2匹配到的波形参数控制因素，从所述码本中匹配出符合所述服务质量需求的波形参数集；
S4，根据匹配到是波形参数集调节通信***基站收发机的波形参数。
相较于现有技术，本发明主要以***的误码率作为衡量指标，通过所提出的自适应波形参数调节方案，将波形参数控制因素、波形参数集、服务质量需求构建为一个可供查找的码本中，让基站可以根据码本查找符合当前信道环境和服务质量要求的波形参数，进而对传输波形的参数进行自适应调节；其实现了灵活配置基站在无线信道上向终端发送的传输波形的效果，在不同的移动速度下都能够满足用户的误码率需求，很好地抵御了多普勒频移对传输质量的影响，同时在不同的SNR下，也能够将误码率稳定在用户的目标值以下。
具体的，可调节的波形参数包括波形的循环前缀(Cyclic Prefix,CP)和子载波间隔。
实施例2
请参阅图1，一种通信***多载波波形参数的自适应调节方法，包括以下步骤：
S1，获取用户的服务质量需求以及由终端接收机反馈的信道环境信息；所述服务质量需求包括对误码率以及数据传输速率的要求；所述信道环境信息，包括信道的信噪比以及多普勒频移参数；
S2，从预设的、反映服务质量与波形参数控制因素以及波形参数相互关系的码本中，匹配出与所述信道环境信息最接近的一组波形参数控制因素；
S3，根据所述步骤S2匹配到的波形参数控制因素，从所述码本中匹配出符合所述服务质量需求的波形参数集；
S4，根据匹配到是波形参数集调节通信***基站收发机的波形参数；
请参阅图2，所述码本以包括信道的信噪比以及多普勒频移参数的波形参数控制因素记为数组CF{SNR(S),Doppler(D)}，可以作为所述码本中的第一列数据；以可调节的波形参数集记为数组N{Subcarrier Spacing(SC),CP length(CP)}，可以作为所述码本中的第一行数据；以包括误码率以及数据传输速率作为服务质量记为数组QoS{Bit Error Rate(B),Rate(R)}，作为所述码本中间的数据。
进一步的，在所述步骤S2中，与所述信道环境信息CF{SUE,DUE}最接近的波形参数控制因素旨在满足：
{SUE,DUE}≡{Si,Di}；
其中，i∈{1,…,n}，i是波形参数控制因素的下标，n为波形参数控制因素的组数量。
进一步的，在所述步骤S3中，符合所述服务质量需求QoS{BUE,RUE}的波形参数集Ni{SCi,CPi}，旨在满足以下服务质量需求：
Bi≤BUE；
Ri≥RUE；
其中，i∈{1,…,m}，i是波形参数集的下标，m为波形参数集数的组数量。
接下来请参阅图3：
作为一种优选实施例，若在所述步骤S3中匹配出了若干组符合所述服务质量需求的波形参数集；则根据具体应用场景对匹配出的波形参数集做进一步选择：
若具体应用场景更注重通信***的可靠性，则优先选择所述步骤S3匹配结果中误码率最低的波形参数集供所述步骤S4进行调节；
若具体应用场景更注重通信***的数据传输速率，则优先选择所述步骤S3匹配结果中数据传输速率最大的波形参数集供所述步骤S4进行调节。
作为一种优选实施例，若在所述步骤S3中未能匹配出同时符合所述服务质量需求的波形参数集；则根据具体应用场景对匹配出的波形参数集做进一步选择：
若具体应用场景更注重通信***的可靠性，则优先筛选出符合误码率要求的波形参数集，再选择符合误码率要求的波形参数集中数据传输速率最大的波形参数集供所述步骤S4进行调节；
若具体应用场景更注重通信***的数据传输速率，则优先筛选出符合数据传输速率要求的波形参数集，再选择符合数据传输速率要求的波形参数集中误码率最小的波形参数集供所述步骤S4进行调节。
作为一种优选实施例，若在所述步骤S3中未能匹配出符合所述服务质量需求的波形参数集；则根据具体应用场景对匹配出的波形参数集做进一步选择：
若具体应用场景更注重通信***的可靠性，则优先选择误码率最小的波形参数集供所述步骤S4进行调节；
若具体应用场景更注重通信***的数据传输速率，则优先选择数据传输速率要求最大的波形参数集供所述步骤S4进行调节。
实施例3
一种通信***，包括终端收发机以及基站收发机，所述终端收发机以及基站收发机以实施例1或2的通信***多载波波形参数的自适应调节方法实现对所述基站收发机波形参数的自适应调节。
作为一种优选实施例，所述基站收发机通过以下方式获得信道环境信息：
请参阅图4，所述终端收发机对所述基站收发机发送的数据进行包括去除CP和傅里叶变换的操作后进行信道估计，得到包括信道的信噪比以及多普勒频移参数的信道环境信息，并在MAC层将所述信道环境信息映射到上行控制信道，进行编码和调制后进行添加CP和逆傅里叶变换的操作，生成反馈信号通过上行控制信道发送给基站收发机，为基站收发机进行波形参数的调节提供参考。
进一步的，所述基站收发机通过以下方式进行波形参数的自适应调节：
请参阅图5，所述基站收发机接对来自所述终端收发机发送的信号进行去除CP和傅里叶变换的操作后，进行信道估计和信道均衡，解调出所述终端收发机反馈回来的信道环境信息，进行解码；将解码后的信道环境信息传输到MAC层，在MAC层执行所述通信***多载波波形参数的自适应调节方法中的步骤进行波形参数的自适应调节。
在仿真实验中，传输波形为OFDM，调制方式为QPSK，FFT的点数为1024，子载波间隔为15kHz。请参阅图6，将信噪比SNR固定为10dB，改变用户终端的移动速度，即改变多普勒频移的数值，对比没有波形参数自适应调节方案的通信***和实施了波形参数自适应调节方案的通信***的误码率BER。从图中的仿真结果可以看出，当终端的移动速度越大，多普勒频移越大时，没有波形参数自适应调节方案的通信***的BER会相应增大，而实施了波形参数自适应调节方案的通信***的BER则没有受到很大的影响。整体上看，没有波形参数自适应调节方案的通信***的BER波动较大，通信质量极大地受到了终端移动速度的影响，而实施了波形参数自适应调节方案的通信***的BER基本维持在10-3上下，较为稳定，不会过多地受到终端移动速度的影响。同时，没有波形参数自适应调节方案的通信***的BER也要高于实施了波形参数自适应调节方案的通信***的BER。因此波形参数自适应调节的方案不仅可以提高通信***的通信质量，还可以让***更好抵御终端快速移动所带来的多普勒频移。
参考图7，将多普勒频移固定为150Hz，改变SNR的大小，对比没有波形参数自适应调节方案的通信***和实施了波形参数自适应调节方案的通信***的BER。从图中的仿真结果可以看出，没有波形参数自适应调节方案的通信***的BER要高于实施了波形参数自适应调节方案的通信***的BER。同时，SNR越小，没有波形参数自适应调节方案的通信***的BER越高，通信质量越差，而实施了波形参数自适应调节方案的通信***的BER所受影响较小，基本维持在10-4上下，较为稳定，不会过多地受SNR变化的影响。因此波形参数自适应调节的方案不仅可以提高通信***的通信质量，还可以让***在不同的信道环境下都能够维持较高的通信质量。
本实施例针对不同的场景需求及服务质量需求，提出了一种波形参数自适应调节的方案，基于OFDM基带的处理流程设计了相应的终端收发机和基站收发机端。终端对信道环境进行估计，通过上行控制信道将波形参数控制因素反馈给基站，基站结合实际的通信环境及误码率、传输速率等指标的要求，对发射波形的参数，如CP、子载波间隔等进行相应调节，从而实现更为灵活的空口设计。仿真结果验证了该方案的有效性，具有较强的工程实施意义。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种通信***多载波波形参数的自适应调节方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，获取用户的服务质量需求以及由终端接收机反馈的信道环境信息；所述服务质量需求包括对误码率以及数据传输速率的要求；所述信道环境信息，包括信道的信噪比以及多普勒频移参数；
S2，从预设的、反映服务质量与波形参数控制因素以及波形参数相互关系的码本中，匹配出与所述信道环境信息最接近的一组波形参数控制因素；
S3，根据所述步骤S2匹配到的波形参数控制因素，从所述码本中匹配出符合所述服务质量需求的波形参数集；
S4，根据匹配到是波形参数集调节通信***基站收发机的波形参数。
2.根据权利要求1所述的通信***多载波波形参数的自适应调节方法，其特征在于，所述码本以包括信道的信噪比以及多普勒频移参数的波形参数控制因素记为数组CF{SNR(S)，Doppler(D)}，作为所述码本中的第一列数据；以可调节的波形参数集记为数组N{Subcarrier Spacing(SC)，CP length(CP)}，作为所述码本中的第一行数据；以包括误码率以及数据传输速率作为服务质量记为数组QoS{Bit Error Rate(B)，Rate(R)}，作为所述码本中间的数据。
3.根据权利要求2所述的通信***多载波波形参数的自适应调节方法，其特征在于，在所述步骤S2中，与所述信道环境信息CF{SUE，DUE}最接近的波形参数控制因素旨在满足：
{SUE，DUE}≡{Si，Di}；
其中，i∈{1，…，n}，i是波形参数控制因素的下标，n为波形参数控制因素的组数量。
4.根据权利要求2所述的通信***多载波波形参数的自适应调节方法，其特征在于，在所述步骤S3中，符合所述服务质量需求QoS{BUE，RUE}的波形参数集Ni{SCi，CPi}，旨在满足以下服务质量需求：
Bi≤BUE；
Ri≥RUE；
其中，i∈{1，...，m}，i是波形参数集的下标，m为波形参数集数的组数量。
5.根据权利要求1所述的通信***多载波波形参数的自适应调节方法，其特征在于，若在所述步骤S3中匹配出了若干组符合所述服务质量需求的波形参数集；则根据具体应用场景对匹配出的波形参数集做进一步选择：
若具体应用场景更注重通信***的可靠性，则优先选择所述步骤S3匹配结果中误码率最低的波形参数集供所述步骤S4进行调节；
若具体应用场景更注重通信***的数据传输速率，则优先选择所述步骤S3匹配结果中数据传输速率最大的波形参数集供所述步骤S4进行调节。
6.根据权利要求1所述的通信***多载波波形参数的自适应调节方法，其特征在于，若在所述步骤S3中未能匹配出同时符合所述服务质量需求的波形参数集；则根据具体应用场景对匹配出的波形参数集做进一步选择：
若具体应用场景更注重通信***的可靠性，则优先筛选出符合误码率要求的波形参数集，再选择符合误码率要求的波形参数集中数据传输速率最大的波形参数集供所述步骤S4进行调节；
若具体应用场景更注重通信***的数据传输速率，则优先筛选出符合数据传输速率要求的波形参数集，再选择符合数据传输速率要求的波形参数集中误码率最小的波形参数集供所述步骤S4进行调节。
7.根据权利要求1所述的通信***多载波波形参数的自适应调节方法，其特征在于，若在所述步骤S3中未能匹配出符合所述服务质量需求的波形参数集；则根据具体应用场景对匹配出的波形参数集做进一步选择：
若具体应用场景更注重通信***的可靠性，则优先选择误码率最小的波形参数集供所述步骤S4进行调节；
若具体应用场景更注重通信***的数据传输速率，则优先选择数据传输速率要求最大的波形参数集供所述步骤S4进行调节。
8.一种通信***，包括终端收发机以及基站收发机，其特征在于，所述终端收发机以及基站收发机以权利要求1至7所述的通信***多载波波形参数的自适应调节方法实现对所述基站收发机波形参数的自适应调节。
9.根据权利要求8所述的通信***，其特征在于，所述基站收发机通过以下方式获得信道环境信息：
所述终端收发机对所述基站收发机发送的数据进行包括去除CP和傅里叶变换的操作后进行信道估计，得到包括信道的信噪比以及多普勒频移参数的信道环境信息，并在MAC层将所述信道环境信息映射到上行控制信道，进行编码和调制后进行添加CP和逆傅里叶变换的操作，生成反馈信号通过上行控制信道发送给基站收发机，为基站收发机进行波形参数的调节提供参考。
10.根据权利要求9所述的通信***，其特征在于，所述基站收发机通过以下方式进行波形参数的自适应调节：
所述基站收发机接对来自所述终端收发机发送的信号进行去除CP和傅里叶变换的操作后，进行信道估计和信道均衡，解调出所述终端收发机反馈回来的信道环境信息，进行解码；将解码后的信道环境信息传输到MAC层，在MAC层执行所述通信***多载波波形参数的自适应调节方法中的步骤进行波形参数的自适应调节。
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