本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及快時(shí)變信道下非數(shù)據(jù)輔助的誤差矢量幅度自適應(yīng)調(diào)制方法。

背景技術(shù)：

通信終端高速移動(dòng)使無線信道呈現(xiàn)出快時(shí)變特性，造成通信系統(tǒng)的頻譜利用率急劇下降，甚至不能正常通信。自適應(yīng)調(diào)制具有增強(qiáng)傳輸可靠性并提高頻譜利用率的特點(diǎn)，是解決該問題的有效途徑。自適應(yīng)調(diào)制的基本思想是在接收端對信道質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估，將估計(jì)結(jié)果反饋回發(fā)送端，發(fā)送端據(jù)此調(diào)整發(fā)送數(shù)據(jù)的調(diào)制階數(shù)；其關(guān)鍵問題為如何確定準(zhǔn)確反映信道實(shí)時(shí)變化的物理量并設(shè)計(jì)適配信道質(zhì)量的調(diào)制階數(shù)選擇機(jī)制。傳統(tǒng)自適應(yīng)調(diào)制常選用接收符號(hào)的信噪比(snr，signaltonoiseratio)反映信道質(zhì)量，采用固定間隔的前導(dǎo)或?qū)ьl作為輔助數(shù)據(jù)完成snr的估計(jì)，發(fā)端將預(yù)期的誤碼率換算為對應(yīng)的snr完成調(diào)制階數(shù)的選擇。這類自適應(yīng)調(diào)制簡稱為snr-am(signaltonoiseratiobased-adaptivemodulation)，具有準(zhǔn)確性高和算法復(fù)雜度低等優(yōu)點(diǎn)，研究領(lǐng)域集中于最佳信噪比門限的確定，調(diào)制方式、編碼方式、發(fā)送功率等參數(shù)對頻譜利用率的影響和調(diào)制階數(shù)選擇策略的優(yōu)化。上述方法可有效保證時(shí)不變信道或慢時(shí)變信道下系統(tǒng)的頻譜利用率，但應(yīng)用于快時(shí)變信道時(shí)仍存在以下問題：1)固定時(shí)間間隔統(tǒng)計(jì)的snr不能實(shí)時(shí)并準(zhǔn)確的反映信道變化，引起調(diào)制階數(shù)選擇錯(cuò)誤；2)為保證snr統(tǒng)計(jì)精度，需要大量使用輔助數(shù)據(jù)，降低了頻譜利用率；3)需要頻繁調(diào)整發(fā)射功率補(bǔ)償信道衰落帶來的snr損失，頻繁的功率調(diào)整會(huì)引起同信道干擾，影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。因此，研究快時(shí)變信道下的自適應(yīng)調(diào)制具有重要的理論價(jià)值和工程意義。

誤差矢量幅度(evm，errorvectormagnitude)定義為接收符號(hào)星座點(diǎn)與發(fā)送符號(hào)星座點(diǎn)誤差的均方根，可以直接、快速反映信道變化對數(shù)據(jù)接收產(chǎn)生的誤差，是反映信道質(zhì)量的重要特征參量。目前將evm應(yīng)用于自適應(yīng)調(diào)制的研究尚處于起步階段，有限的研究集中于da-evm-am(dataaidederrorvectormagnitudebased-adaptivemodulation)的仿真模擬?，F(xiàn)有文獻(xiàn)證明了在誤碼率約束下的自適應(yīng)調(diào)制中，da-evm的調(diào)整閾值較snr有更好的有效性，有些文獻(xiàn)提出利用“接收星座的離散程度(evm)與傳輸速率的關(guān)系”提高時(shí)變信道下傳輸速率選擇的準(zhǔn)確性，還有些文獻(xiàn)證明da-evm-am在stbc-ofdm(space-timeblockcodedorthogonalfrequencydivisionmultiplexing)系統(tǒng)中較snr-am有更好的頻譜利用率。然而da-evm-am依然無法解決大量使用輔助數(shù)據(jù)導(dǎo)致頻譜利用率降低的問題，更重要的是上述文獻(xiàn)均沒有給出有效的工程實(shí)現(xiàn)方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供快時(shí)變信道下非數(shù)據(jù)輔助的誤差矢量幅度的自適應(yīng)調(diào)制方法，提高信道質(zhì)量評(píng)估與調(diào)制階數(shù)選擇的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，提高頻譜利用率。

快時(shí)變信道下非數(shù)據(jù)輔助的誤差矢量幅度自適應(yīng)調(diào)制方法，包括以下步驟：

s1：設(shè)置自適應(yīng)調(diào)制的調(diào)制階數(shù)為m1＝q(1)，即采用qam進(jìn)行調(diào)制，其中mn＝q(n)∈{2²ⁿ，n＝1，2，...，m}表示調(diào)制階數(shù)；

s2：接收端估算信道的相干時(shí)間tc，確定單位符號(hào)的發(fā)送時(shí)間為tsymbol，按照統(tǒng)計(jì)相干時(shí)間內(nèi)發(fā)送的符號(hào)數(shù)n；

s3：根據(jù)當(dāng)前調(diào)制階數(shù)的數(shù)據(jù)符號(hào)計(jì)算出所有調(diào)制階數(shù)的nda-evm值，即ξ[q(n)]＝{ξ[4],ξ[16],ξ[64]…ξ[mn]}；

s4：計(jì)算當(dāng)前信道下各調(diào)制階數(shù)的nda-evm對應(yīng)的誤碼率，即：

η(ξ[q(n)])＝{η(ξ[4]),η(ξ[16]),η(ξ[64]),…η(ξ[mn])}；

s5：在指定berth的條件下，根據(jù)相干時(shí)間tc包含的n個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)中保持不變的原則選出mn作為當(dāng)前最優(yōu)調(diào)制階數(shù)，返回步驟s2，執(zhí)行下一輪的調(diào)制階數(shù)調(diào)整。

優(yōu)選地，所述步驟s3中，

其中，μji,r＝-si,r+αrsj,r，函數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的概率密度函數(shù)，α為瞬時(shí)信道增益，σn為高斯噪聲的標(biāo)準(zhǔn)差，為高斯噪聲的方差，si,r為發(fā)送符號(hào)的實(shí)部，αr為相干時(shí)間內(nèi)的信道增益的實(shí)部。

優(yōu)選地，所述步驟s4中，mqam的誤碼率為：

將瞬時(shí)信道增益α消去，即可得到nda-evm和ber之間的關(guān)系：

η(ξ[q(n)])＝f(ξ[q(n)],q(n))。

優(yōu)選地，所述步驟s5中，選擇當(dāng)前最優(yōu)調(diào)制階數(shù)的方法為：

其中，berth表示系統(tǒng)預(yù)期的誤碼率。

由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明提供的快時(shí)變信道下非數(shù)據(jù)輔助的誤差矢量幅度自適應(yīng)調(diào)制方法，給出了nda-evm在快時(shí)變信道下的計(jì)算模型，推導(dǎo)了不同調(diào)制階數(shù)下nda-evm與誤碼率的關(guān)系，并據(jù)此設(shè)計(jì)了mqam調(diào)制階數(shù)選擇機(jī)制。以3gppr4-050388和ts25.104定義的高鐵通信的兩個(gè)快時(shí)變信道場景為例，數(shù)值仿真表明：與snr-am和da-evm-am相比，nda-evm-am可提高信道質(zhì)量評(píng)估與調(diào)制階數(shù)選擇的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，進(jìn)而提升系統(tǒng)的頻譜利用率，最高可提升0.82bit/s/hz和0.53bit/s/hz。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。在所有附圖中，類似的元件或部分一般由類似的附圖標(biāo)記標(biāo)識(shí)。附圖中，各元件或部分并不一定按照實(shí)際的比例繪制。

圖1為nda-evm的自適應(yīng)調(diào)制系統(tǒng)模型。

圖2為nda-evm-am調(diào)制階數(shù)選擇原理圖。

圖3為大多普勒頻移場景下的信道頻譜利用率。

圖4為多普勒頻移快速變化的場景。

圖5為多普勒頻移快速變化場景下的信道頻譜利用率。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，因此只作為示例，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。需要注意的是，除非另有說明，本申請使用的技術(shù)術(shù)語或者科學(xué)術(shù)語應(yīng)當(dāng)為本發(fā)明所屬領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的通常意義。

evm可以利用輔助數(shù)據(jù)計(jì)算(da-evm,dataaided-errorvectormagnitude)，也可以不利用輔助數(shù)據(jù)，直接用數(shù)據(jù)符號(hào)計(jì)算(nda-evm,nondataaided-errorvectormagnitude)?，F(xiàn)實(shí)的通信中也多為非數(shù)據(jù)輔助接收，nda-evm不受輔助數(shù)據(jù)間隔的影響，有利于頻譜利用率的提高，更適合于實(shí)際的通信場景。據(jù)此本專利提出一種基于nda-evm的自適應(yīng)調(diào)制算法(nda-evm-am)，給出了nda-evm在快時(shí)變信道下的計(jì)算模型，推導(dǎo)了不同調(diào)制階數(shù)下nda-evm與誤碼率的關(guān)系，并據(jù)此設(shè)計(jì)了mqam調(diào)制階數(shù)選擇機(jī)制。以3gppr4-050388和ts25.104定義的高鐵通信的兩個(gè)快時(shí)變信道場景為例，數(shù)值仿真表明：與snr-am和da-evm-am相比，nda-evm-am可提高信道質(zhì)量評(píng)估與調(diào)制階數(shù)選擇的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，進(jìn)而提升系統(tǒng)的頻譜利用率，最高可提升0.82bit/s/hz和0.53bit/s/hz。

1、nda-evm-am的系統(tǒng)模型及算法框架。

圖1給出了nda-evm-am的系統(tǒng)模型，分為發(fā)送星座成型模塊、時(shí)變信道模塊、解調(diào)模塊、nda-evm計(jì)算模塊和調(diào)制階數(shù)選擇模塊，其中nda-evm計(jì)算和調(diào)制階數(shù)選擇模塊為本專利研究的重點(diǎn)。如圖1所示，發(fā)射機(jī)以恒定發(fā)送功率發(fā)送mqam符號(hào)，調(diào)制階數(shù)表示為m0＝q(0)＝0，mn＝q(n)∈{2²ⁿ，n＝1，2，...，m}。發(fā)送端信息流d[i]的初始調(diào)制階數(shù)為m1＝q(1)，經(jīng)過調(diào)制和星座成型后得到符號(hào)x[i]，調(diào)制符號(hào)經(jīng)過時(shí)變信道中的衰落和加性噪聲的污染到達(dá)接收端，假設(shè)相位偏移可以被完美估計(jì)，接收端得到的符號(hào)可表示為

y[i]＝α[i]x[i]+n[i](1)

其中，α[i]為瞬時(shí)信道增益，噪聲n[i]服從期望為0，方差為的正態(tài)高斯分布，記為接收端高速移動(dòng)引起的快時(shí)變信道，可視為時(shí)間選擇性—頻率非選擇性瑞利衰落,瞬時(shí)信道增益由一階自回歸過程建模得到

其中c是相關(guān)參數(shù)，0＜c≤1，c越小表明信道變化越快，當(dāng)c＝1時(shí)信道退化為準(zhǔn)靜態(tài)衰落信道。w[i]是復(fù)高斯隨機(jī)過程，均值為0，其功率譜密度由路徑損耗和陰影衰落確定，記為

nda-evm計(jì)算模塊根據(jù)接收符號(hào)y[i]計(jì)算當(dāng)前調(diào)制階數(shù)為q(1)時(shí)數(shù)據(jù)符號(hào)的nda-evm值ξ[q(1)]，并根據(jù)nda-evm計(jì)算模型推算相同信道環(huán)境下若發(fā)送調(diào)制階數(shù)為q(n),(n＝2,…m)的數(shù)據(jù)符號(hào)對應(yīng)的evm值ξ[q(n)]。在nda-evm計(jì)算模塊獲得當(dāng)前信道條件下所有調(diào)制階數(shù)的nda-evm值后，根據(jù)nda-evm和ber之間的關(guān)系，計(jì)算出對應(yīng)的誤碼率η(ξ[q(n)])，并將其輸入調(diào)制階數(shù)選擇模塊。

nda-evm-am調(diào)制階數(shù)選擇模塊以式(2)作為調(diào)制階數(shù)選擇的依據(jù)，其基本思想是根據(jù)所有候選調(diào)制階數(shù)的nda-evm，選擇滿足預(yù)期誤碼率約束的最大調(diào)制階數(shù)。

其中，berth表示系統(tǒng)預(yù)期的誤碼率。調(diào)制階數(shù)選擇模塊選擇最優(yōu)的調(diào)制階數(shù)mn，計(jì)算相干時(shí)間tc，確定以相同調(diào)制階數(shù)發(fā)送的符號(hào)個(gè)數(shù)直到下一次階數(shù)調(diào)整。

2、nda-evm計(jì)算模型

首先建立nda-evm在時(shí)變信道下的計(jì)算模型，并推導(dǎo)nda-evm與ber的關(guān)系。da-evm的計(jì)算需要確知收/發(fā)符號(hào)的對應(yīng)關(guān)系，nda-evm的計(jì)算則無須確知收/發(fā)符號(hào)的對應(yīng)關(guān)系，可通過接收符號(hào)星座點(diǎn)y[i]與通過最大似然準(zhǔn)則估計(jì)出的發(fā)送符號(hào)星座點(diǎn)的誤差求取，可表示為

其中，p0為恒定的發(fā)射功率，設(shè)p0＝1。發(fā)送符號(hào)si為mn＝q(n)階的mqam符號(hào)，可表示為

si＝(2i-k)b+j(2m-k)b,i,m＝0,1,…k；(4)

其中，b是歸一化幅度，因?yàn)閙qam符號(hào)實(shí)部和虛部具有對稱性，下文僅考慮實(shí)部用下標(biāo)r表示，且省略收/發(fā)符號(hào)的索引號(hào)i，式(3)可簡化為

化簡式(5)需要得到接收符號(hào)在信道增益α下的概率函數(shù)。瞬時(shí)信道增益相關(guān)參數(shù)c可由jakes自相關(guān)模型得到，即c＝j(luò)0(2πfdtsymbol)，j0為第一類零階貝塞爾函數(shù)，fd為多普勒頻移。相干時(shí)間內(nèi)的信道增益的實(shí)部αr可近似為其算術(shù)平均：

相干時(shí)間內(nèi)，瞬時(shí)信道增益α可視為定值且由此可得接收符號(hào)yr的條件概率密度函數(shù)為

其中，在最大似然準(zhǔn)則下，由接收符號(hào)yr估計(jì)出發(fā)送符號(hào)為的概率為

設(shè)發(fā)送符號(hào)是等概率出現(xiàn)，p(xr＝sj,r)＝1/(1+k)。利用條件概率和式(7)可得

其中，di,r為發(fā)送符號(hào)si,r的判決域

將式(7)，式(8)代入式(5)，可以得到：

其中，μji,r＝-si,r+αrsj,r。至此式(10)給出了時(shí)變信道下各調(diào)制階數(shù)nda-evm的計(jì)算辦法。由式(10)可知：接收端無須發(fā)送端發(fā)送所有調(diào)制階數(shù)的數(shù)據(jù)符號(hào)，就可以推算出所有調(diào)制階數(shù)的數(shù)據(jù)符號(hào)在同一信道下的nda-evm。

當(dāng)?shù)玫絥da-evm計(jì)算模型后，還需確定nda-evm對應(yīng)的誤碼率，才能建立調(diào)制階數(shù)選擇的理論依據(jù)。由于在相干時(shí)間內(nèi)，和α固定，等效于awgn信道，平均信噪比為可得mqam的誤碼率為

將瞬時(shí)信道增益α消去，即可得到nda-evm和ber之間的關(guān)系

η(ξ[q(n)])＝f(ξ[q(n)],q(n))(13)

上述隱式方程理論上給出了nda-evm和ber的關(guān)系，在無需獲知瞬時(shí)信道增益的條件下，由已知任意一方參數(shù)即可給出另一方在當(dāng)前信道下的準(zhǔn)確值；然而該隱式方程非線性很強(qiáng)，只能給出數(shù)值解。

該部分給出了時(shí)變信道下mqam符號(hào)的nda-evm的計(jì)算方法，式(10)給出了信道變化時(shí)對應(yīng)的nda-evm的解析式，該式不僅適合于加性高斯白噪聲信道(對應(yīng)與瞬時(shí)信道增益α＝1的退化情況)nda-evm的計(jì)算，也可作為任意衰落信道下計(jì)算nda-evm的通式。發(fā)送端發(fā)送任意調(diào)制階數(shù)的數(shù)據(jù)符號(hào)，根據(jù)式(10)就可以得出所有調(diào)制階數(shù)的nda-evm，再根據(jù)式(13)就可以得出所有調(diào)制階數(shù)在當(dāng)前信道下的誤碼性能，這種特性可以在nda-evm-am中隨時(shí)獲取當(dāng)前信道下所有調(diào)制階數(shù)的誤碼性能，一次性調(diào)整到與信道條件適配的調(diào)制階數(shù)，提高了階數(shù)選擇的正確率和階數(shù)調(diào)整的實(shí)時(shí)性，而這種特性是傳統(tǒng)的snr-am不具備的。

3、nda-evm-am調(diào)制階數(shù)選擇機(jī)制

式(2)給出了nda-evm-am調(diào)制階數(shù)選擇機(jī)制的核心思想，一次完整的調(diào)制階數(shù)選擇包含3個(gè)部分：1)根據(jù)時(shí)變信道的相干時(shí)間確定以相同調(diào)制階數(shù)發(fā)送的符號(hào)個(gè)數(shù)2)根據(jù)nda-evm計(jì)算模型，即式(10)，得到當(dāng)前數(shù)據(jù)符號(hào)evm值，并推算出所有調(diào)制階數(shù)的數(shù)據(jù)符號(hào)對應(yīng)的誤碼率，即式(13)；3)在系統(tǒng)誤碼率限制下選擇出最優(yōu)調(diào)制階數(shù)，即式(2)，并在n個(gè)符號(hào)內(nèi)保持不變。

圖2給出的nda-evm-am調(diào)制階數(shù)選擇機(jī)制，可以依據(jù)相干時(shí)間調(diào)整保持調(diào)制階數(shù)的符號(hào)數(shù)，并保證信道的評(píng)估和調(diào)制階數(shù)的調(diào)整在相干時(shí)間內(nèi)完成，尤其在信道變化劇烈的情況下(大多普勒頻移和普勒頻移快速變化的信道)，nda-evm-am的性能優(yōu)勢就越發(fā)明顯。另外，nda-evm-am調(diào)制階數(shù)選擇機(jī)制利用了nda-evm不依賴輔助數(shù)據(jù)特性，克服了傳統(tǒng)自適應(yīng)調(diào)制中固定間隔的輔助數(shù)據(jù)導(dǎo)致頻譜利用率降低的缺點(diǎn)?？蓺w納成為：

s1:設(shè)置自適應(yīng)調(diào)制的調(diào)制階數(shù)為m1＝q(1)＝qam；

s2:接收端估算信道的相干時(shí)間tc，確定單位符號(hào)的發(fā)送時(shí)間為tsymbol，按照統(tǒng)計(jì)相干時(shí)間內(nèi)發(fā)送的符號(hào)數(shù)n；

s3:根據(jù)式(9)由當(dāng)前調(diào)制階數(shù)的數(shù)據(jù)符號(hào)計(jì)算出所有調(diào)制階數(shù)的nda-evm值，ξ[q(n)]＝{ξ[4],ξ[16],ξ[64]…ξ[mn]}；

s4:根據(jù)式(12)得出當(dāng)前信道下各調(diào)制階數(shù)的nda-evm對應(yīng)的誤碼率，η(ξ[q(n)])＝{η(ξ[4]),η(ξ[16]),η(ξ[64]),…η(ξ[mn])}；

s5:在指定berth的條件下，根據(jù)式(2)選出作為當(dāng)前最優(yōu)調(diào)制階數(shù)，該調(diào)制階數(shù)在相干時(shí)間tc包含的n個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)中保持不變，由此完成一次調(diào)制階數(shù)的調(diào)整。重復(fù)步驟s2，完成新一輪的調(diào)制階數(shù)調(diào)整。

值得注意的是，如果在步驟s5中η(ξ[q(1)])＞berth，即最低調(diào)制階數(shù)qam對應(yīng)的誤碼率仍然不能滿足要求，則中斷相干時(shí)間tc的數(shù)據(jù)發(fā)送(notx,notransmission)，即m0＝q(0)，直到重復(fù)上述流程開始新的調(diào)制階數(shù)調(diào)整。

在快時(shí)變衰落信道下，nda-evm自適應(yīng)調(diào)制的頻譜利用率是各調(diào)制階數(shù)的速率按其出現(xiàn)的概率進(jìn)行加權(quán)的和：

其中，mn＝q(n)∈{2²ⁿ，n＝1，...j，...，m}。

至此，根據(jù)式(10)給出的快時(shí)變信道下各調(diào)制階數(shù)nda-evm計(jì)算模型和式(13)給出的nda-evm與ber的關(guān)系，設(shè)計(jì)了nda-evm-am調(diào)制階數(shù)選擇機(jī)制，給出了快時(shí)變信道下自適應(yīng)調(diào)制的工程可實(shí)現(xiàn)方案。

4、nda-evm-am在快時(shí)變信道下的測試與性能分析

選取3gppr4-050388和3gppts25.104協(xié)議定義的高鐵通信的兩種快時(shí)變信道場景進(jìn)行仿真驗(yàn)證。它們分別是大多普勒頻移下的快時(shí)變信道和多普勒頻移快速變化的快時(shí)變信道，仿真參數(shù)設(shè)定見表1。對比算法為恒定功率下snr-am算法和da-evm-am。對比算法中的輔助數(shù)據(jù)為前導(dǎo)，包含5個(gè)確知的數(shù)據(jù)符號(hào)，兩個(gè)前導(dǎo)之間為隨機(jī)的數(shù)據(jù)符號(hào)。

表1仿真參數(shù)表

5、大多普勒頻移下的快時(shí)變信道

大多普勒頻移下的快時(shí)變信道場景選取為3gppr4-050388定義的itu-va高鐵信道，其抽頭數(shù)為2，信道類型為b類，多普勒頻移fd分別為400hz和800hz(對應(yīng)的移動(dòng)速率為180km/h和360km/h)。圖3和表2給出了三種算法在上述快時(shí)變信道下的頻譜利用率和調(diào)制階數(shù)選擇的正確率。

表2三種算法在大多普勒場景下的調(diào)制階數(shù)選擇的正確率

由圖3可知：當(dāng)fd＝400hz時(shí)，三種算法在低信噪比區(qū)的頻譜利用率幾乎相等；但在中、高信噪比區(qū)，本實(shí)施例算法的頻譜利用率高于對比算法，其差值隨信噪比增加不斷增大。這是由于nda-evm對時(shí)變信道質(zhì)量評(píng)估的準(zhǔn)確性高，并且信噪比的增加有利于nda-evm估計(jì)精度的提高。由表2可知：當(dāng)fd＝400hz時(shí)，三種算法的調(diào)制階數(shù)選擇的正確率隨信噪比的增加而增加；特別是在高信噪比區(qū)，正確率的提升最高，分別達(dá)到了5％和13％，這與圖3反映的結(jié)論相吻合。

同理，當(dāng)fd＝800hz時(shí)，本實(shí)施例算法的頻譜利用率高于對比算法；與fd＝400hz的信道比較，本實(shí)施例算法較對比算法在頻譜利用率上的提高更明顯。這是由于相較于fd＝400hz的場景，前者信道的相干時(shí)間更短，遠(yuǎn)小于對比算法中輔助數(shù)據(jù)的固定間隔，導(dǎo)致對比算法對信道質(zhì)量的評(píng)估失真。例如，在fd＝400hz的場景下，本實(shí)施例算法的頻譜利用率最高可達(dá)5.62bit/s/hz，較da-evm-am和snr-am最大提升了0.46bit/s/hz和0.69bit/s/hz。而在fd＝800hz的場景下，最大提升了0.53bit/s/hz和0.82bit/s/hz。同理，表2中對應(yīng)場景下的調(diào)制選擇的正確率的差異也反映出多普勒頻移越大本實(shí)施例算法較對比算法性能差異越大這一趨勢。由此說明nda-evm對快時(shí)變信道的信道質(zhì)量評(píng)估更為準(zhǔn)確，本實(shí)施例算法有著更高的頻譜利用率。

6、多普勒頻移快速變化的快時(shí)變信道

采用3gppts25.104定義的高鐵穿越基站時(shí)，多普勒頻移快速變化的場景作為測試的快時(shí)變信道場景，多普勒頻移變化周期分別為t＝40s和20s，如圖4所示，其余信道參數(shù)見表2。圖5和表3反映了三種算法在上述快時(shí)變信道下的頻譜利用率和調(diào)制階數(shù)選擇的正確率。

表3三種算法在多普勒快速變化場景下的調(diào)制階數(shù)選擇的正確率

由圖5可知：兩種信道場景下，三種算法的頻譜利用率均隨信噪比增加而增加，但本實(shí)施例算法增幅更為明顯。這是由于三種算法的調(diào)制階數(shù)選擇機(jī)制均受信噪比影響，而對比算法除此影響因素外，輔助數(shù)據(jù)固定的時(shí)間間隔還降低了階數(shù)調(diào)整的準(zhǔn)確性。由表3可知：這種性能的差異也可以由調(diào)制階數(shù)選擇的正確率體現(xiàn)出來，例如在t＝40s的場景下，本實(shí)施例算法有最大頻譜利用率5.41bit/s/hz，與對比算法的差異在高信噪比區(qū)也達(dá)到最大，分別為3％和6％。

在同一信噪比區(qū)時(shí)(特別是中、高信噪比區(qū))，當(dāng)多普勒頻移變化周期減小時(shí)(t＝20s)，本實(shí)施例算法與對比算法頻譜利用率的差異變大。由圖5可以看出最大差異分別達(dá)到0.51bit/s/hz和0.81bit/s/hz；表3也驗(yàn)證了該特征，本實(shí)施例算法與對比算法在調(diào)制階數(shù)選擇正確率的差值在t＝20s的場景下也達(dá)到最大，分別為7％和13％。這是由于在相干時(shí)間變化越頻繁的信道中(t＝20s)，階數(shù)的調(diào)整也越頻繁，輔助數(shù)據(jù)的固定間隔導(dǎo)致了調(diào)整的實(shí)時(shí)性降低，調(diào)整的階數(shù)與當(dāng)前信道狀況失配，頻譜利用率不高。而本實(shí)施例算法保證了相干時(shí)間內(nèi)完成信道質(zhì)量評(píng)估和階數(shù)調(diào)整，在階數(shù)選擇的實(shí)時(shí)性方面要高于對比算法，所以在多普勒頻移變化的快時(shí)變信道下，本實(shí)施例算法階數(shù)調(diào)整的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性更好，有更高的頻譜利用率。

針對快時(shí)變信道中無線通信系統(tǒng)頻譜利用率低的問題，本專利提出了一種基于nda-evm的自適應(yīng)調(diào)制算法。算法建立了時(shí)變信道下nda-evm的計(jì)算模型，推導(dǎo)了任意調(diào)制階數(shù)的nda-evm與誤碼率的關(guān)系，設(shè)計(jì)了按相干時(shí)間分配調(diào)制符號(hào)的自適應(yīng)調(diào)制階數(shù)的選擇機(jī)制的工程可實(shí)現(xiàn)方案。以高鐵通信的快時(shí)變信道場景為例，數(shù)值仿真表明：1)nda-evm-am能有效解決快時(shí)變信道下頻譜利用率低的問題，兩種快時(shí)變信道場景下的頻譜利用率最高達(dá)5.62bit/s/hz和5.41bit/s/hz；2)nda-evm-am在信道質(zhì)量評(píng)估與調(diào)制階數(shù)選擇方面有較高的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，尤其是在高信噪比的大多普勒頻移和多普勒頻移快速變化的快時(shí)變信道下，相較傳統(tǒng)的da-evm-am和snr-am有更大的性能提升，調(diào)制選擇正確率最大提升7％和13％，頻譜利用率最大提升了0.53bit/s/hz和0.82bit/s/hz；3)在低信噪比的快時(shí)變信道中，nda-evm-am與兩種傳統(tǒng)算法性能接近，頻譜利用率的提升不大。簡言之，nda-evm-am在快時(shí)變信道下具有廣泛的工程應(yīng)用價(jià)值，可作為地空通信、高鐵通信、水下聲通信等快時(shí)變信道下自適應(yīng)調(diào)制的參考模型。未來的研究工作包括研究nda-evm-am在時(shí)變信道下的容量上限和存在反饋時(shí)延的調(diào)制階數(shù)選擇機(jī)制等。

最后應(yīng)說明的是：以上各實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求和說明書的范圍當(dāng)中。