OFDM自适应子载波和比特分配算法
正交频分复用系统(OFDM)把实际信道划分为若干个子信道,其中一个重要优点就是能够根据各个子信道的实际传输情况灵活地分配发送功率和信息比特。由于无线信道的频率选择性和时变性,也需要实时地对信道状况进行监测,以便更加有效地利用无线频率资源。目前,对于多用户OFDM系统中的子载波和比特分配问题有许多研究方法,这些方法大体上可以分为两类问题:静态分配方法和动态分配方法。静态分配方法有两种典型的分配策略:OFDM-TDMA和OFDM-FDMA,对于这些静态分配算法,子载波和比特的分配是预先设定的,没有充分地利用瞬时信道增益信息。
OFDM的自适应调制基本原理
OFDM调制方式是一种多载波调制方式，这种方式将一个载波分为许多个带宽较窄的次载波，这些次载波相互正交，采用快速傅立叶变换将这些次载波信号进行编码。自适应OFDM调制的原理就是当信道条件好时，采用高阶的调制方式，当信道条件差时，采用低阶的调制方式。 用户的模拟信号经过A/D转换后，转换成二进制数据。二进制数据进行串并变换，然后数据送入自适应子载波调制模块。数据在自适应载波模块中根据自适应比特分配算法对各个子信道采取响应方式的调制。调制方式可以采用MQAM或MPSK调制。调制后的数据经IFFT变换将N列的数据序列变换为时域信号。插入保护间隔可以有效的消除符号间干扰（ISI）信道为加性白噪声的频率选择时变衰落信道。在接收端，接收到的信号经去除保护间隔和分路后进行FFT变换，得到N列并行信号，送入各个子信道解调器。调制参数由比特分配信息模块给定。解调后的数据再经并串和D/A转换还原成用户数据。
在信道估计模块中，自适应OFDM调制解调需要对信道进行精确估计，根据接收的导频信号可对数据子信道的冲激响应进行估计，估计的结果可用来确定每个子信道的信噪比，根据不同的算法确定各个子信道下一次传输采用的基带调制方式，从而实现多载波方式下的自适应调制。
- 1 -
自适应OFDM调制算法
1、基于连续比特分配算法 单用户： 该算法是在一定的数据速率和误码率的约束下，根据信道特性，自适应调整每一个子载波的发射功率使系统的总发射功率达到最小的一种链路自适应方式。公式表达为： P?min??*Tck,n?Dn?1k?1NK1?2k,nfk(ck,n) 限制条件： 。 kk,nn?1 在频率选择性衰落信道中，不同的子载波可以经历独立的衰落情况， аn表示第n个子载波上的信道衰落幅度。f (c)表示在信道增益等于1时，一个子载波实现可靠接受c个信息比特所需的接收能量。在迭代算法中每次只分配一个比特，并且这个比特被分配给满足指定BER条件下需要增加的发射功率最小的子载波上，同时该子载波也相应地增加发射功率以保证BER。该算法的复杂度取决于每个OFDM符号承载的比特数。因此当子载波数量较大，且每个符号周期包含的比特数也较多时的多载波系统中，该自适应算法的速度比较慢。 R??cN多用户：多用户的情况下，因为不允许共用子载波,一旦某个子载波被一个用户占用,别的用户就不能再用了.为了能够解决这个问题,做如下考虑:将 的要求放宽,让c取[0,M]中的一个实数.令 (k=1,2,……K) ,在[0,1]内取值,作为第n个子载波的k,n共享因子.这样,最优化的问题变为: c?D? ?k,nPmin??2fk(ck,n)T?c?[0,M]?k,n??[0,1]n?1k?1NKk,n其中: Rk???k,nck,nn?1Nk,nk?{1,2......K} ??k?1Kk,n?1n?{1,2......N}可令： ?k,n?1ck,n?0???0ck,n?0- 2 -
2、基于频谱效率最优的自适应算法
P.S Chow提出了一种实用化的自适应比特和功率分配策略，大大降低了算法复杂度，提高了速度，使自适应调制可以应用在高速数据传输中。该算法的目标是在数据速率以及误码率的约束条件下，得到每个子载波上的比特分配方式以达到最优的系统性能余量，最后根据每个子载波上的比特分配来调整发射功率来满足误码率的要求。算法是根据每个子载波上的信道容量来进行比特和功率分配的。算法中的第i个子载波的比特数目由下式计算：
系统的总数据速率为 。
其中，SNR(i)是第 i个子载波上的信噪比； 表示理论信道容量与各种调制方案
的实际信道容量之间差值的一个常数； 表示系统性能的余量，它在迭代中被确定最终保证系统提供的总速率达到目标速率。在接收端，该算法首先计算每个子载波的SNR，根据此SNR计算每个子载波上支持的速率以及系统支持的总速率。如果系统性能
的
总速率和目标速率不相等，那么就调整性能余量 ，并重新计算系统支持的速率，经过反复的迭代最终得到满足速率要求时每个子载波上的比特分配方式。最后调整发射功率保证每个子载波上的BER。
3、基于系统误比特率性能最优的自适应调制算法
Fischer提出的算法与chow算法不同，它的最优化准则是在维持恒定传输速率和给定总发射功率的前提下，使系统的误比特率性能功能达到最优。当所有子载波上的误比特率相等时，系统的误比特率达到最小值。当所有子载波上的误比特率相等时，先把各个子载波上的噪声功率值 存储下来，接下来就只需进行一些加法和除数为整数的除法，因为它的复杂度较chow算法有了进一步的降低。
- 3 -
OFDM自适应子载波和比特分配
