陸地移動(dòng)通信中無(wú)線信號(hào)受到多徑效應(yīng)的作用會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的幅度衰落和時(shí)延擴(kuò)展，造成誤比特率性能惡化,?？朔人ヂ涞囊环N方法是增加發(fā)射功率，加大幅度余量;另一種方法是降低無(wú)線信道中的比特傳輸速率,，而比特傳輸速率的降低會(huì)降低頻譜利用率,，即降低了系統(tǒng)的容量。一種較理想的方法是根據(jù)信道隨機(jī)變化的情況自適應(yīng)改變無(wú)線傳輸速率：信道條件好時(shí),，用較高的速率傳輸,；信道條件差時(shí),，降低傳輸速率。這種方法可變速率調(diào)制或自適應(yīng)調(diào)制,，可在系統(tǒng)容量和系統(tǒng)誤碼性能兩方面都達(dá)到令人滿意的程度^[1～2],。
　　自適應(yīng)調(diào)制可以分為慢速自適應(yīng)調(diào)制和快速自適應(yīng)調(diào)制。慢速自適應(yīng)調(diào)制中調(diào)制方式地變化速率相對(duì)較低,，連續(xù)使用到本次傳輸結(jié)束或本次會(huì)話結(jié)束,；快速自適應(yīng)調(diào)制中的調(diào)制方式根據(jù)每個(gè)時(shí)隙" title="時(shí)隙">時(shí)隙的瞬時(shí)信道狀況自適應(yīng)地變化^[3]。本文主要研究基于突發(fā)的快速自適應(yīng)調(diào)制技術(shù),，每次突發(fā)的數(shù)據(jù)根據(jù)信道質(zhì)量的不同采用不同的調(diào)制方式,。另外，自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)還可以根據(jù)傳輸數(shù)據(jù)的類型控制業(yè)務(wù)質(zhì)量,，補(bǔ)償信道衰落的影響以及提高系統(tǒng)頻譜利用率從而提高系統(tǒng)的容量,。
1 系統(tǒng)模型
1.1 自適應(yīng)調(diào)制系統(tǒng)原理
　　自適應(yīng)調(diào)制系統(tǒng)的基本原理是：發(fā)射機(jī)根據(jù)當(dāng)前信道質(zhì)量情況的反饋信息選定最優(yōu)的調(diào)制方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，其原理框圖如圖1所示,。

　　在接收端,，接收機(jī)首先對(duì)無(wú)線衰落信道特性進(jìn)行估計(jì)，包括衰落幅度,、信噪比" title="信噪比">信噪比和時(shí)延擴(kuò)展等,，根據(jù)測(cè)量結(jié)果對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行衰落補(bǔ)償或基帶均衡，提取調(diào)制方式后解調(diào)數(shù)據(jù),，再解碼后輸出,；同時(shí)將信道測(cè)量結(jié)果告知調(diào)制方式轉(zhuǎn)換模塊，調(diào)制方式轉(zhuǎn)換模塊根據(jù)測(cè)量到的信道特性,，按照一定的算法選擇適當(dāng)?shù)恼{(diào)制方式,，并告知發(fā)射機(jī)調(diào)整調(diào)制方式。
　　為了比較精確地反饋信道的瞬時(shí)特性,，考慮采用時(shí)分雙工TDD方式和TDMA多址接入技術(shù),，可以保持上、下行鏈路的衰落相關(guān)性,，利用本時(shí)隙的信道估計(jì)值作為下一時(shí)隙的發(fā)送數(shù)據(jù)調(diào)制方式的選擇依據(jù),。很明顯這樣做在時(shí)間上相差一個(gè)發(fā)送周期，而且由于上下行信道的不對(duì)稱性,，對(duì)信道的估計(jì)會(huì)有一定的誤差,。但是只要信號(hào)的傳輸速率足夠快，使數(shù)據(jù)幀周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于衰落周期,，那么在幾個(gè)數(shù)據(jù)幀時(shí)期內(nèi),，可以認(rèn)為信道衰落變化不大，采取上述方法進(jìn)行信道估計(jì)是可行的[1~4],。
1.2自適應(yīng)調(diào)制系統(tǒng)的幀格式
　　自適應(yīng)調(diào)制系統(tǒng)中,，為了能使接收機(jī)正確地解調(diào)數(shù)據(jù),，合理的幀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是必要的。如圖2所示為一種基于TDMA/TDD的突發(fā)自適應(yīng)調(diào)制系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu),，每個(gè)突發(fā)時(shí)隙由頭尾比特、數(shù)據(jù)碼元部分(DATA1和DATA2),、引導(dǎo)碼元(P),、調(diào)制參數(shù)估計(jì)字(W)和信道估計(jì)字(CE)組成^[5]。

　　其中頭尾比特用于同步,、定時(shí)和保護(hù),；引導(dǎo)碼元P用于衰落補(bǔ)償；調(diào)制參數(shù)估計(jì)字W為8位Walsh碼,，用于傳輸調(diào)制方式信息,，接收端利用該信息進(jìn)行解調(diào)；信道估計(jì)字CE為訓(xùn)練序列,，用于信道估計(jì),。調(diào)制參數(shù)估計(jì)字W對(duì)自適應(yīng)調(diào)制系統(tǒng)是至關(guān)重要的，它的錯(cuò)誤將引起解調(diào)失敗,，這里選擇正交性較好的Walsh碼^[6],。
　　另外，由于信道的衰落特性,，幀長(zhǎng)度的選擇對(duì)調(diào)制系統(tǒng)的性能也有很大的影響,，最佳的幀長(zhǎng)度應(yīng)該使整個(gè)幀中每個(gè)時(shí)隙傳輸期間的信道變化不明顯，這與移動(dòng)臺(tái)的速度有關(guān)^[7],。
2 平坦瑞利衰落環(huán)境下自適應(yīng)調(diào)制系統(tǒng)的性能分析以及仿真結(jié)果
2.1 自適應(yīng)調(diào)制方式的選取與轉(zhuǎn)換準(zhǔn)則
　　自適應(yīng)調(diào)制系統(tǒng)根據(jù)接收機(jī)對(duì)當(dāng)前時(shí)隙的信道質(zhì)量估計(jì),，推測(cè)下一個(gè)傳輸時(shí)隙的信道質(zhì)量，并根據(jù)瞬時(shí)信道質(zhì)量情況為下一個(gè)時(shí)隙的傳輸選擇滿足一定系統(tǒng)性能最合適的調(diào)制方式,。調(diào)制方式的轉(zhuǎn)換準(zhǔn)則是,，使系統(tǒng)在保持一定的目標(biāo)誤比特率(BER)的條件下，獲得較高的每碼元比特?cái)?shù)(BPS)性能,。這樣當(dāng)系統(tǒng)碼元速率不變時(shí),，可以提高系統(tǒng)的比特速率，獲得較高的系統(tǒng)通過(guò)量,。
　　本文采用四種可選的調(diào)制方式：BPSK,、QPSK、方形16QAM和方形64QAM,，利用瞬時(shí)信噪比γ作為信道質(zhì)量的衡量指標(biāo),。自適應(yīng)調(diào)制參數(shù)的選擇規(guī)則為^[8]：
　　當(dāng)l₁≤γ＜l₂時(shí)，調(diào)制方式為BPSK;
　　當(dāng)l₂≤γ＜l₂時(shí),，調(diào)制方式為QPSK;
　　當(dāng)l₂≤γ＜l₄時(shí),，調(diào)制方式為16QAM;
　　當(dāng)γ≥l₄時(shí),，調(diào)制方式為64QAM。
　　其中l(wèi)₁,、l₂,、l₂及l(fā)₄分別為對(duì)應(yīng)于系統(tǒng)所需要的BER性能的BPSK、QPSK,、16QAM和64QAM傳輸信號(hào)瞬時(shí)信噪比的轉(zhuǎn)換閾值,。
　　通常，通信業(yè)務(wù)都有一定的誤比特率要求,，不同的業(yè)務(wù)誤比特率的門限BERth不同,，調(diào)制方式的轉(zhuǎn)換閾值也不同。給定系統(tǒng)的BERth后,，就可以根據(jù)每種調(diào)制方式的BER曲線確定調(diào)制方式的轉(zhuǎn)換閾值,。當(dāng)TDMA/TDD時(shí)隙長(zhǎng)度很短時(shí)，一個(gè)時(shí)隙內(nèi)的衰落幾乎不變,，因此每個(gè)時(shí)隙的BER性能可以通過(guò)靜態(tài)條件下的BER性能來(lái)估計(jì),。
　　對(duì)于BPSK、QPSK,、16QAM和64QAM調(diào)制,，在高斯信道下的BER性能函數(shù)分別為^[9]：
　　

　　
　　其靜態(tài)BER性能曲線分別如圖3所示。假設(shè)系統(tǒng)所需要的BER門限BERth＝10^-2時(shí),，根據(jù)圖3,，滿足BERth＝10^-2的l₁、l₂,、l₂及l(fā)₄的值分別選擇為l₁＝4dB,、l₂＝8dB、l₂＝14dB和l₄＝20dB,。

2.2 平坦瑞利衰落環(huán)境下自適應(yīng)調(diào)制系統(tǒng)的性能分析
　　文獻(xiàn)[8～9]給出了在Rayleigh衰落信道環(huán)境下利用數(shù)值積分得出的自適應(yīng)調(diào)制系統(tǒng)的近似上界BER性能：

　　P_BPSK(γ),、P_QPSK(γ)、P_16QAM(γ)以及P_64QAM(γ)分別為四種調(diào)制方式在高斯信道中的BER性能函數(shù)((1)~(5)式),，p(γ)表示Rayleigh衰落信道信噪比的PDF,，γ為瞬時(shí)信噪比，文獻(xiàn)[10]給出其表達(dá)式如下：
　　
　　將(1),、(2),、(3)、(4),、(5),、(7)和(8)式代入(6)式，分別取l₁＝－∞和l₂＝l₂＝l₄＝∞，l₁＝l₂＝－∞和l₂＝l₄＝∞,，l₁＝l₂＝l₂＝－∞和l₄＝∞以及l(fā)₁＝l₂＝l₂＝l₄＝－∞(dB,，下同)，并對(duì)(6)式進(jìn)行積分,，得到BPSK,、QPSK、16QAM和64QAM在平坦Rayleigh衰落信道環(huán)境下的數(shù)值積分近似上限BER性能,，如圖4(a)所示,。
　　分別取①l₁＝－∞,、l₂＝8dB,、l₂＝14dB和l₄＝20dB,，②l₁＝4dB,、l₂＝8dB、l₂＝14dB和l₄＝20dB作為自適應(yīng)調(diào)制系統(tǒng)的調(diào)制方式切換電平,，分別對(duì)(6)式和(7)式進(jìn)行積分,，得到平坦Rayleigh衰落信道環(huán)境下自適應(yīng)調(diào)制系統(tǒng)的數(shù)值積分近似上限BER性能和BPS性能曲線(其中4dB 、8dB,、14dB和20dB分別對(duì)應(yīng)于高斯信道下BER性能為0.01的BPSK,、QPSK、16QAM和64QAM的調(diào)制方式),，如圖4(a),、(b)所示。圖中曲線①表示在沒(méi)有傳輸中斷情況下的自適應(yīng)系統(tǒng)性能,，曲線②是在γ＜4dB時(shí)關(guān)閉傳輸?shù)淖赃m應(yīng)系統(tǒng)性能(在信道條件較差時(shí)關(guān)閉傳輸,，可以減少由于誤比特率較大引起的重傳次數(shù))。另外,，在第②中自適應(yīng)情況下系統(tǒng)會(huì)有一定的中斷率^[8],。