陸地移動通信中無線信號受到多徑效應(yīng)的作用會產(chǎn)生嚴(yán)重的幅度衰落和時延擴(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線信道中的比特傳輸速率，而比特傳輸速率的降低會降低頻譜利用率，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)改變無線傳輸速率：信道條件好時，用較高的速率傳輸；信道條件差時，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較低，連續(xù)使用到本次傳輸結(jié)束或本次會話結(jié)束；快速自適應(yīng)調(diào)制中的調(diào)制方式根據(jù)每個時隙" title="時隙">時隙的瞬時信道狀況自適應(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)首先對無線衰落信道特性進(jìn)行估計(jì)，包括衰落幅度、信噪比" title="信噪比">信噪比和時延擴(kuò)展等，根據(jù)測量結(jié)果對接收的數(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；同時將信道測量結(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特性，考慮采用時分雙工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，利用本時隙的信道估計(jì)值作為下一時隙的發(fā)送數(shù)據(jù)調(diào)制方式的選擇依據(jù)。很明顯這樣做在時間上相差一個發(fā)送周期，而且由于上下行信道的不對稱性，對信道的估計(jì)會有一定的誤差。但是只要信號的傳輸速率足夠快，使數(shù)據(jù)幀周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于衰落周期，那么在幾個數(shù)據(jù)幀時期內(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)，每個突發(fā)時隙由頭尾比特、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對自適應(yīng)調(diào)制系統(tǒng)是至關(guān)重要的，它的錯誤將引起解調(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，幀長度的選擇對調(diào)制系統(tǒng)的性能也有很大的影響，最佳的幀長度應(yīng)該使整個幀中每個時隙傳輸期間的信道變化不明顯，這與移動臺的速度有關(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)對當(dāng)前時隙的信道質(zhì)量估計(jì)，推測下一個傳輸時隙的信道質(zhì)量，并根據(jù)瞬時信道質(zhì)量情況為下一個時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，可以提高系統(tǒng)的比特速率，獲得較高的系統(tǒng)通過量。
　　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，調(diào)制方式為BPSK;
　　當(dāng)l₂≤γ＜l₂時，調(diào)制方式為QPSK;
　　當(dāng)l₂≤γ＜l₄時，調(diào)制方式為16QAM;
　　當(dāng)γ≥l₄時，調(diào)制方式為64QAM。
　　其中l(wèi)₁、l₂、l₂及l(fā)₄分別為對應(yīng)于系統(tǒng)所需要的BER性能的BPSK、QPSK、16QAM和64QAM傳輸信號瞬時信噪比的轉(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時隙長度很短時，一個時隙內(nèi)的衰落幾乎不變，因此每個時隙的BER性能可以通過靜態(tài)條件下的BER性能來估計(jì)。
　　對于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，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(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(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時關(guān)閉傳輸?shù)淖赃m應(yīng)系統(tǒng)性能(在信道條件較差時關(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)會有一定的中斷率^[8]。