基于學(xué)習(xí)的自適應(yīng)無(wú)速率碼傳輸機(jī)制及VOFDM調(diào)制系統(tǒng).pdf

1、現(xiàn)代無(wú)線通信環(huán)境普遍存在著噪聲、干擾等問(wèn)題，使得無(wú)線信號(hào)在傳輸過(guò)程中不僅經(jīng)歷信道衰落等大尺度衰落，還會(huì)經(jīng)歷多徑傳播、多普勒頻移以及頻率擴(kuò)展等引起的小尺度衰落。這些問(wèn)題不但嚴(yán)重影響傳輸?shù)目煽啃院蛡鬏斮|(zhì)量，更有可能造成通信中斷。為保證信息的可靠傳輸，許多差錯(cuò)控制技術(shù)投入使用，其中最為廣泛的是采用具有極強(qiáng)糾錯(cuò)能力的級(jí)聯(lián)碼或者Turbo碼作為信道編碼技術(shù)。但是，當(dāng)面臨動(dòng)態(tài)變化的信道時(shí)，這類(lèi)傳統(tǒng)的固定碼率的編碼無(wú)法很好地適應(yīng)信道變化，造成了很大的

2、信令開(kāi)銷(xiāo)。為解決上述問(wèn)題，學(xué)者們紛紛將目光轉(zhuǎn)向無(wú)速率碼——一種可以自適應(yīng)信道動(dòng)態(tài)變化從而調(diào)節(jié)碼率的前向遞增冗余碼。本文從工程角度出發(fā)，主要研究基于無(wú)速率編碼的傳輸系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計(jì)問(wèn)題，包括發(fā)送策略、與調(diào)制方式的結(jié)合等。相關(guān)研究?jī)?nèi)容如下：
　　提出了一種適用于基于Q學(xué)習(xí)的無(wú)速率碼傳輸系統(tǒng)的發(fā)送端主動(dòng)自適應(yīng)調(diào)節(jié)碼率的算法。在理論上，一個(gè)基于無(wú)速率碼的傳輸系統(tǒng)的發(fā)送端只需源源不斷地將符號(hào)發(fā)送出去，而接收端在收到第一個(gè)符號(hào)就開(kāi)始啟動(dòng)譯碼，如

3、果譯碼成功就繼續(xù)下一輪新的信息發(fā)送;反之，則需要發(fā)送端繼續(xù)發(fā)送冗余符號(hào)，接收端將新收到的符號(hào)加入譯碼。這個(gè)過(guò)程一直持續(xù)到譯碼成功為止。而從工程的角度考慮，為了控制開(kāi)銷(xiāo)，發(fā)送端首先將編碼所生成的編碼組成一個(gè)數(shù)據(jù)包，并將這個(gè)數(shù)據(jù)包拆分成若干個(gè)子幀，當(dāng)接收端收到一定數(shù)量子幀時(shí)開(kāi)始譯碼，當(dāng)這個(gè)譯碼一次性成功的概率超過(guò)一定的門(mén)限，相對(duì)應(yīng)的譯碼和傳輸開(kāi)銷(xiāo)也會(huì)相應(yīng)減小。因此，我們需要一種發(fā)送端適用的主動(dòng)學(xué)習(xí)算法，當(dāng)信道動(dòng)態(tài)變化時(shí)，發(fā)送端通過(guò)學(xué)習(xí)反饋和

4、歷史發(fā)送情況來(lái)判斷在當(dāng)前信道下應(yīng)該連續(xù)發(fā)出子幀的數(shù)目，以此來(lái)保證譯碼成功率和開(kāi)銷(xiāo)。本算法的基本思想是借鑒機(jī)器學(xué)習(xí)中的Q學(xué)習(xí)算法，通過(guò)定義代價(jià)函數(shù)、回報(bào)函數(shù)等對(duì)當(dāng)前信道進(jìn)行學(xué)習(xí)，并通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的策略自適應(yīng)調(diào)節(jié)碼率。仿真結(jié)果證明使用這種算法能夠有效提高傳輸?shù)耐掏铝?，降低重傳率，降低譯碼延時(shí)等引起的延時(shí)。
　　提出了一種適用于無(wú)速率碼傳輸系統(tǒng)的無(wú)速率碼與向量正交頻分復(fù)用(VOFDM)調(diào)制方式相結(jié)合的聯(lián)合解碼解調(diào)的迭代接收機(jī)，并提出了一種

5、適用于該接收機(jī)的迭代均衡算法。向量正交頻分復(fù)用是一種建立在正交頻分復(fù)用(OFDM)基礎(chǔ)上的改進(jìn)調(diào)制方式。這種調(diào)制方式不僅成為連接傳統(tǒng)正交頻分復(fù)用和單載波頻域均衡(SC-FDE)的橋梁，使得在此框架下傳統(tǒng)正交頻分復(fù)用成為向量正交頻分復(fù)用的向量長(zhǎng)度為1的一種特例，還證明針對(duì)由多徑引起的時(shí)變信道，向量正交頻分復(fù)用能夠通過(guò)改變向量長(zhǎng)度以增大分集增益，從而具有更優(yōu)的抗衰落性能。因此我們希望將這種抗衰落的性質(zhì)用于無(wú)速率碼傳輸系統(tǒng)。在實(shí)現(xiàn)時(shí)考慮到向量

6、正交頻分復(fù)用可以利用無(wú)速率譯碼的每一輪迭代過(guò)程中產(chǎn)生的軟信息，并將其與收到的信道符號(hào)所提供的信息進(jìn)行一輪新的解調(diào)，并將解調(diào)后得到的更新過(guò)的符號(hào)信息再次傳遞給譯碼器以完成一輪新的譯碼過(guò)程。這樣的過(guò)程周而復(fù)始直到達(dá)到所有的校驗(yàn)條件或者最大迭代次數(shù)。通過(guò)使用不同的解調(diào)方式，對(duì)使用這些方法的迭代接收機(jī)作誤碼性能和計(jì)算復(fù)雜度上的考慮，得出使用軟線性消除算法的迭代接收機(jī)能夠達(dá)到最佳綜合性能。
　　提出了一種將同樣建立在正交頻分復(fù)用基礎(chǔ)上的兩種

7、調(diào)制方法結(jié)合起來(lái)的方法，即向量正交頻分復(fù)用和子載波標(biāo)號(hào)調(diào)制（OFDM-IM）方式。子載波標(biāo)號(hào)調(diào)制方式是近年來(lái)提出的一種基于正交頻分復(fù)用的調(diào)制方式，其基本思想是借鑒了空間調(diào)制的思想，并不使用所有的子載波來(lái)承載星座點(diǎn)，而是選擇其中的一部分用以傳輸星座點(diǎn)信息，這部分被選中的子載波叫做活躍子載波，相對(duì)應(yīng)地，剩下地未被選中的子載波就叫做非活躍子載波。除了星座點(diǎn)信息，子載波是否被選擇具有的不確定性也可以用來(lái)傳輸信息。因此相對(duì)于傳統(tǒng)的向量正交頻分復(fù)用

8、，經(jīng)過(guò)合適設(shè)計(jì)的子載波標(biāo)號(hào)調(diào)制方法具有更高的吞吐量。而新的相關(guān)研究也進(jìn)一步證明在較高信噪比下子載波標(biāo)號(hào)調(diào)制相對(duì)于傳統(tǒng)正交頻分復(fù)用有更高的分集增益。然而在較低信噪比下的性能大大限制了子載波標(biāo)號(hào)調(diào)制方式的實(shí)用性。為解決這一問(wèn)題，同時(shí)利用向量正交頻分復(fù)用方式的抗衰落性能和子載波標(biāo)號(hào)調(diào)制方式的增大吞吐量的優(yōu)勢(shì)，提出了將二者結(jié)合的方法，控制計(jì)算復(fù)雜度的同時(shí)使得這種向量子載波標(biāo)號(hào)調(diào)制（VIM-OFDM）在較低信噪比下的性能大為提高。仿真結(jié)果證明這種