适用于OFDM的自适应调制方法

刘朝娜 LIU Zhao-na；朱旭梅 ZHU Xu-mei；张文华 ZHANG Wen-hua

（山东协和学院，济南 250107）

摘要：文章针对数字传输系统调制方式不可变的问题，提供一种在不改变硬件结构的情况下通过改变软件参数来改变调制方式的、适用于OFDM的自适应调制的方法，分别能设置为QPSK、16QAM、64QAM、256QAM四种调制方式。

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关键词 ：自适应调制；OFDM；QAM

中图分类号：TN919 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）26-0195-03

基金项目：山东协和学院国家级大学生创新创业训练计划项目（201410825042）。

作者简介：刘朝娜（1983-），女，山东德州人，硕士研究生，助教，主要研究方向为通信与信息系统、物联网工程；朱旭梅，（1988-），女，山西吕梁人，硕士研究生，助教，主要研究方向为物联网技术、能源经济管理与研究；张文华（1989-），女，山东济南人，硕士研究生，助教，主要研究方向为计算机应用。

1 研究背景

4G移动通信系统采用新的调制技术，如多载波正交频分复用调制技术以及单载波自适应均衡技术等调制方式，以保证频谱利用率和延长用户终端电池的寿命。正交频分复用（OFDM）是一种典型的多载波调制，OFDM数字调制技术往往将数字信号进行编码调制，再加入必要的辅助信息，如训练序列、导频信号、同步信号等，编码后的数据经过逆快速傅里叶变换（IFFT）。在接收端经过同步、频偏恢复、快速傅里叶变换（FFT）、均衡、解调制，恢复出与发送端一致的数据。目前数字信号传输领域采用的调制方式是固定的，要想实现新的调制方式必须改变硬件结构，对研究不同调制方式造成困难。

2 系统描述

本文所应用的系统如图1所示，阐述其中的适应调制解调方式（图2），与软件无线电的思想相吻合，该系统中自适应调制方法的参数可选QPSK（4QAM）、16QAM、64QAM、256QAM，使系统在不改变硬件结构的条件下可以工作在不同的调制方式。本方法强调数据交织映射的可编程性，通过软件更新硬件配置结构，实现不同的调制方式，以利于硬件模块的不断升级和扩展。

3 参数设置于自适应调制

如图2所示输入的数据在控制单元的控制下进行交织、映射，然后再插入导频、训练序列，进行IFFT调制。数据的交织和映射模块都是在控制模块的控制下工作。控制模块如图3所示，交织模块如图4、图5所示，映射模块如图6所示。控制模块工作原理为：控制数据通过软件嵌入图2中RAM，RAM在地址信号的控制下依次输出所存储的调制控制数据，调制控制数据分别为连续的2（QPSK）、4（16QAM）、6（64QAM）、8（256QAM），调制控制数据在使能信号的控制下输出调制控制信号mod，对调制控制信号进行连加，再模16即得控制信号index，index=（Σmod）%（16），mod和index的作用在下文将要详细介绍。

如图4所示，8bit长度数据存储在RAMD中，在mod+index的联合控制下输出数据data_in8，该数据在控制信号mod和index的使能控制下组合成16bit长度数据。当mod+index=0时，data_in8数据和上一字节data_in8数据分别组成data_out16数据的高8bit和低8bit；当mod+index=8时，data_in8数据和上一字节data_in8数据分别组成data_out16数据的低8bit和高8bit。当mod+index=0或8时，计数器counter即加1，对于RAMD来说即下次取下一个地址的数据。

如图5所示，输入的16bit长度数据在控制信号index的选择控制下循环截取8bit长度数据，8bit数据分别为0-16bit中的[0-7]bit、[2-9]bit、[4-11]bit、[6-13]bit、[8-15]bit、[10-16:0-1]bit、[12-16:0-3]bit、[14-16：0-5]bit。

如图6所示输入8bit长度数据分别截取低2bit进行QPSK、低4bit进行16QAM、低6bit进行64QAM、低8bit进行256QAM，输出为I\Q两路数据。在mod信号的控制下选择性的输出I\Q两路数据。

在QPSK、16QAM、64QAM、256QAM四种调制方式中，将来自数据源的每连续2字节转换成16bit长度的数据，转换时前一字节在低8位，后一字节在高8位；然后将16bit长度数据按照8bit一组，由控制信号控制循环截取8bit长度的数据；最后由控制信号控制8bit长度数据的低Cbit射到数据符号I/Q。该方法通过特定的数据交织方式，可以通过改变参数来改变系统的映射方式，使系统工作在不同的调制方式。控制信号C可取2、4、6、8，分别对应QPSK、16QAM、64QAM、256QAM四种调制方式。

在数据调制之前，每两个相邻的8bit数据组合成一个16bit的数据，第一个字节在高8bit，第二个字节在低8bit；接下来由控制信号C决定其交织方式。而所处理数据存储在RAMD中，数据长度为OFDM中一帧中的数据长度，当设计新的帧结构时，可以变换RAMD中的存储的数据。

当C=2时，所得16bit数据分拆为2bit长度的数据，此数据再构成8bit长度数据的低2bit，此8bit长度数据的低2bit再分拆为I/Q两路各1bit进行QPSK调制。2bit数据的前1bit为I，后1bit为Q；当C=4时，所得16bit数据分拆为4bit长度的数据，此数据再构成8bit长度数据的低3bit，此8bit长度数据的低4bit再分拆为I/Q两路各2bit进行16QAM调制。4bit数据的前2bit为I，后2bit为Q；当C=6时，所得16bit*2数据分拆为6bit长度的数据，此数据再构成8bit长度数据的低6bit，此8bit长度数据的低6bit再分拆为I/Q两路各3bit进行64QAM调制。6bit数据的前3bit为I，后3bit为Q；当C=8时，所得16bit数据分拆为8bit长度的数据，此8bit长度数据再分拆为I/Q两路各4bit进行256QAM调制。8bit数据的前4bit为I，后4bit为Q；映射后的数据加入必要的辅助信息，如训练序列、导频信号、同步信号等，再经过IFFT完成调制。

发送端8bit->16bit->8(2/4/6/8)bit->I/Q数据的控制结构即为此发送端数据交织创新点，此方法在不改变硬件结构的情况下成功的通过改变软件参数来改变调制方式。

如图2-图6所示8bit->16bit->2/4/6/8bit->I/Q数据变换的过程中，2/4/6/8bit都是储存在8bit长度数据中的有效数据，即各种交织方式共用一种硬件结构。即由控制单元控制有效数据在8bit长度数据单元中的位置及其映射方式。

4 仿真结果与分析

图7为QPSK、16QAM、64QAM、128QAM四中调制方式平台验证所得数据在接收端的星座图。

5 结论

此方法在不改变硬件结构的情况下成功的通过改变软件参数来改变数据的调制方式，可应用于任何无线传输发送机的OFDM系统的自适应调制，也可应用于其他需要数据自适应调制的数字通信系统。

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参考文献：

[1]刘超群.OFDM自适应调制技术综述[J].电子世界，2013（12）.

[2]李精华.OFDM系统自适应调制技术的研究[D].天津大学，2006.

[3]曾献敏.OFDM自适应调制技术研究[D].西安电子科技大学，2009.