陸地移動通信中無線信號受到多徑效應的作用會產生嚴重的幅度衰落和時延擴展，造成誤比特率性能惡化?？朔人ヂ涞囊环N方法是增加發射功率，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，即降低了系統的容量。一種較理想的方法是根據信道隨機變化的情況自適應改變無線傳輸速率：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制或自適應調制，可在系統容量和系統誤碼性能兩方面都達到令人滿意的程度^[1～2]。
　　自適應調制可以分為慢速自適應調制和快速自適應調制。慢速自適應調制中調制方式地變化速率相對較低，連續使用到本次傳輸結束或本次會話結束；快速自適應調制中的調制方式根據每個時隙" title="時隙">時隙的瞬時信道狀況自適應地變化^[3]。本文主要研究基于突發的快速自適應調制技術，每次突發的數據根據信道質量的不同采用不同的調制方式。另外，自適應調制技術還可以根據傳輸數據的類型控制業務質量，補償信道衰落的影響以及提高系統頻譜利用率從而提高系統的容量。
1 系統模型
1.1 自適應調制系統原理
　　自適應調制系統的基本原理是：發射機根據當前信道質量情況的反饋信息選定最優的調制方式進行數據傳輸，其原理框圖如圖1所示。

　　在接收端，接收機首先對無線衰落信道特性進行估計，包括衰落幅度、信噪比" title="信噪比">信噪比和時延擴展等，根據測量結果對接收的數據進行衰落補償或基帶均衡，提取調制方式后解調數據，再解碼后輸出；同時將信道測量結果告知調制方式轉換模塊，調制方式轉換模塊根據測量到的信道特性，按照一定的算法選擇適當的調制方式，并告知發射機調整調制方式。
　　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，可以保持上、下行鏈路的衰落相關性，利用本時隙的信道估計值作為下一時隙的發送數據調制方式的選擇依據。很明顯這樣做在時間上相差一個發送周期，而且由于上下行信道的不對稱性，對信道的估計會有一定的誤差。但是只要信號的傳輸速率足夠快，使數據幀周期遠遠小于衰落周期，那么在幾個數據幀時期內，可以認為信道衰落變化不大，采取上述方法進行信道估計是可行的[1~4]。
1.2自適應調制系統的幀格式
　　自適應調制系統中，為了能使接收機正確地解調數據，合理的幀結構設計是必要的。如圖2所示為一種基于TDMA/TDD的突發自適應調制系統的幀結構，每個突發時隙由頭尾比特、數據碼元部分(DATA1和DATA2)、引導碼元(P)、調制參數估計字(W)和信道估計字(CE)組成^[5]。

　　其中頭尾比特用于同步、定時和保護；引導碼元P用于衰落補償；調制參數估計字W為8位Walsh碼，用于傳輸調制方式信息，接收端利用該信息進行解調；信道估計字CE為訓練序列，用于信道估計。調制參數估計字W對自適應調制系統是至關重要的，它的錯誤將引起解調失敗，這里選擇正交性較好的Walsh碼^[6]。
　　另外，由于信道的衰落特性，幀長度的選擇對調制系統的性能也有很大的影響，最佳的幀長度應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^[7]。
2 平坦瑞利衰落環境下自適應調制系統的性能分析以及仿真結果
2.1 自適應調制方式的選取與轉換準則
　　自適應調制系統根據接收機對當前時隙的信道質量估計，推測下一個傳輸時隙的信道質量，并根據瞬時信道質量情況為下一個時隙的傳輸選擇滿足一定系統性能最合適的調制方式。調制方式的轉換準則是，使系統在保持一定的目標誤比特率(BER)的條件下，獲得較高的每碼元比特數(BPS)性能。這樣當系統碼元速率不變時，可以提高系統的比特速率，獲得較高的系統通過量。
　　本文采用四種可選的調制方式：BPSK、QPSK、方形16QAM和方形64QAM，利用瞬時信噪比γ作為信道質量的衡量指標。自適應調制參數的選擇規則為^[8]：
　　當l₁≤γ＜l₂時，調制方式為BPSK;
　　當l₂≤γ＜l₂時，調制方式為QPSK;
　　當l₂≤γ＜l₄時，調制方式為16QAM;
　　當γ≥l₄時，調制方式為64QAM。
　　其中l₁、l₂、l₂及l₄分別為對應于系統所需要的BER性能的BPSK、QPSK、16QAM和64QAM傳輸信號瞬時信噪比的轉換閾值。
　　通常，通信業務都有一定的誤比特率要求，不同的業務誤比特率的門限BERth不同，調制方式的轉換閾值也不同。給定系統的BERth后，就可以根據每種調制方式的BER曲線確定調制方式的轉換閾值。當TDMA/TDD時隙長度很短時，一個時隙內的衰落幾乎不變，因此每個時隙的BER性能可以通過靜態條件下的BER性能來估計。
　　對于BPSK、QPSK、16QAM和64QAM調制，在高斯信道下的BER性能函數分別為^[9]：
　　

　　
　　其靜態BER性能曲線分別如圖3所示。假設系統所需要的BER門限BERth＝10^-2時，根據圖3，滿足BERth＝10^-2的l₁、l₂、l₂及l₄的值分別選擇為l₁＝4dB、l₂＝8dB、l₂＝14dB和l₄＝20dB。

2.2 平坦瑞利衰落環境下自適應調制系統的性能分析
　　文獻[8～9]給出了在Rayleigh衰落信道環境下利用數值積分得出的自適應調制系統的近似上界BER性能：

　　P_BPSK(γ)、P_QPSK(γ)、P_16QAM(γ)以及P_64QAM(γ)分別為四種調制方式在高斯信道中的BER性能函數((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[10]給出其表達式如下：
　　
　　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l₁＝l₂＝l₂＝l₄＝－∞(dB，下同)，并對(6)式進行積分，得到BPSK、QPSK、16QAM和64QAM在平坦Rayleigh衰落信道環境下的數值積分近似上限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作為自適應調制系統的調制方式切換電平，分別對(6)式和(7)式進行積分，得到平坦Rayleigh衰落信道環境下自適應調制系統的數值積分近似上限BER性能和BPS性能曲線(其中4dB 、8dB、14dB和20dB分別對應于高斯信道下BER性能為0.01的BPSK、QPSK、16QAM和64QAM的調制方式)，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系統性能，曲線②是在γ＜4dB時關閉傳輸的自適應系統性能(在信道條件較差時關閉傳輸，可以減少由于誤比特率較大引起的重傳次數)。另外，在第②中自適應情況下系統會有一定的中斷率^[8]。