OFDM系统中自适应分配算法及其计算量的研究

论文摘要

自适应分配技术是正交频分复用(OFDM)系统对抗衰落信道带来的损失的一种强有力的方法，它的基本原理是对通信链路中各种因素加以权衡，达到一种实时的平衡，以期在不浪费功率或不牺牲系统误码率的前提下，获得更高的频谱效率(bps／Hz)。目前已有大量文献研究了OFDM系统中自适应技术，但绝大多数是以理论上的性能为研究目标，而忽视了其计算有效性和可实现性。本文将计算有效性作为算法的一个重要的衡量标准，对一些经典的分配算法进行了计算量的研究，并提出了一些计算量较低、性能较好的自适应分配算法。本文的工作可以为算法的实现提供一定的理论依据。 本文首先选取了单用户系统和多用户系统中一些经典的算法进行研究，分析了它们的计算复杂度。选择的标准有二：一是选择理论上的最优算法，以便得到具有指导意义的结果；二是选择计算复杂度较低、易实现的算法，以便得到能实际使用的结果。在算法分析的基础上，本文对这些经典算法的计算量进行了仿真，并给出了在目前主流DSP上实现这些算法所需的时间计算量，为算法实现提供了一定的参考依据。 其次，本文提出了一种单用户系统中基于注水原理的子载波分组的自适应分配算法，并对其性能进行了理论推导和仿真分析。该算法根据相邻子信道之间的相关性，对子载波进行分组，在尽量减小容量损失的前提下，降低算法的运算复杂度。这项工作可以为算法实现中，容量和计算量之间的折衷问题提供理论依据。 本文还将子载波分组算法应用于多用户系统中，提出了一种多用户系统中子载波分组的自适应分配算法，并对其性能进行了分析。该算法根据相邻子信道之间的相关性，对子载波进行分组，并以组为单位将子载波分配给各用户，优化目标是在保证每个用户的服务质量(QoS)的前提下，使系统总的发送功率最小化。如果系统总的发送功率固定，那么优化目标是使系统支持的用户数最大化。该算法可以使自适应分配算法的计算量大大降低，同时也减小了传送比特分配向量所需的开销。 另外，本文对利用多用户分集效应进行的等功率分配算法进行了研究。在给定一个子载波最大能携带的比特数以后，本文推导了能够找到携带最大比特数的子载波的概率公式，并提出了两种等功率分配算法的实现流程，它们分别优化用户数和用户速率。最后给出了一些性能和计算量的仿真结果。 本文在最后一部分讨论了非理想信道条件对自适应分配性能的影响，并总结了一些在非理想信道条件下，自适应分配技术需采取的措施。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 移动通信的发展
• 1.2 新一代移动通信的发展现状
• 1.3 本文的主要工作及贡献
• 第二章 多载波调制技术
• 2.1 多载波调制的起源和发展
• 2.2 OFDM的系统模型
• 2.2.1 采用DFT.实现的OFDM调制
• 2.2.2 保护间隔和循环前缀
• 2.2.3 系统设计
• 2.3 OFDM传输方式的主要优点
• 2.4 OFDM系统的关键技术
• 2.4.1 时频同步
• 2.4.2 峰值功率控制
• 2.4.3 信道估计
• 2.4.4 自适应技术
• 第三章 单用户自适应分配算法及其计算量研究
• 3.1 “注水”原理
• 3.2 Hughes-Hartogs算法
• 3.2.1 Hughes-Hartogs算法简介
• 3.2.2 Hughes-Hartogs算法的计算量分析
• 3.2.3 Hughes-Hartogs算法的计算量总结
• 3.3 Chow算法
• 3.3.1 Chow算法简介
• 3.3.2 Chow算法的计算量分析
• 3.2.3 Chow算法的计算量仿真结果
• 3.4 Fischer算法
• 3.4.1 Fischer算法简介
• 3.4.2 Fischer算法的计算量分析
• 3.4.3 Fischer算法的计算量仿真结果
• 3.5 基于注水原理的分组自适应分配算法
• 3.5.1 分组自适应分配算法
• 3.5.2 分组自适应分配算法的性能分析
• 3.6 小结
• 第四章 多用户自适应分配算法及其计算量研究
• 4.1 OFDM系统中多用户自适应分配问题模型
• 4.2 OFDM系统中的Wong自适应分配算法
• 4.2.1 Wong算法简介
• 4.2.2 Wong算法的计算量分析
• 4.2.3 Wong算法的计算量仿真结果
• 4.3 具有分配公平性的多用户自适应分配算法
• 4.3.1 速率比例固定的多用户自适应分配算法
• 4.3.2 速率比例固定算法的计算量分析
• 4.3.3 速率比例固定算法的计算量仿真结果
• 4.4 多用户分组自适应分配算法
• 4.4.1 多用户分组自适应算法的问题模型
• 4.4.2 子载波分组自适应算法的分配过程
• 4.4.3 子载波分组自适应算法的仿真结果
• 4.5 等功率分配的自适应分配算法
• 4.5.1 等功率分配的问题模型
• 4.5.2 等功率分配算法的分配过程
• 4.5.3 等功率分配算法的仿真结果
• 4.6 小结
• 第五章 非理想信道条件下的自适应分配算法
• 5.1 非理想信道条件下的系统模型
• 5.2 非理想信道条件对自适应分配性能的影响
• 5.2.1 信道估计误差的影响
• 5.2.2 信道时变特性的影响
• 5.3 非理想信道条件下的自适应分配算法
• 5.3.1 以平均BER为目标的自适应分配算法
• 5.3.2 信道估计值再处理的分配算法
• 5.4 小结
• 第六章 结束语
• 参考文献
• 攻读博士学位期间的研究成果
• 致谢