论文摘要
MIMO技术和OFDM技术都是未来宽带无线通信所要研究的前沿性课题。MIMO技术将成为未来移动通信和个人通信系统实现高数据传输速率、提高传输质量的重要途径,而OFDM技术具有抗多径的良好鲁棒性和较高的带宽利用率,可以有效减小多径衰落的影响。目前两者的结合已经成为国内外关注的焦点和研究的重点。在无线通信环境中,随着用户位置的变化,它所处的信道环境也将不同,则OFDM的各子载波的信道环境也不一样。传统的MIMO-OFDM系统在所有子载波上固定发射模式的通信方式,将无法满足用户的要求,系统的误码率性能显著降低,或者仅仅为了满足最差信道环境的通信质量,所设计系统需要很大的冗余,降低了系统频谱效率。通过设计根据子载波信道环境自适应的MIMO-OFDM发射链路,便可解决这个问题,使得误码率性能与频谱效率得到兼顾。在此背景下,本论文重点讨论了如何在MIMO-OFDM系统的接收端根据信道环境进行发射模式判决,并将判决结果反馈回发射端,从而在发射端自适应选择一种最优的发射方案,使得系统的误码率性能和频谱利用率性能等得到改善。文章对MIMO和OFDM自适应传输的相关技术进行了深入研究,主要包括:MIMO-OFDM系统中的空时频编码调制技术,采用不同信道编码方案及检测方式时的MIMO-OFDM系统信道误码率估计模型,以及基于误码率估计模型的自适应发射的实现。首先,以3GPP UMTS中定义的三种无线信道模型为仿真平台,接着对空时编码技术以及空时频编码的调制解调技术进行了深入研究,并引入了能够有效减小系统误码率、提高信道容量的比特交织编码,最终确定了本文的MIMO-OFDM系统传输链路。接着,在总结前人研究成果的基础上,以本文的MIMO-OFDM传输链路为模型,提出了一种考虑相关空间信道,基于成对误码率（PEP）的自适应发射方案选择算法。该方案在以下三种发射模式间进行选择:空间复用、空间分集和复用/分集的混合模式。对整个MIMO-OFDM链路的误码率进行联合分析,通过对MIMO-OFDM系统中采用迫零（ZF）接收机在高信噪比条件下的错误概率的简化,得出空间相关的多天线系统下的自适应选择算法。仿真表明,在给定的误码率条件下可获得使频谱利用率最大化的编码速率、调制模式和发射模式,并反馈到发射端,有效改善了系统的性能。考虑到基于成对误码率的自适应算法在非线性编码的系统中实现相对有些困难,本文又进一步提出一种可应用于非线性编码的自适应选择算法。此算法以平均比特互信息作为中间量,对MIMO-OFDM的链路误码率进行逐步分析,得出在非线性编码的情况下也方便实现的误码率估计模型,并以此得到一个新的发射方案自适应选择算法。仿真结果表明,采用这种自适应算法对当前信道环境下的瞬时误比特率作估算,可以获得比较高的准确度,避免了基于平均误比特率作判决时对系统资源的浪费,有利于提高系统的吞吐量。最终,本文通过前两个自适应发射方案选择算法的研究,设计出了一个在3GPP的信道模型下具有可行性的自适应MIMO-OFDM系统自适应链路。