MIMO-OFDM系统中的自适应比特和功率分配研究

论文摘要

随着各种类型的无线业务的不断增加，对增加系统的容量、提供更高的数据速率、支持多媒体业务等提出了一系列的要求。多天线发射多天线接收（Multiple-InputMultiple-Output，MIMO）技术和正交频分复用（Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，OFDM）技术的相结合形成了一种新的高数据传输技术。MIMO技术通过采用多个发射天线和接收天线可以显著提高无线通信系统的信道容量，增强数据传输的可靠性。OFDM技术可以把频率选择性衰落的信道转化成一组正交的平坦衰落的信道，因此可以将OFDM技术应用到MIMO系统中来克服多径衰落的影响。MIMO-OFDM无线通信系统既有抗频率选择性衰落的能力，又有很大的系统信道容量。MIMO-OFDM技术也被业界认为是未来第四代移动通信系统的主要物理层技术。自适应调制技术可以充分利用信道的瞬时动态性能来分配数据数率和传输功率，从而可以优化系统性能。在MIMO-OFDM无线通信系统中采用自适应技术将使通信系统的性能得到更大提高。MIMO-OFDM系统的自适应调制技术就是根据信道状态信息，动态的改变每个子载波的传输参数来优化系统的总体性能。这种情况下，自适应调制又称为自适应比特和功率分配，即根据实时信道状态信息，把发射功率和传输信息比特动态的分配到每个子载波上以达到优化系统性能的目的。本文针对单用户MIMO-OFDM系统的自适应调制问题，在完全已知信道状态和满足固定速率以及给定误比特率的约束下以最小化发射功率为目的，提出了一种基于预编码设计的低复杂度自适应调制方案。该方案中以当前广泛使用的Campello算法为基础，对其进行了变步长加载的改进，从而得出一种改进的自适应比特加载算法。仿真结果表明，该算法复杂度比Capello算法有一定降低，并且性能与之保持近似，远远优于采用非自适应MIMIO算法的系统性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 引言
• 1.1 无线通信系统的发展
• 1.2 正交频分复用技术
• 1.2.1 OFDM技术的发展背景及简介
• 1.2.2 OFDM技术的应用
• 1.3 多输入多输出技术
• 1.3.1 MIMO技术的研究概况
• 1.3.2 MIMO技术的优点
• 1.4 MIMO-OFDM技术的关键技术
• 1.5 研究工作介绍
• 1.5.1 论文研究背景
• 1.5.2 论文的内容安排
• 第二章 无线信道的特性
• 2.1 无线信道的衰减
• 2.1.1 无线信道的多径衰落
• 2.1.2 多普勒频移效应
• 2.2 衰落信道的动态特性
• 2.3 小结
• 第三章 MIMO-OFDM系统
• 3.1 OFDM系统
• 3.1.1 多载波传输系统
• 3.1.2 OFDM系统
• 3.2 MIMO基本原理
• 3.2.1 分集的概念
• 3.2.2 多天线系统
• 3.3 MIMO-OFDM系统结构和自适应传输基础
• 3.3.1 MIMO-OFDM系统结构和自适应传输原理
• 3.3.2 MIMO-OFDM系统自适应传输方法的基础
• 3.4 小结
• 第四章 自适应比特和功率分配算法
• 4.1 信息论基础
• 4.1.1 并行高斯信道的容量
• 4.1.2 高斯信道的信噪比差额
• 4.1.3 高斯信道的信噪比裕量
• 4.1.4 注水算法原理
• 4.2 比特加载准则
• 4.2.1 速率最大化准则
• 4.2.2 裕量最大化准则
• 4.3 常见的比特加载算法
• 4.3.1 Hughes-Hartogs算法
• 4.3.2 Chow算法
• 4.3.2 Fischer算法
• 4.3.3 Campello算法
• 4.4 小结
• 第五章 MIMO-OFDM系统中一种改进的自适应调制算法
• 5.1 系统模型
• 5.2 优化模型
• 5.3 自适应调制方案
• 5.3.1 SVD预编码设计
• 5.3.2 MQAM调制方式
• 5.3.3 自适应比特和功率分配
• 5.4 仿真结果与分析
• 5.5 小结
• 第六章 结束语
• 6.1 全文总结
• 6.2 下一步工作
• 参考文献
• 致谢
• 附录:攻读硕士期间发表的论文