MIMO-OFDM系统自适应资源分配技术的研究

论文摘要

多输入多输出（MIMO）技术能够在空间中产生独立的并行信道同时传输多路数据流,在不增加系统带宽的情况下提高了频谱效率。正交频分复用（OFDM）技术通过将频率选择性多径衰落信道在频域内转换为平坦信道,减小了多径衰落的影响。因此MIMO技术与OFDM技术的结合已经成为未来宽带无线通信系统的发展趋势。采用自适应技术的MIMO-OFDM系统,根据空时频正交子信道的瞬时特性分配发送功率和信息比特,可以充分利用系统资源,避免静态多址方案中系统资源的浪费,满足未来移动通信高速率、高效率的要求。本文首先简要介绍了MIMO-OFDM基本思想,并总结其关键技术,为下文做准备。接着推导了在单用户并行高斯信道的环境下,采用香农的“注水算法”可达到信道容量的极限。“注水算法”是下文所研究讨论算法的理论基础。在这些理论分析的基础上,研究单用户MIMO-OFDM系统中资源分配的方案;在速率最大化和裕量最大化情况下,分别讨论了两种常见的基本分配方法:注水算法和贪婪算法;在这两种算法的基础上,分别在考虑误码率和不考虑误码率的情况下,提出一种改进的单用户资源分配方案,并分别在SISO-OFDM和MIMO-OFDM系统中进行仿真。结果表明,改进算法与原有算法相比,可达到近似相同的性能并使算法复杂度大大降低,是一种利于系统实现的次优算法。同时,着重研究多用户MIMO-OFDM系统中资源分配的方案。详细探讨了在速率最大化准则情况下,一种常用的基于矩阵运算的方法。考虑到该算法需多次迭代,计算量十分庞大,提出了一种改进的新算法。经过计算机模拟仿真,所提算法与原有算法相比,性能相差不大,但计算量成指数量级地减少,更有利于工程实现。同时,研究了裕量最大化准则下一种常用的算法,仿真结果表明,算法能使系统性能接近理论上的最大值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 缩略语
• 第一章 绪论
• 1.1 移动通信发展概况
• 1.2 本课题研究的意义
• 1.3 本文主要工作
• 第二章 MIMO-OFDM 及注水算法的基本理论
• 2.1 MIMO 基本理论
• 2.1.1 MIMO 概念及基本原理
• 2.1.2 MIMO 系统容量
• 2.2 OFDM 基本理论
• 2.3 MIMO-OFDM 系统组成
• 2.4 注水算法的基本理论
• 2.4.1 并行信道的性能测量
• 2.4.2 AWGN 的信道容量
• 2.4.3 并行WGN 信道的信道容量与“注水算法”
• 第三章 单用户MIMO-OFDM 系统的资源分配
• 3.1 系统模型
• 3.1.1 发射机和接收机模型
• 3.1.2 信道增益矩阵的特征分解
• 3.2 位加载的准则
• 3.2.1 速率最大化准则
• 3.2.2 裕量最大化准则
• 3.3 速率自适应加载
• 3.3.1 注水算法
• 3.3.2 贪婪算法
• 3.3.3 改进的速率自适应加载
• 3.4 裕量自适应加载
• 3.4.1 注水解决方案
• 3.4.2 贪婪解决方案
• 3.4.3 改进算法
• 3.4.4 计算机仿真
• 第四章 多用户MIMO-OFDM 系统的资源分配
• 4.1 系统模型的建立
• 4.1.1 发射机和接收机模型
• 4.1.2 信道模型
• 4.2 最优化的准则
• 4.2.1 RA 最优化准则
• 4.2.2 MA 最优化准则
• 4.3 基于矩阵运算的RA 解决方案
• 4.3.1 问题定义
• 4.3.2 算法的理论推导
• 4.3.3 算法的仿真与性能分析
• 4.4 改进的RA 解决方案
• 4.4.1 算法的理论分析
• 4.4.2 算法的仿真与性能分析
• 4.5 MA 的解决方案
• 4.5.1 算法的理论分析
• 4.5.2 算法的仿真与性能分析
• 第五章 结束语
• 5.1 本文所做的工作
• 5.2 进一步研究的方向
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录