自适应调制在OFDM系统中的应用研究

论文摘要

正交频分复用（OFDM）技术能很好地抑制符号间干扰，已经成为下一代移动通信系统物理层的核心技术。自适应调制（AMC）技术能根据信道的好坏决定调制方式，充分利用信道特征，提高了信道的频谱效率。在频率选择性信道下，基于OFDM系统的自适应调制技术，可充分利用OFDM和自适应调制技术二者的优点，大幅提高系统的频谱利用率，从而提高通信速率，受到越来越多的关注。在把自适应调制技术应用到多用户OFDM系统中时，如何在保证各个用户服务质量（QoS）的条件下，减少系统需要的发送功率，如何在非精确信道信息下保证系统的性能，从而更好地利用有限的无线频谱资源，以及如何更进一步提升OFDM系统的性能是当前一个很重要的课题，也是OFDM系统研究的核心问题之一。 本文围绕自适应调制技术在OFDM系统中的应用涉及的技术问题展开研究。主要包括以下几个方面： 1．多用户OFDM系统的子载波和比特分配问题实质上就是一个非线性规划问题。考虑到遗传算法对非线性优化问题具有较强的最优解搜索能力，本文提出一种基于遗传算法的OFDM系统多用户子载波和比特分配算法，并通过在遗传算法的初始群体中加入具有优秀基因的个体，使遗传算法快速收敛，从而大大降低了算法复杂度。仿真结果表明，本算法取得了较好的性能； 2．针对多用户OFDM系统中子载波和比特分配问题，提出利用复合星座消除其他研究中每个子载波只能被一个用户使用的限制，并推导了复合星座功率的计算公式，进而提出了一种基于复合星座的多用户灌水算法。仿真结果表明，该算法复杂度低且性能好； 3．自适应调制技术要在OFDM系统中应用，发送端必须了解信道信息。通常许多研究都是假设发送端已知精确的信道信息，而实际中存在信道估计误差、信道信息反馈时延等因素，这些因素将直接导致系统频谱效率的降低。本文研究了非精确信道信息对SISO-OFDM以及MIMO-OFDM系统带来的影响，得出了一些有价值的结论，并由此推出合适的自适应调制的策略； 4．基于每个子载波的自适应调制方案，可以达到较高的频谱效率，但其缺点是实现复杂度高，且需较多的信令负荷。利用子载波分组把相邻的子载波分为一组，在组内采用相同的调制星座，可以在保证系统性能的前提下大幅度降低系统的信令负荷。本文提出了一种自

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 正交频分复用技术
• 1.2.1 OFDM系统模型
• 1.2.2 OFDM系统关键技术
• 1.3 自适应调制和编码技术
• 1.3.1 自适应调制编码技术的原理
• 1.3.2 自适应调制编码技术的特点
• 1.4 多入多出MIMO技术
• 1.5 基于分数阶Fourier变换的OFDM系统
• 1.6 自适应OFDM系统的研究现状以及研究意义
• 1.7 本文的主要工作和章节安排
• 第二章 无线信道建模与仿真
• 2.1 多径衰落信道模型
• 2.1.1 多径信道的仿真
• 2.1.2 Cost207多径信道模型
• 2.2 信道衰落仿真模型
• 2.2.1 Jakes模型
• 2.2.2 Smith模型
• 2.3 多径信道下的OFDM系统模型
• 2.4 小结
• 第三章 OFDM系统子载波和比特分配
• 3.1 引言
• 3.2 单用户系统比特分配
• 3.2.1 误码率计算公式的简化
• 3.2.2 贪婪灌水算法
• 3.3 多用户系统子载波和比特分配
• 3.3.1 多用户自适应OFDM系统模型
• 3.3.2 静态多用户子载波和比特分配方案
• 3.3.3 动态多用户子载波和比特分配方案
• 3.4 一种基于遗传算法的多用户子载波和比特分配算法
• 3.4.1 遗传算法概述
• 3.4.2 遗传分配算法
• 3.4.3 遗传分配算法的改进
• 3.4.4 算法复杂度分析
• 3.4.5 仿真结果
• 3.4.6 算法小结
• 3.5 一种基于复合星座的多用户子载波和比特分配算法
• 3.5.1 复合星座功率的计算
• 3.5.2 基于复合星座的分配算法
• 3.5.3 算法复杂度分析
• 3.5.4 仿真结果
• 3.5.5 算法小结
• 3.6 自适应OFDM系统峰均比分析
• 3.6.1 子载波分配模型
• 3.6.2 各分配模型的峰均比分布
• 3.7 本章小结
• 第四章 非精确信道信息下的MIMO-OFDM系统研究
• 4.1 引言
• 4.2 非精确信道信息下的MIMO-OFDM系统研究
• 4.2.1 MIMO-OFDM系统模型
• 4.2.2 精确信道信息下系统频谱效率分析
• 4.2.3 非精确信道信息下系统频谱效率分析
• 4.3 子载波信道分组算法研究
• 4.3.1 子载波信道分组的必要性
• 4.3.2 一种简单的动态子载波分组算法
• 4.4 本章小结
• 第五章 基于分数阶Fourier变换的OFDM系统研究
• 5.1 引言
• 5.2 分数阶Fourier变换概述
• 5.2.1 分数阶Fourier变换的基本定义
• 5.2.2 分数阶Fourier变换的研究趋势
• 5.3 分数阶域内的多路复用
• 5.4 基于分数阶Fourier变换的OFDM系统同步分析
• 5.4.1 系统模型
• 5.4.2 载波频率误差影响的推导和分析
• 5.4.3 采样频率误差影响的推导和分析
• 5.4.4 时间同步误差影响的推导和分析
• 5.5 基于分数阶Fourier变换的OFDM系统峰均功率比分析
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士期间完成论文
• 致谢