基于OFDM系统的自适应调制技术研究

论文摘要

正交频分复用（OFDM:Orthogonal Frequency Division Multiplexing）技术具有抗符号间干扰（ISI:Inter-Symbol Interference）、频谱利用率高、硬件实现简单等诸多优点,被认为是下一代宽带无线通信的关键技术之一。自适应调制（Adaptive Modulation）技术能够根据信道状态信息自适应地选择调制方案,因而能够有效利用频谱资源,显著提高系统性能。随着用户需求的快速增加,下一代通信网络中将承载大量的IP分组业务和高速数据业务,为保证传输质量,提高传输速率,将自适应调制技术与OFDM相结合亦成为当今通信技术发展的主要趋势之一。本文围绕着OFDM系统的自适应调制技术进行了研究,主要工作如下:1、阐述了OFDM系统以及自适应调制的基本原理,在MATLAB仿真平台上,搭建了完整的自适应调制OFDM系统仿真模型。根据不同的优化目标总结了三种最优化数学表达式:（1）误比特率（BER:Bit Error Rate）最小化;（2）发射功率最小化;（3）传输速率最大化。2、根据可靠性原则,对误比特率最小化的OFDM自适应调制技术进行了研究。介绍了Fischer自适应调制算法,并运用拉格朗日乘子法对误比特率最小化数学表达式进行了最优化求解,得出了一种新的推导Fischer算法的方法。针对实际系统中调制方式比较少的特点,对Fischer算法进行了简化。仿真结果表明新算法以较小性能损失为代价,使运算量大幅降低。3、根据有效性原则,对发射功率最小化和传输速率最大化的OFDM自适应调制技术进行了研究。先介绍了传统的自适应调制算法,针对其必须进行大量迭代运算的缺点,分别提出了改进的算法。通过对最优化目标函数的求解,改进算法得到了比特和功率分配的闭合表达式。新算法避免了复杂的迭代运算,实现复杂度大幅降低,因此更适合于宽带无线通信系统。仿真结果表明,改进算法的性能非常接近传统最优算法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 OFDM 技术研究现状
• 1.2.2 自适应调制技术研究现状
• 1.3 OFDM 自适应调制的关键技术
• 1.4 论文研究内容及结构
• 第二章 无线信道与OFDM 自适应调制技术
• 2.1 无线信道的衰落特性
• 2.1.1 多径衰落
• 2.1.2 时变特性
• 2.2 无线信道模型
• 2.2.1 衰落信道的统计模型
• 2.2.2 块衰落信道
• 2.3 OFDM 基本原理
• 2.3.1 调制解调原理
• 2.3.2 循环前缀的作用
• 2.3.3 系统的帧结构
• 2.3.4 系统结构框图
• 2.4 自适应调制基本原理
• 2.4.1 自适应调制理论基础
• 2.4.2 矩形QAM 和PSK 调制
• 2.4.3 自适应调制的原理框图
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于可靠性的OFDM 自适应调制算法
• 3.1 衡量OFDM 系统性能的主要指标
• 3.2 OFDM 自适应调制的数学模型
• 3.3 误比特率最小化
• 3.3.1 最优化的求解
• 3.3.2 算法的主要步骤
• 3.4 简化的Fischer 算法
• 3.5 仿真分析
• 3.5.1 仿真信道介绍
• 3.5.2 仿真结果分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 基于有效性的OFDM 自适应调制算法
• 4.1 发射功率最小化
• 4.1.1 Hughes-Hartogs 算法
• 4.1.2 最优化的求解
• 4.1.3 算法的主要步骤
• 4.1.4 仿真分析
• 4.2 传输速率最大化
• 4.2.1 贪婪算法
• 4.2.2 最优化的求解
• 4.2.3 功率的重新分配
• 4.2.4 算法的主要步骤
• 4.2.5 仿真分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 结束语
• 5.1 本文主要工作总结
• 5.2 下一步研究工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果
• 附录A 拉格朗日乘子法