MIMO-OFDM系統(tǒng)自適應(yīng)空間子信道分配算法及差分空頻時設(shè)計.pdf

1、新一代的移動通信系統(tǒng)需要支持高速率、高可靠性的數(shù)據(jù)傳輸。MIMO 技術(shù)和OFDM 技術(shù)相結(jié)合，作為B3G （Beyond 3G）物理層傳輸?shù)南到y(tǒng)架構(gòu)，能夠?qū)顾ヂ?、適應(yīng)高信道容量、高比特信息速率等寬帶多媒體應(yīng)用的需求。為了提高M(jìn)IMO/OFDM 系統(tǒng)的性能，科研工作者們提出了很多系統(tǒng)設(shè)計方案，其中，多天線技術(shù)往往采用某一種形式，如，波束成形、空時分組碼、空時分層碼、空時格型碼等等，優(yōu)化目標(biāo)主要是系統(tǒng)的誤碼性能或者信道容量。本文在國家“十

2、五”863 計劃重大專項課題“新一代蜂窩移動通信系統(tǒng)無線傳輸鏈路技術(shù)研究（FuTURE/B3G）” （2001AA123014）和國家自然科學(xué)基金重大項目“未來移動通信系統(tǒng)基礎(chǔ)理論與技術(shù)研究”（60496310）的資助下，從系統(tǒng)設(shè)計的角度出發(fā)，以多天線技術(shù)為核心，結(jié)合自適應(yīng)技術(shù)和差分設(shè)計技術(shù)，研究了基于MIMO/OFDM 架構(gòu)的多天線系統(tǒng)設(shè)計方案，以及無線資源的多用戶分配問題。 論文的研究分兩個大方向：信道狀態(tài)信息可以獲

3、知的條件下，多天線自適應(yīng)傳輸設(shè)計；信道狀態(tài)信息無法獲得的條件下，多天線差分方案設(shè)計。對第一個方向，我們做了較多的研究。 本文結(jié)合波束成形技術(shù)和自適應(yīng)傳輸技術(shù)，從空間復(fù)用的思路出發(fā)，提出了一種基于多用戶MIMO/OFDM 系統(tǒng)的空間子信道分配算法。傳統(tǒng)的波束成形技術(shù)利用特征值最大的空間子信道來傳遞信息，它是以最大化接收信噪比為設(shè)計目標(biāo)；而我們以最大化系統(tǒng)吞吐量為目標(biāo)，考慮了所有的空間子信道，在滿足恒定的總發(fā)射功率和一定的QoS（誤

4、比特率）的條件下，推導(dǎo)出子載波分配的行列式準(zhǔn)則，給出了相應(yīng)的自適應(yīng)算法流程。為了降低計算復(fù)雜度，我們進(jìn)一步提出了簡化的基于時頻塊分組的自適應(yīng)算法。 在實際的通信系統(tǒng)中，發(fā)射端往往無法獲得完全正確的信道信息，其中最主要的誤差來源于信道信息的反饋延遲，我們引入均值反饋模型，在空間子信道分配算法中加入修正參數(shù)，在此基礎(chǔ)上對多用戶資源分配方案進(jìn)行了修改，并給出算法流程。另外，信道的大尺度衰落，會帶來我們所熟悉的“遠(yuǎn)近效應(yīng)”。為了避免處在

5、小區(qū)邊緣的用戶總被排除在算法分配之外，有必要對所有用戶采用“公平原則”進(jìn)行處理。本文借鑒“比例公平調(diào)度算法”來修正我們的空間子信道分配算法，從而保證各個用戶資源分配的相對公平。 論文對空間子信道分配算法進(jìn)行了延伸，結(jié)合空間子信道和空時分組碼進(jìn)行聯(lián)合設(shè)計，從而獲得發(fā)射分集增益和波束成形增益。我們在保證發(fā)射功率恒定和一定的QoS（誤比特率）約束條件下，以獲取最大的系統(tǒng)吞吐量為目標(biāo)，推導(dǎo)了子載波分配準(zhǔn)則，并給出了相應(yīng)的自適應(yīng)資源分配算

6、法流程。基于空間子信道和空時分組碼的聯(lián)合設(shè)計方案，優(yōu)化了系統(tǒng)的誤比特率性能，降低了誤比特率的門限要求，有助于提高算法的穩(wěn)健性。 在一些特殊的情況下，信道估計很困難，發(fā)射端無法獲得信道狀態(tài)信息，這時候需要采用差分方案，差分空時分組碼（DSTBC）是一種流行的方案。當(dāng)發(fā)射機(jī)按照差分方案進(jìn)行發(fā)送，接收機(jī)采用非相干檢測方法時，譯碼性能會有所下降，為了盡可能地提高系統(tǒng)的誤碼性能，需要更加充分地利用信道資源。本文進(jìn)一步研究并分析了TCM 和

7、差分空時分組碼在OFDM 系統(tǒng)中的鏈接應(yīng)用，提出了相應(yīng)的差分空頻時三維編碼方案(DSFT)，描述了多天線差分編碼的過程和原理，分析了編碼/譯碼的復(fù)雜度，推導(dǎo)了該差分空頻時鏈接碼在非相干檢測下的分集增益和編碼增益，理論分析和數(shù)據(jù)仿真表明，我們所提出的差分多天線編碼方案可以獲取滿的空間和頻域的分集增益，有很好的性能表現(xiàn)。，在滿足恒定的總發(fā)射功率和一定的QoS（誤比特率）的條件下，推導(dǎo)出子載波分配的行列式準(zhǔn)則，給出了相應(yīng)的自適應(yīng)算法流程。為了