基于正交頻分復(fù)用的自適應(yīng)技術(shù)研究.pdf

1、移動(dòng)通信面臨的是一個(gè)多徑衰落的信道，而正交頻分復(fù)用(Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing，OFDM)技術(shù)通過將一個(gè)較寬的頻帶分成多個(gè)子信道克服頻率選擇性衰落。作為一種有效的高速數(shù)據(jù)傳輸方式，基于正交頻分復(fù)用的自適應(yīng)傳輸技術(shù)以其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)高度可擴(kuò)展性被廣泛認(rèn)為是未來移動(dòng)通信系統(tǒng)中的主要候選技術(shù)之一，其良好性能使得它在多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，被眾多國際通信標(biāo)準(zhǔn)所接受。本論文正是在國家“十五”86

2、3 計(jì)劃重大專項(xiàng)課題“新一代蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)無線傳輸鏈路技術(shù)研究(FuTURE)”(2001AA123014)和國家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目“未來移動(dòng)通信系統(tǒng)基礎(chǔ)理論與技術(shù)研究”(60496310)的資助下，開展了基于正交頻分復(fù)用的自適應(yīng)發(fā)送，子載波功率分配，比特加載的研究。 文章首先分析了蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)無線信道特性以及OFDM系統(tǒng)模型。從容量角度分析了自適應(yīng)技術(shù)能顯著改善OFDM系統(tǒng)性能。建立了在滿足系統(tǒng)所需誤碼率和信息速率條件下

3、，使系統(tǒng)總發(fā)射功率最小的物理模型及數(shù)學(xué)模型。在發(fā)送端和接收端都獲得全部信道信息下，提出了利用遺傳算法解決自適應(yīng)功率分配，比特加載問題。采用的矩陣編碼方法具有直觀、簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)；通過交叉和變異讓搜索跳離局部極值的陷阱，搜索到全局最優(yōu)解。同時(shí)遺傳算法的并行運(yùn)算特性節(jié)省了運(yùn)算時(shí)間，提高了運(yùn)算效率。 接著研究了自適應(yīng)正交頻分復(fù)用技術(shù)與多天線(Multi-Input Multi-Output，MIMO)技術(shù)相結(jié)合的應(yīng)用。MIMO信道在無線鏈

4、路的兩端使用了多個(gè)天線陣列，可以充分發(fā)掘空分復(fù)用和空間分集自由度，有效增加系統(tǒng)容量并提高無線鏈路的可靠性。在實(shí)際MIMO-OFDM系統(tǒng)中，發(fā)射端通常無法實(shí)時(shí)獲得完美信道信息，假設(shè)接收端有完美信道信息，發(fā)送端有部分信道信息，基于均值反饋下，提出聯(lián)合TCM，二維特征波束成形和正交STBC的自適應(yīng)調(diào)制編碼方案，推導(dǎo)了自適應(yīng)2D編碼器-波束成形的設(shè)計(jì)和TCM級(jí)聯(lián)編碼下的誤碼率。系統(tǒng)性能的增益來自以下幾個(gè)方面： (1)TCM編碼增益；(2

5、)動(dòng)態(tài)子載波分配增益；(3)多天線的陣列增益；(4) 自適應(yīng)波束成形增益。然后研究了基于有限信息反饋下MIMO-OFDM系統(tǒng)自適應(yīng)發(fā)送機(jī)制。假設(shè)接收端有全部信道信息，發(fā)送端僅能從接收端獲得有限速率反饋信息，接收端在無差錯(cuò)，零延時(shí)反饋給發(fā)送端一個(gè)有關(guān)最優(yōu)波束碼本的量化索引，通過索引發(fā)送最優(yōu)波束成形。根據(jù)最大化信噪比準(zhǔn)則，推導(dǎo)出可以利用Grassmannian 線性包設(shè)計(jì)量化波束碼本矢量。利用Grassmannian 線性包分析了三種常見的

6、波束成形碼本設(shè)計(jì)準(zhǔn)則： 最大比合并發(fā)送，等增益發(fā)送，選擇分集發(fā)送。分析了在滿足系統(tǒng)正常運(yùn)行下所能容忍的最大量化誤差以及發(fā)送端必須獲得的反饋比特?cái)?shù)。 最后研究了自適應(yīng)正交頻分復(fù)用技術(shù)在超寬帶(Ultra WideBand，UWB)系統(tǒng)中的應(yīng)用。根據(jù)發(fā)送端對(duì)信道信息的了解以及性能、復(fù)雜度和信道狀態(tài)信息反饋開銷之間的折衷考慮，提出了三種自適應(yīng)功率分配方案：(1)假設(shè)發(fā)送端有完美的信道衰落信息，利用注水模型解決針對(duì)每個(gè)子載波的最