快時變衰落信道下OFDM系統(tǒng)移動自適應(yīng)技術(shù).pdf

1、截止到2015年底，我國高速鐵路(HSR)營運里程達到了1.9萬公里，占世界高鐵營運的60％以上;我國主導(dǎo)的第四代(4G)移動通信標(biāo)準時分雙工-長期演進(TD-LTE)也已經(jīng)開始大規(guī)模的商用。高鐵的迅猛發(fā)展，對高速列車調(diào)度與控制以及乘客寬帶無線通信服務(wù)提出了更高的要求。在高速移動環(huán)境下，多普勒效應(yīng)（頻率偏移）導(dǎo)致無線信道快時變衰落，高鐵密閉車體又使得信號損耗嚴重，從而嚴重影響系統(tǒng)性能。本文利用自適應(yīng)傳輸技術(shù)來對抗由此帶來的系統(tǒng)性能嚴重惡

2、化，重點研究快時變場景下基于信道狀態(tài)信息(CSI)的傳統(tǒng)自適應(yīng)技術(shù)，超高速移動場景下基于速度信息的移動自適應(yīng)技術(shù)和中速場景下基于速度和信道信息的增強型移動自適應(yīng)技術(shù)。在高移動環(huán)境下，由于難以得到完備CSI，因此針對傳統(tǒng)自適應(yīng)技術(shù)和增強型移動自適應(yīng)技術(shù)，本文重點研究了非完備CSI的情況。
　　首先，傳統(tǒng)的自適應(yīng)技術(shù)通?；谛诺佬畔硗瓿上到y(tǒng)參數(shù)的自適應(yīng)調(diào)整，即根據(jù)信道信息來完成系統(tǒng)參數(shù)的配置。本文提出了三種基于信道信息的傳統(tǒng)自適應(yīng)方

3、案。第一種是在存在載波頻率偏移(CFO)場景下，提出基于完備和非完備信道條件的功率和比特自適應(yīng)方案。所提出的最優(yōu)功率分配方案使用M進制正交幅度調(diào)制(MQAM)，滿足平均功率和誤比特率(BER)限制，可最大化正交頻分復(fù)用(OFDM)系統(tǒng)的平均頻譜效率(ASE)，并得到系統(tǒng)ASE的閉合表達式。第兩種是基于快時變場景下，提出了完備和非完備信道信息的功率和比特自適應(yīng)方案。所提算法在最大化ASE的目標(biāo)下，使每個子載波滿足BER約束條件，實現(xiàn)了最優(yōu)

4、功率和比特分配，推導(dǎo)給出了自適應(yīng)系統(tǒng)ASE的閉合表達式，并分析了信道估計誤差和時延的影響。第三種是高移動環(huán)境下基于完備和非完備信道信息的比特和子載波帶寬自適應(yīng)(RSBA)方案。所提算法在最大化ASE的目標(biāo)下，完成自適應(yīng)子載波帶寬和比特分配，給出了ASE的閉合表達式，并分析了信道估計誤差和時延的影響。通過利用信道信息自適應(yīng)調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，上述方案減小了頻偏或者速度對系統(tǒng)性能的影響，有效地提高了系統(tǒng)的頻譜效率。
　　其次，在超高速移動環(huán)

5、境下，由于接收端信道估計誤差的存在和信道信息反傳時延的影響，發(fā)射端很難獲得準確信道信息。但發(fā)射端獲得速度信息卻相對較容易。據(jù)此，本文提出了僅僅基于速度信息來完成系統(tǒng)參數(shù)的自適應(yīng)調(diào)整方法（不需要信道信息），即移動自適應(yīng)技術(shù)。本文提出了兩種移動自適應(yīng)方案。分析和仿真表明，所提的僅基于速度信息的比特和子載波帶寬移動自適應(yīng)方案在快時變信道環(huán)境下，可以有效地提升系統(tǒng)性能。對于基于速度統(tǒng)計信息的功率和比特移動自適應(yīng)方案，可實現(xiàn)ASE的最大化。通過自

6、適應(yīng)地調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，減小了速度對系統(tǒng)性能的影響，與非自適應(yīng)技術(shù)相比性能提升明顯，特別是當(dāng)速度變化較明顯時性能提升更大。
　　接著，提出了基于速度和信道信息的增強型移動自適應(yīng)技術(shù)。因為在實際的系統(tǒng)中，估計信道信息雖然不夠準確，若聯(lián)合較為準確的估計速度信息也可以進一步提升系統(tǒng)性能。針對中速移動環(huán)境，提出了基于完備和非完備信道信息并聯(lián)合速度信息的功率和比特自適應(yīng)方案。所提算法以最大化ASE為目標(biāo)，通過不同速度和信道信息條件，給出最優(yōu)功率

7、和比特分配方案。非完備信道信息是利用最小均方誤差(MMSE)準則獲得存在誤差的估計信道，同時考慮反饋時延的影響。仿真結(jié)果表明，與基于信道信息的傳統(tǒng)自適應(yīng)方法和基于速度信息的移動自適應(yīng)方法相比，所提的增強型移動自適應(yīng)技術(shù)方案性能更佳。
　　最后，針對變速度移動通信系統(tǒng)，提出了綜合移動自適應(yīng)方案。在低速移動時，由于可以獲得較為準確的信道估計信息，應(yīng)采用傳統(tǒng)自適應(yīng)方案;對于中等移動速度，盡管信道估計誤差較大，但仍然可用，故采用上述基于信