基于正交頻分復用的自適應技術研究.pdf

1、移動通信面臨的是一個多徑衰落的信道，而正交頻分復用(Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing，OFDM)技術通過將一個較寬的頻帶分成多個子信道克服頻率選擇性衰落。作為一種有效的高速數據傳輸方式，基于正交頻分復用的自適應傳輸技術以其網絡結構高度可擴展性被廣泛認為是未來移動通信系統(tǒng)中的主要候選技術之一，其良好性能使得它在多個領域得到了廣泛的應用，被眾多國際通信標準所接受。本論文正是在國家“十五”86

2、3 計劃重大專項課題“新一代蜂窩移動通信系統(tǒng)無線傳輸鏈路技術研究(FuTURE)”(2001AA123014)和國家自然科學基金重大項目“未來移動通信系統(tǒng)基礎理論與技術研究”(60496310)的資助下，開展了基于正交頻分復用的自適應發(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通信網無線信道特性以及OFDM系統(tǒng)模型。從容量角度分析了自適應技術能顯著改善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學模型。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功率分配，比特加載問題。采用的矩陣編碼方法具有直觀、簡單的優(yōu)點；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。同時遺傳算法的并行運算特性節(jié)省了運算時間，提高了運算效率。 接著研究了自適應正交頻分復用技術與多天線(Multi-Input Multi-Output，MIMO)技術相結合的應用。MIMO信道在無線鏈

4、路的兩端使用了多個天線陣列，可以充分發(fā)掘空分復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。在實際MIMO-OFDM系統(tǒng)中，發(fā)射端通常無法實時獲得完美信道信息，假設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，提出聯合TCM，二維特征波束成形和正交STBC的自適應調制編碼方案，推導了自適應2D編碼器-波束成形的設計和TCM級聯編碼下的誤碼率。系統(tǒng)性能的增益來自以下幾個方面： (1)TCM編碼增益；(2

5、)動態(tài)子載波分配增益；(3)多天線的陣列增益；(4) 自適應波束成形增益。然后研究了基于有限信息反饋下MIMO-OFDM系統(tǒng)自適應發(fā)送機制。假設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，零延時反饋給發(fā)送端一個有關最優(yōu)波束碼本的量化索引，通過索引發(fā)送最優(yōu)波束成形。根據最大化信噪比準則，推導出可以利用Grassmannian 線性包設計量化波束碼本矢量。利用Grassmannian 線性包分析了三種常見的

6、波束成形碼本設計準則： 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數。 最后研究了自適應正交頻分復用技術在超寬帶(Ultra WideBand，UWB)系統(tǒng)中的應用。根據發(fā)送端對信道信息的了解以及性能、復雜度和信道狀態(tài)信息反饋開銷之間的折衷考慮，提出了三種自適應功率分配方案：(1)假設發(fā)送端有完美的信道衰落信息，利用注水模型解決針對每個子載波的最