分布式MIMO-OFDM系统中自适应调制技术研究

摘要

未来无线通信系统面临的挑战是为用户提供具有服务质量保证（quality of service,QoS）的高速率数据接入；由于频谱资源紧张、多径衰落和多用户干扰，要实现上述目标，必须提高频谱利用率和链路可靠性。多输入多输出-正交频分复用（Multiple Input Multiple Output-Orthogonal Frequency Division Multiplexing，MIMO-OFDM）系统可以提高传输速率和增强可靠性。分布式天线系统可以解决传统蜂窝系统出现的切换频繁、干扰增加、成本提高等问题。而自适应技术可以根据无线网络环境动态变化，实现自适应优化配置和合理资源分配。为此，论文将针对分布式多天线OFDM系统进行自适应调制（Adaptive Modulation，AM）技术的研究，以期充分利用有限的无线资源，提高系统频谱效率，为AM技术在分布天线系统中的应用提供理论依据。全文的主要工作如下：
　　1.研究集中式 MIMO-OFDM系统中结合空频分组编码（Space Frequency Block Coding，SFBC）的离散速率AM。根据M-QAM精确误比特率（Bit Error Rate,BER）公式，提出自适应改善门限，推导出系统的平均频谱效率（Average Spectral Efficiency，ASE）和平均BER的准确闭式表达式。数值结果表明，改善门限与真实门限取得较好的一致，避免了通常AM门限不准确性所带来频谱效率损失，而且理论分析也与仿真一致。
　　2.研究分布式多天线系统基于天线选择的AM技术。给出分布式多天线系统模型和复合信道模型，并针对此模型进行瞬时 BER约束条件下的AM方案性能分析。利用改善门限和数值积分法推导出系统ASE和平均BER的近似闭式表达式，实现了性能的有效评估。在此基础之上，基于平均 BER约束条件，提出了一种联合 KKT(Karush-Kuhn-Tucker,KKT)条件优化和Newton法的最优自适应门限算法，可克服通常瞬时BER约束带来SE损失。仿真结果与理论分析取得较好的一致，所提自适应门限可以明显提高系统SE。
　　3.研究分布式多天线OFDM系统中AM方案及门限优化。建立分布式多天线OFDM系统模型，分析系统在复合衰落信道下的BER性能。在此基础之上，给出系统离散速率自适应调制方案，推导出ASE和BER闭式表达式。考虑到最优门限的计算复杂性，提出了一种基于LM(Levenberg-Marquardt,LM)算法的次优自适应门限优化方法，该方法在整个平均信噪比区域上只需要求出一组门限值即可，可大大简化最优方法需要计算不同信噪比下的门限值。与通常固定门限相比，所提次优方法可获得较高的频谱效率，有着与最优方法非常相近的性能，实现了性能和复杂度的有效折中。而且理论分析也与仿真结果取得较好的一致。

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缩略词（续）

注释表

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 研究现状

1.3 主要工作及内容安排

第二章 无线通信系统的关键技术

2.1 MIMO空时处理技术

2.2 OFDM技术

2.3 分布式天线系统

2.4 自适应调制技术

2.5 天线选择技术

2.6 本章小结

第三章 MIMO-OFDM系统离散率自适应调制性能分析

3.1 系统模型

3.2 自适应调制转换门限

3.3 系统性能分析

3.4 仿真结果与分析

3.5 本章小结

第四章 分布式多天线系统中自适应调制技术的研究

4.1 系统模型

4.2 基于瞬时BER约束条件下AM

4.3 基于KKT条件的门限值优化

4.4 仿真结果与分析

4.5 本章小结

第五章 分布式多天线OFDM系统中自适应调制技术研究

5.1 系统模型

5.2 系统BER性能分析

5.3 系统自适应调制性能分析

5.4 仿真和性能分析

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 研究工作的展望

参考文献

致谢

在校期间的研究成果及发表的的学术论文

附 录