基于Markov模型的MIMO自适应传输技术研究

摘要

随着无线宽带数据业务的飞速发展，人们对高速无线数据传输需求的日益增加，无线资源，尤其是频谱资源变得越来越紧张。如何利用有限的频谱资源来提供更高的传输速率和更好的服务质量已成为无线通信技术研究的焦点。 MIMO（Multiple-Input Multiple-Output，多输入多输出）技术是新一代无线通信系统中的关键技术之一，近年来引起了人们的广泛关注。MIMO技术通过在无线通信系统收发两端分别采用多天线技术，可以充分利用空间资源，在不增加系统带宽和发送功率的的情况下，能够有效地对抗无线信道衰落，大大提高通信系统的频谱利用率和信道容量。 为了进一步提高频谱利用率，改善系统的性能，可以采用自适应传输技术。自适应传输技术就是根据信道情况自适应地调整发送参数，从而达到一定的优化目标。主要是根据由于信道衰落引起的信道变化，在固定误码率系统中增加系统容量；固定吞吐量的系统中提高传输质量。将MIMO技术与自适应传输技术相结合可以更好地优化系统的性能。 有限状态的Markov模型经常用来研究随机过程的特性。在Markov模型中，随机过程被划分成一组离散的状态，于是该过程的动态特性就可以由状态间的转移来描述。本文首先对有限状态的Markov模型进行了详细介绍，并利用该模型对Rayleigh衰落信道进行了分析，通过仿真验证了其准确性。基于有限状态的Markov模型，针对瑞利平坦衰落信道下的MIMO-MRC系统，本文提出一种在极大化频谱效率的目标下根据接收机实时输出信噪比进行自适应调制的方法。通过将MIMO-MRC系统接收机输出信噪比建模成有限状态Markov链，对应于每个状态确定相应的调制方式，从而确定根据接收机输出信噪比进行调制方式切换的切换门限。通过在MIMO Jakes信道下的仿真实验，验证了该方法的准确性。在极大化频谱效率的目标下，该方法可以取得比传统的门限方法更好的性能。 本文最后对分集和复用系统的误码性能进行了分析，并以码字的最小欧式距离准则对MIMO分集和复用模式切换系统的误码性能进行了分析，仿真表明切换系统的性能要好于单独使用分集或复用模式的性能。MIMO信道的条件数可以建立成一个两状态的Markov链，每个状态对应于一种发送模式。利用该Markov模型，本文对分集和复用切换系统的由于反馈时延而引起的切换错误概率进行了分析。