分布式MIMO-OFDM的功率分配与自适应调制技术

摘要

下一代移动通信要求大容量和高质量的数据传输，因此多输入多输出系统中的正交频分复用技术受到学术界及产业界的关注。现有的集中式MIMO-OFDM系统的多根收、发天线均分别集中于一处，而分布式MIMO-OFDM系统的多根收、发天线均分别分布于不同的地理位置。与集中式MIMO-OFDM相比，分布式MIMO-OFDM系统的各对收发天线间链路更加独立，具有大容量、低功耗、更好的覆盖、对人体的低电磁损害等优势，被认为是未来无线通信系统中的重要技术。 分布式MIMO-OFDM系统比集中式MIMO-OFDM系统具有更大的优势，同时也具有其自身的特点。因此需要研究分布式．MIMO-OFDM系统适用的自适应技术，以合理分配系统的开销，同时还要改善或者保证系统性能。 考虑到分布式MIMO-OFDM：系统的上述问题，目前在分布式MIMO-OFDM系统的自适应功率分配、自适应调制以及和自适应技术密切相关的信噪比估计技术方面的研究还比较少。本文拟在上述三个方面做一些工作： 本文针对在总的发射功率恒定的情况下，如何对子载波的功率进行分配以提高分布式MIMO-OFDM系统性能的问题，在多径衰落信道下，研究了一种对子载波进行功率分配的算法及其优化算法。仿真结果表明，在考虑大尺度衰落的COST207 TU信道下，在误码率为10<'-3>和BPSK调制时，具有功率分配的分布式MIMO。OFDM系统与无功率分配的STBC分布式MIMO-OFDM系统相比，能够获得4 dB左右的性能增益。该算法在分布式MIMO-OFDM系统的性能要好于其在集中式MIMO-OFDM系统中的性能。同时，将两个子载波分为一组的优化自适应功率分配算法性能比未进行子载波分组前的性能有0.4 dB的损失。 本文针对如何减小分布式MIMO-OFDM系统发射功率的问题，根据注水原理和贪婪算法，在多径衰落信道下，研究了一种对系统子载波进行比特和功率分配的自适应调制算法及其优化算法，使得在满足所要求的系统性能的同时，系统的发射功率最小。仿真结果表明，在考虑大尺度衰落的COST207 Tu信道下，采用MQAM调制方式，在误码率为10<'-3>时，与最大似然检测的STBC分布式MIMO-OFDM系统相比，自适应调制的分布式MIMO-OFDM系统能够获得约2.3dB的性能增益；和最大似然检测的VBIAST分布式MIMO-OFDM系统相比，获得的性能增益更明显。仿真结果还表明，该算法在分布式MIMO-OFDM系统中的性能要好于其在集中式MIMO-OFDM系统中的性能。同时，将两个子载波分为一组的优化自适应调制性能与未进行子载波分组前的性能近似。在本文研究的分布式MIMO-OFDM系统自适应功率分配和自适应调制算法中，考虑到自适应技术对信号功率的影响，现有的AWGN信道中的信噪比估计算法无法直接使用，因此需要根据两种不同自适应技术的特点重新设计，相应提出了基于均方误差的两种自适应技术的噪声功率估计方法。仿真结果表明，这种噪声功率估计方法在两种自适应技术下都有较好的估计性能。自适应功率分配的分布式MIMO-OFDM系统估计精度要稍好于自适应调制的分布式MIMO-OFDM系统的估计精度，并且在不同信噪比下其性能也比较稳定，而自适应调制的分布式MIMO-OFDM系统在中低信噪比时存在较大的估计误差。 本文在分布式MIMO-OFDM系统自适应技术和信噪比估计技术方面的研究成果，可应用于下一代基于分布式MIMO-OFDM思想的分布式蜂窝移动通信网、分布式无线局域网、分布式数字无线电视/广播等无线通信系统的信号处理技术中，具有重要的理论及经济价值。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图目录、表目录、缩略词表、主要数学符号表

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第一章绪论

1.1引言

1.2论文背景

1.2.2 OFDM技术概述

1.2.3 MIMO技术概述

1.2.4分布式天线系统概述

1.3分布式MIMO研究现状

1.3.1分布式MIMO的空时译码方法与检测

1.3.2分布式MIMO的系统容量、信道特性与无线资源管理

1.4链路自适应技术概述

1.4.1自适应功率控制技术

1.4.2自适应调制技术

1.5信噪比估计技术

1.5.1信噪比估计的目标

1.5.2信噪比估计算法概述

1.6本文的研究问题和贡献

1.6.1问题描述

1.6.2本文主要贡献

1.7论文结构及内容安排

第二章无线信道模型

2.1引言

2.2无线信道传播特性

2.2.1大尺度衰落

2.2.2小尺度衰落

2.3分布式MIMO-OFDM系统信道模型

2.4本章小节

第三章分布式MIMO-OFDM系统的自适应功率分配技术

3.1引言

3.2分布式MIMO-OFDM自适应功率分配系统模型

3.3分布式MIMO-OFDM系统的自适应功率分配算法

3.4基于子载波分组的优化自适应功率分配算法

3.5仿真结果及分析

3.6本章小节

第四章分布式MIMO-OFDM系统的自适应调制技术

4.1引言

4.2分布式MIMO-OFDM自适应调制系统模型

4.3分布式MIMO-OFDM系统的自适应调制算法

4.3.1 Water-filling原理

4.3.2 Greedy算法

4.3.3 MIMO信道的SVD分解和预编码理论

4.3.4比特和功率分配算法

4.4基于子载波分组的优化比特和功率分配算法

4.5仿真结果及分析

4.6本章小节

第五章分布式MIMO-OFDM系统的信噪比估计技术

5.1引言

5.2 AWGN信道中的信噪比估计算法

5.2.1信噪比的最大似然估计算法

5.2.2均方误差估计算法

5.3自适应分布式MIMO-OFDM系统的信噪比估计算法

5.3.1本文自适应功率分配中的信噪比估计算法

5.3.2本文自适应调制中的信噪比估计算法

5.4仿真结果及分析

5.5本章小节

第六章结束语

6.1全文总结及主要贡献

6.2下一步工作的建议和未来研究方向

致谢

参考文献

个人简历

攻读硕士学位期间的研究成果