无线MIMO多载波通信系统中链路自适应技术的研究

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随着社会的进步,人们生活水平不断提高,用户对无线通信的速率和可靠性要求也越来越高。如何在有限的频谱资源和恶劣的环境中高效的传输信号成为当前的重要问题,多载波技术能有效对抗多径衰落、提高频谱利用率;MIMO技术有效的改善系统性能、提升系统容量;链路自适应技术随着信道变化能够动态跟踪系统以便及时调整参数,进一步提升系统性能。因此,本文针对多载波通信系统中自适应比特分配算法进行了深入研究,主要研究内容如下:  首先,阐述了自适应技术的研究背景和现状,介绍了无线衰落信道分类和MIMO信道的模型,详细介绍了MIMO技术中的空时编码,自适应分配的原则和理论。  其次,对Chow算法、贪婪算法、Fischer算法等经典算法在衰落信道下仿真实现比特、功率分配,分析信噪比与误码率之间的关系,同时分析了不同算法相应的复杂度和存在的不足点。对贪婪算法的比特加载采用变步长的方式改进,分析了改进算法的复杂度和性能,结果表明在性能上基本上一致情况下,复杂度减少一半。针对Fischer算法改进,先进行功率预分配,将分配功率为零的子载波则剔除,直到所有的子载波功率大于零。比特的分配与Chow算法过程相似,以信噪比为24dB例,改进算法误比特率比改进前降低6.7倍。针对子载波功率比较分配算法中,比特初始分配不能进入循环的情况给予说明,并将质量好的信道尽可能多的分配比特,将被舍弃的信道的功率均分给质量好的信道,以保证传输的可靠性,结果表明改进算法的性能优于改进前。  然后,研究 MIMO 系统中自适应调制方法,该设计方法以误码率不超过某个给定的阈值为基础,根据信噪比范围选择合适的调制方式,尽可能提高传输能力。为了更好的观察调制过程,描绘出信噪比与运行时间的关系曲线,清楚地展现自适应过程中每次调制的方式。在保证可靠性的前提下,每个码元均可获得较高的比特数,提高频谱利用率。  最后,本文引入了一种基于奇异值分解(SVD)的预编码技术,将自适应调制技术应用到MIMO-OFDM系统中。从频谱效率、误码率两个指标上进行了比较,结果表明随着信噪比的增大,自适应与未自适应系统之间频谱效率的差值也变大。针对自适应MIMO-OFDM系统和SISO-OFDM系统在不同的子载波(N=32,64,128,256)和保护间隔(GI=16,32)下进行仿真,仿真结果表明在子载波为64,间隔为16时系统性能较优。虽然两个系统误码率都能达到同样的量级,但是需要的能量相差较大,当BER-10-3,MIMO-OFDM 系统比 SISO-OFDM 系统性能提高了约 0.6dB。再将LDPC码与MIMO-OFDM系统相结合,仿真结果表明,采用编码系统性能明显优于未编码系统。
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