多用戶MIMO-OFDM系統(tǒng)自適應(yīng)子載波分配及無(wú)線協(xié)同通信系統(tǒng)性能研究.pdf

1、下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)需要支持高可靠性、高速率的數(shù)據(jù)傳輸，提供端到端的服務(wù)質(zhì)量保證。MIMO技術(shù)和OFDM技術(shù)已經(jīng)被廣泛認(rèn)為是下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)中的主要候選技術(shù)。在頻率選擇性衰落信道中，自適應(yīng)MIMO-OFDM系統(tǒng)可以用較低的復(fù)雜度，實(shí)現(xiàn)高頻譜效率、高性能通信，并通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整各種傳輸參數(shù)使系統(tǒng)資源配置能適應(yīng)信道的變化，從而提高系統(tǒng)性能。自適應(yīng)子載波分配技術(shù)就是在多用戶OFDM系統(tǒng)中，根據(jù)各個(gè)用戶的信道狀況，動(dòng)態(tài)地調(diào)整子載波資源在用戶間的分配

2、。大量的研究結(jié)果已經(jīng)證明，自適應(yīng)子載波分配技術(shù)能夠有效利用系統(tǒng)中由于隨機(jī)的用戶位置而產(chǎn)生的多用戶分集效應(yīng)，從而大幅度地提高OFDM系統(tǒng)的容量或性能。本論文針對(duì)多用戶MIMO-OFDM系統(tǒng)，開展了相應(yīng)的子載波分配的研究工作。
　　 與SISO-OFDM系統(tǒng)中對(duì)于自適應(yīng)子載波分配的研究不同，在MIMO-OFDM系統(tǒng)中，需要針對(duì)特定的優(yōu)化目標(biāo)和傳輸策略，推導(dǎo)相應(yīng)的子載波分配算法或策略。本文較為系統(tǒng)和完整地給出了多用戶MIMO-OFDM

3、系統(tǒng)的子載波分配解決方案，其中包括了不同優(yōu)化目標(biāo)和傳輸策略下的自適應(yīng)子載波分配準(zhǔn)則和算法。
　　 本文的三、四兩章分別研究了基于容量最大化目標(biāo)和波束形成傳輸策略的多用戶MIMO-OFDM系統(tǒng)子載波分配算法。以提高系統(tǒng)容量為目標(biāo)，本文第三章推導(dǎo)了不同信噪比下的子載波分配準(zhǔn)則。從數(shù)學(xué)分析和仿真結(jié)果來(lái)看，通過(guò)自適應(yīng)子載波分配可以獲得更高的系統(tǒng)容量。本章還討論了能兼顧用戶間資源分配公平性的子載波分配算法。而第四章所提出的基于波束形成的自

4、適應(yīng)子載波分配策略相對(duì)于靜態(tài)的分配方式有明顯的性能改善?？臻g分集一方面使信道的衰落程度得到了緩解，但另一方面也在一定程度上削弱了多用戶分集效應(yīng)，但自適應(yīng)子載波分配仍然能進(jìn)一步提高系統(tǒng)的性能。此外，本章還推導(dǎo)了在部分信道信息下具有較好魯棒性的子載波分配準(zhǔn)則。
　　 在無(wú)線通信系統(tǒng)中，無(wú)線信道中的信號(hào)會(huì)隨著空間、時(shí)間和頻率上的隨機(jī)波動(dòng)產(chǎn)生畸變，而分集是對(duì)抗衰落的強(qiáng)有力的技術(shù)?？臻g分集技術(shù)由于可以與時(shí)間分集、頻率分集相結(jié)合，并在其基礎(chǔ)

5、上提供極大的性能增益而成為一種很有吸引力的技術(shù)。空間分集的一種傳統(tǒng)應(yīng)用是通過(guò)天線陣列來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如MIMO技術(shù)。但是，由于尺寸、能量、價(jià)格等因素的限制，在用戶端配置多天線具有一定的困難。最近，利用用戶間協(xié)同、中繼協(xié)同和天線單元間協(xié)同等方式的協(xié)同分集技術(shù)給出了一種全新的解決方案。其原理是各用戶通過(guò)分布式傳輸和處理分享各自的天線和其它資源，從而形成一個(gè)虛擬天線陣列，構(gòu)成虛擬的MIMO系統(tǒng)。本文針對(duì)協(xié)同分集技術(shù)中的中繼協(xié)同策略問(wèn)題進(jìn)行了相應(yīng)的性

6、能分析研究。
　　 本文第五章提出了一種AF-DF混合的中繼協(xié)同模式:源節(jié)點(diǎn)廣播信號(hào)給所有的中繼節(jié)點(diǎn)，對(duì)于能正確解碼校驗(yàn)的中繼節(jié)點(diǎn)采取DF模式轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)，而其他節(jié)點(diǎn)采取AF模式轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)。這樣，既可以利用DF協(xié)同模式的高接收端信噪比，又不會(huì)因?yàn)橹欣^節(jié)點(diǎn)不能正確解調(diào)和解碼接收到的信號(hào)而造成中繼節(jié)點(diǎn)的閑置，從而有效地提高了系統(tǒng)性能和中繼節(jié)點(diǎn)利用率。此外，本章還分析了各種同信道干擾下DF協(xié)同模式的系統(tǒng)性能。
　　 本文第六章推導(dǎo)了