分布式MIMO-OFDM系统中自适应调制技术研究

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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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