文档介绍：华中科技大学
博士学位论文
MIMO/OFDM系统自适应空间子信道分配算法及差分空频时设计
姓名:卢小峰
申请学位级别:博士
专业:信息与通信工程
指导教师:朱光喜
20061020
华中科技大学博士学位论文
摘要
新一代的移动通信系统需要支持高速率、高可靠性的数据传输。MIMO 技术和
OFDM 技术相结合,作为 B3G (Beyond 3G)物理层传输的系统架构,能够对抗衰
落、适应高信道容量、高比特信息速率等宽带多媒体应用的需求。为了提高
MIMO/OFDM 系统的性能,科研工作者们提出了很多系统设计方案,其中,多天线
技术往往采用某一种形式,如,波束成形、空时分组码、空时分层码、空时格型码
等等,优化目标主要是系统的误码性能或者信道容量。本文在国家“十五”863 计划重
大专项课题“新一代蜂窝移动通信系统无线传输链路技术研究(FuTURE/B3G)”
(2001AA123014)和国家自然科学基金重大项目“未来移动通信系统基础理论与技
术研究”(60496310)的资助下,从系统设计的角度出发,以多天线技术为核心,结
合自适应技术和差分设计技术,研究了基于 MIMO/OFDM 架构的多天线系统设计方
案,以及无线资源的多用户分配问题。
论文的研究分两个大方向:信道状态信息可以获知的条件下,多天线自适应传
输设计;信道状态信息无法获得的条件下,多天线差分方案设计。对第一个方向,
我们做了较多的研究。
本文结合波束成形技术和自适应传输技术,从空间复用的思路出发,提出了一
种基于多用户 MIMO/OFDM 系统的空间子信道分配算法。传统的波束成形技术利用
特征值最大的空间子信道来传递信息,它是以最大化接收信噪比为设计目标;而我
们以最大化系统吞吐量为目标,考虑了所有的空间子信道,在满足恒定的总发射功
率和一定的 QoS(误比特率)的条件下,推导出子载波分配的行列式准则,给出了
相应的自适应算法流程。为了降低计算复杂度,我们进一步提出了简化的基于时频
块分组的自适应算法。
在实际的通信系统中,发射端往往无法获得完全正确的信道信息,其中最主要
的误差来源于信道信息的反馈延迟,我们引入均值反馈模型,在空间子信道分配算
法中加入修正参数,在此基础上对多用户资源分配方案进行了修改,并给出算法流
程。另外,信道的大尺度衰落,会带来我们所熟悉的“远近效应”。为了避免处在小
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区边缘的用户总被排除在算法分配之外,有必要对所有用户采用“公平原则”进行处
理。本文借鉴“比例公平调度算法”来修正我们的空间子信道分配算法,从而保证
各个用户资源分配的相对公平。
论文对空间子信道分配算法进行了延伸,结合空间子信道和空时分组码进行联
合设计,从而获得发射分集增益和波束成形增益。我们在保证发射功率恒定和一定
的 QoS(误比特率)约束条件下,以获取最大的系统吞吐量为目标,推导了子载波
分配准则,并给出了相应的自适应资源分配算法流程。基于空间子信道和空时分组
码的联合设计方案,优化了系统的误比特率性能,降低了误比特率的门限要求,有
助于提高算法的稳健性。
在一些特殊的情况下,信道估计很困难,发射端无法获得信道状态信息,这时
候需要采用差分方案,差分空时分组码(DSTBC)是一种流行的方案。当发射机按
照差分方案进行发送,接收机采用非相干检测方法时,译码性能会有所下降,为了
尽可能地提高系统的误码性能,需要更加充分地利用信道资源。本文进一步研究并
分析了 TCM 和差分空时分组码在 OFDM 系统中的链接应用,提出了相应的差分空
频时三维编码方案(DSFT),描述了多天线差分编码的过程和原理,分析了编码/译码
的复杂度,推导了该差分空频时链接码在非相干检测下的分集增益和编码增益,理
论分析和数据仿真表明,我们所提出的差分多天线编码方案可以获取满的空间和频
域的分集增益,有很好的性能表现。
关键词:多入多出/正交频分复用空间子信道分配算法自适应资源分配
多用户分集系统吞吐量 QoS 差分空频时编码
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Abstract
The next-generation munication systems are required to provide high
data-rate, high reliable transmission. MIMO/OFDM system, as a main promising solution
for B3G, is efficient for wideband multimed