多用户mimo-ofdm系统自适应资源分配算法研究

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1、兰州大学研究生学位论文多用户M1MO．OFDM系统自适应资源分配算法研究1．1研究背景第一章引言随着社会的发展，移动通信系统从最初的模拟系统到GSM、CDMA，再到GPRS／CDMA2000、3G和超3G(Systembeyond3G)，甚至更久以后，技术地更新是日新月异。现在国内3G技术的牌照何时发放已被炒得沸沸扬扬，3G技术即将进入了人们的日常生活。3G技术基于多媒体口业务，相对于以前的技术而言，传输容量更大，灵活性更高。但是随着人们对于多媒体应用和服务的要求，需要带宽更宽的无线技术与功能更强的终端来

2、支持，对用户而言，更需要不同环境之间的无缝传输、良好的服务质量(qualityofservice，Qos)，3G技术容量的局限性和带宽能力的有限性就体现出来，于是超3G技术就应运而生。超3G的信息传输能力要比3G高出50倍以上，最高传输速率将超过100Mbit／s，但传输质量相当于甚至优于3G。为了实现高速率的传输，超3G的通信带宽要比3G的宽很多，每个超3G信道将占用100MHz的频谱，相当于3G的20倍。它可以实现蜂窝、无绳、WLAN、短距离连接及有线之间全球漫游和互通，实现无缝通信，而且在应用过程中

3、网络的每比特成本要低于3G等等。虽然现在3G技术还没有完全投入商用，但是超3G的研究已经开始好多年了，随着人们对于通信容量和多媒体业务的要求，超3G将会是不可替代的历史潮流。超3G移动通信包含很多关键技术，例如软件无线电、OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMul邱le)，全球技术和多入多出天线MIMO(Multiple—inputMul邱le-output)等等，其中又以OFDM和MIMO技术最受瞩目。OFDM技术的主要思想就是在频域内将给定的信道分成许多正交子信道，在每个子

4、信道上对一个子载波进行调制，各子载波并行传输，这样，尽管总的信道是非平坦的，即具有频率选择性，但是每个子信道是相对平坦的，并且在每个子信道上进行的是窄带传输，信号带宽小于信道的相应带宽，可以大大消除信号波形间的干扰。不仅能够对抗频率选择性衰落或窄带干扰，而且也提高了频谱利用率。而MIMO技术则是在发送端和接收端使用多元天线阵列获得空分复用增益，当接收天线大于或等于发送天线时，Rayleigh衰落下MIMO信道容量与发送天线数兰州大学研究生学位论文多用户MIMO-OFDM系统自适应资源分配算法研究成线性关系

5、，在无需耗费额外功率和带宽的条件下大大增加了信道容量，显著改进传输链路质量。多天线技术可以有效地改善系统容量及其性能，显著的提高网络的覆盖范围和可靠性，非常适合于多媒体业务和互联网的使用。随着蜂窝移动通信、因特网和多媒体业务的发展，世界范围内无线通信的容量要求在迅速增长，多入多出天线(MMo)和多址接入正交频分复用(OFDM)相结合的多用户MIMO．OFDM技术受到广泛关注。多用户MIMO．OFDM技术为每个用户提供部分可用子载波来实现多址接入，通过OFDM调制把频率选择性MIMO衰落信道分解成一组平行的

6、平坦衰落信道，又利用MIMO提高了信道容量。在固定调制方式的多用户MIMO．OFDM系统中，为了满足系统性能的要求，通常根据衰落最大的子信道确定发射端子载波、功率和比特分配。但是无线信道具有频率选择性，不是所有的子信道都同时处在比较深的衰落情况中，因此采用自适应的子载波、比特和功率分配算法，即根据各个用户的信道状态信息、用户需要以及传输比特等为每个用户分配子信道，然后在信道增益好的信道上分配的比特、功率多一些，在衰落比较厉害的信道上分配的比特、功率少一些，这样不仅可以减少相互间的干扰，最重要的是，可以十分

7、接近系统最大的频谱效率，从而充分利用信噪比高的子信道来提高系统性能。1．2自适应资源分配技术的分类(1)反向与前向(上行和下行)反向链路的资源分配指的是从移动台到基站方向的信号传输过程中的资源分配，其目的是适时的调整移动台的资源，使得各移动台的发送端满足发射总功率限制或者是总比特限制。而前向链路的资源分配就是从基站向移动台方向的资源分配，其目的是适时的调整基站的资源，使得基站的发送端满足发射总功率限制或者是总比特限制。(2)开环和闭环开环技术就是根据接收到的信号信息判断传输信道的特性，从而调节自己的发射比

8、特和功率。闭环技术是在开环技术的基础上发展过来的，以反向链路为例，基站把预测到的移动台发射信号值与给定值进行比较，然后把比较的结果反馈给移动台作为其调整功率和比特的依据。这样就形成了一个闭环控制系统。开环技术实现起来方法简单，但是存在弊端，而闭环技术精确性要明显提高，只是实现比较复杂。(3)子载波分配2兰州大学研究生学位论文多用户MIMO-OFDM系统自适应资源分配算法研究在多用户环境下，同一时刻多个用户共享信道资源，在自适应