一種新的mimo系統(tǒng)自適應(yīng)調(diào)制算法

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1、一種新的MIMO系統(tǒng)自適應(yīng)調(diào)制算法報(bào)告人∶鄭國強(qiáng)2004.12.25西安電子科技大學(xué)信息科學(xué)研究所7/15/20211主要內(nèi)容1.MIMO系統(tǒng)2.鏈路自適應(yīng)技術(shù)3.MIMO鏈路自適應(yīng)技術(shù)及問題4.新的自適應(yīng)算法的理論依據(jù)5.算法流程6.仿真結(jié)果及性能分析7.結(jié)論及問題7/15/202121.MIMO系統(tǒng)的基本原理MIMO技術(shù)的核心思想：是信號的空間-時(shí)間聯(lián)合處理，將數(shù)字信號固有的時(shí)間緯度與多個(gè)空間分離天線帶來的空間維度聯(lián)合起來。有效的利用無線鏈路中的隨機(jī)衰落和延遲擴(kuò)展來成倍地提高傳輸?shù)乃俾屎涂?/p>

2、靠性。7/15/202132.鏈路自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)的基本思想無線通信環(huán)境的特點(diǎn)非自適應(yīng)系統(tǒng)存在的問題基于信道質(zhì)量的自適應(yīng)傳輸----鏈路自適應(yīng)（LA）鏈路自適應(yīng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)7/15/202143.MIMO自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)及問題若一個(gè)多輸入多輸出MIMO系統(tǒng)，具有MT個(gè)發(fā)射天線和MR個(gè)接收天線，采用線性模型接收信號時(shí)兩可表示為：H是描述MIMO系統(tǒng)信道的信道矩陣，為MRXMT的復(fù)矩陣，用hij表示矩陣H的第ij個(gè)元素，代表從第j根發(fā)射天線到第i根接收天線的信道衰落系數(shù)；n是用MRX1的列矩陣描述

3、的加性高斯白噪聲這里：（1）7/15/20215由矩陣的奇異值（SVD）分解理論：任何一個(gè)MRXMT的矩陣H可以分解為：這里，Λ是非負(fù)對角矩陣；U和V為酉矩陣，即滿足UUH=IMR，VVH=IMT（2）7/15/202167/15/20217在標(biāo)準(zhǔn)的MIMO系統(tǒng)鏈路自適應(yīng)方法中，利用矩陣奇異值（SVD）分解的方法存在以下幾個(gè)缺點(diǎn)：·在發(fā)射端必須準(zhǔn)確的知道矩陣V和信道的衰減，這就意味著需要通過反向信道傳輸大量的附加信息；·把發(fā)射端信號矢量X和矩陣V左乘增加了傳輸信號的峰均比PAPR，所以，信號對由

4、高功率放大器所引入的非線性失真非常敏感；·盡管接收機(jī)端可能有最新的信道狀態(tài)信息CSI，但在信號檢測過程中所用的CSI必須和在發(fā)射端原來使用的相同；7/15/202184.新的自適應(yīng)算法的理論依據(jù)條件：針對單用戶的MIMO系統(tǒng)，且信道為平衰落的準(zhǔn)靜態(tài)無線信道。分析：令則有：矩陣H的逆矩陣由得到：7/15/20219根據(jù)上式，第i個(gè)發(fā)射天線所發(fā)射的信號的估計(jì)值可以表示為：估計(jì)值由于受到來自個(gè)接收天線的加性噪聲的影響而產(chǎn)生失真。假如在所有接收機(jī)上產(chǎn)生的噪聲相同，平均噪聲功率為N0。7/15/20211

5、0第i個(gè)發(fā)射天線的信噪比為：這里Pi是發(fā)射端第i個(gè)發(fā)射天線的信號功率；取決于發(fā)射天線的信號功率及接收機(jī)的實(shí)現(xiàn)第二項(xiàng)取決于信道的特性7/15/2021115.算法流程7/15/202112不同的調(diào)制模式之間切換門限的確定7/15/2021137/15/202114功率分配根據(jù)注水原理的最佳自適應(yīng)功率分配：在平均發(fā)射功率受限的條件下，當(dāng)信道狀態(tài)好時(shí)，增大發(fā)射功率；而當(dāng)信道質(zhì)量下降時(shí)，發(fā)射功率隨之減小。問題：系統(tǒng)的不穩(wěn)定性。根據(jù)文獻(xiàn)[3]，如果率為連續(xù)可變的，則功率控制為信道容量所帶來的增益可以忽略；

6、但實(shí)際的調(diào)制方式所提供的率都是離散的，此時(shí)，功率控制就尤為重要，需要功率控制來填補(bǔ)離散的率間的空隙，功率控制可以使頻譜效率提高0.5bit.7/15/202115滿足傳輸要求？目標(biāo)BER或系統(tǒng)平均通過量功率分配計(jì)算SNRi選擇編碼調(diào)制方式刪除具有最低SNR的天線計(jì)算新的信道矩陣編碼調(diào)制模式，功率分配模式切換門限計(jì)算信道矩陣H7/15/2021166.仿真結(jié)果及性能分析4發(fā)射和4接收天線的系統(tǒng)?？蛇x擇的調(diào)制方式有十種：BPSK、QPSK、8-QAM、16-QAM、32QAM、64QAM、128QA

7、M、256-QAM、512QAM、1024QAM。四種目標(biāo)誤碼率分別為7/15/202117不同目標(biāo)誤碼率下的系統(tǒng)吞吐量7/15/202118MIMO系統(tǒng)吞吐量的概率分布7/15/202119選擇某種調(diào)制方式傳輸?shù)母怕?/15/202120發(fā)射天線和接收天線數(shù)均為8的仿真正結(jié)果7/15/2021217.結(jié)論及問題對于兩種仿真結(jié)果的系統(tǒng)吞吐量同理論的分析結(jié)果存在一定的差別。目標(biāo)誤碼率BER為10-4，發(fā)射天線和接收天線均為4的系統(tǒng)，所觀察的系統(tǒng)性能有12dB的下降。把發(fā)射和接收天線數(shù)加倍后，系統(tǒng)的

8、性能下降增加到14dB。對于性能的下降存在許多原因：仿真中使用了最簡單的檢測技術(shù)；發(fā)射端僅有信道狀態(tài)信息的部分信息；可利用的編碼調(diào)制方式受到限制；在系統(tǒng)中沒有使用自適應(yīng)功率分配。7/15/202122算法的進(jìn)一步改進(jìn)根據(jù)本算法存在的問題，設(shè)想采用聯(lián)合發(fā)送端和接收端的自適應(yīng)功率分配和編碼調(diào)制算法，基本思想如下：1在系統(tǒng)的開始由接收端和發(fā)射端分別根據(jù)CSI確定調(diào)制方式和功率分配；接收端根據(jù)發(fā)射端的功率和調(diào)制分配方案對有關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整；2之后，由接收端根據(jù)CSI確定調(diào)制方式及功率分配，并分析整個(gè)分配方