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多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)与正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)结合的MIMO-OFDM技术已成为新一代宽带无线移动通信网的关键技术之一。MIMO-OFDM技术具有不增加带宽的情况下提高频谱效率,以及有效地解决频率选择性衰落与符号间干扰问题等优点。当前MIMO-OFDM技术比较关注的是空间复用、空间分集和波束赋形及结合有限反馈的波束赋形等关键技术。但在实际通信场景中,一方面考虑到用户对传输速率和服务质量(Quality of Service,QoS)有较高的需求,另一方面由于实际通信场景的复杂性,从而引起信号在传播过程中的频率选择性衰落。单一采用某种传输模式难以满足通信需求。因此,论文针对这一问题研究MIMO-OFDM系统中传输模式的适应性问题。
本研究主要内容包括:首先,分析研究MIMO-OFDM技术现状、存在的问题,并以多用户MIMO-OFDM系统为背景,重点研究了MIMO-OFDM系统中几种常见传输模式在不同场景或信道条件下的适应性问题。其次,以LTE-Advanced为背景,对IMT-Advanced MIMO信道进行建模。针对多用户MIMO-OFDM技术中的空间复用、空间分集和波束赋形及结合有限反馈的波束赋形等关键技术,研究了它们在不同无线场景下的误码性能并结合不同场景分析了各种技术的适应性。研究结果表明:采用空间分集技术时系统性能最佳;采用波束赋形技术的系统性能要显著优于空间复用;基于有限反馈的波束赋形技术能进一步降低LTE-Advanced系统的误码率。最后,基于有限状态的Markov模型,在深入研究了空间分集和空间复用两种传输模式的误码性能的基础上,分析研究了一种基于信道条件数的自适应模式切换算法。通过建立一个两状态的Markov过程,利用电平穿越率(Level Crossing Rates,LCR)来计算状态转移概率和系统平均切换错误概率,并利用该Markov模型,分析了不同切换门限下的状态转移概率和系统平均切换错误概率。仿真表明:自适应切换算法可以根据当前多用户MIMO-OFDM信道条件,在空间分集与空间复用之间实现自适应切换,从而使得系统性能得到改善。