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在未来的宽带无线通信系统中,存在两个最严峻的挑战:多径衰落信道和带宽效率。近年来,正交频分复用(OFDM)技术和多输入多输出技术(MIMO)被普遍认为是克服以上两个问题的有效手段,因此成为研究热点。OFDM通过将频率选择性多径衰落信道在频域内转换为平坦衰落信道,减小了多径衰落的影响。而MIMO技术能够在空间中产生独立的并行信道,同时传输多路数据流,这样就有效地提高了系统的传输速率,即在不增加系统带宽的情况下增加频谱效率。将OFDM和MIMO两种技术结合起来的OFDM-MIMO系统可达到两种效果:很高的传输速率和很强的可靠性。
研究表明,在OFDM系统或OFDM-MIMO系统中加入自适应调制技术可以更加有效地利用系统资源,增强系统的稳定性。OFDM系统自适应调制技术就是根据各个子信道的实际情况,灵活地为每个子载波加载不同的比特数,并分配给相应的功率,这样可以优化系统的性能。
本文介绍了OFDM技术、MIMO技术的基本原理、特点及应用发展,介绍了这两种技术相结合的优势。以自适应调制技术为研究中心,总结了OFDM系统中几种基于不同优化目标的经典自适应分配算法,包括“注水”算法、Hughes-Hartogs算法、Chow算法和Fischer算法。
本文对OFDM系统中经典的自适应分配算法进行了计算量的研究,着重对Hughes-Hartogs算法的计算量进行了分析。在此基础上,分析了减小Hughes-Hartogs算法计算量的改进方案,通过仿真验证了改进后的算法大幅度降低了计算量,而性能保持稳定。采用与分析Hughes-Hartogs算法计算量相类似的方法,本文还分析了Chow算法、Fischer算法的计算量,并在仿真的基础上,得出了用DSP对Chow算法、Fischer算法进行计算所需的时间,以期对这些算法在实际中的应用提供理论依据。
本文最后介绍了OFDM-MIMO系统模型,讨论了OFDM-MIMO系统中基于V-BLAST算法的简化的比特分配(SBA)算法,分析并比较了在多种天线阵列系统中该算法的性能和计算量,得出在不同天线阵列系统中使用DSP对SBA算法进行运算的主要工作耗时。该算法是一种简化的比特分配方法,使得在天线和子载波间分配比特更为简单,接收端采用V-BLAST的迫零检测算法进行检测。与完全的比特分配算法相比,SBA算法减少了反馈信息,降低了计算复杂度,且性能与原有方式非常接近。