快時(shí)變衰落信道下OFDM系統(tǒng)移動(dòng)自適應(yīng)技術(shù).pdf

1、截止到2015年底，我國(guó)高速鐵路(HSR)營(yíng)運(yùn)里程達(dá)到了1.9萬(wàn)公里，占世界高鐵營(yíng)運(yùn)的60％以上;我國(guó)主導(dǎo)的第四代(4G)移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)時(shí)分雙工-長(zhǎng)期演進(jìn)(TD-LTE)也已經(jīng)開始大規(guī)模的商用。高鐵的迅猛發(fā)展，對(duì)高速列車調(diào)度與控制以及乘客寬帶無(wú)線通信服務(wù)提出了更高的要求。在高速移動(dòng)環(huán)境下，多普勒效應(yīng)（頻率偏移）導(dǎo)致無(wú)線信道快時(shí)變衰落，高鐵密閉車體又使得信號(hào)損耗嚴(yán)重，從而嚴(yán)重影響系統(tǒng)性能。本文利用自適應(yīng)傳輸技術(shù)來(lái)對(duì)抗由此帶來(lái)的系統(tǒng)性能嚴(yán)重惡

2、化，重點(diǎn)研究快時(shí)變場(chǎng)景下基于信道狀態(tài)信息(CSI)的傳統(tǒng)自適應(yīng)技術(shù)，超高速移動(dòng)場(chǎng)景下基于速度信息的移動(dòng)自適應(yīng)技術(shù)和中速場(chǎng)景下基于速度和信道信息的增強(qiáng)型移動(dòng)自適應(yīng)技術(shù)。在高移動(dòng)環(huán)境下，由于難以得到完備CSI，因此針對(duì)傳統(tǒng)自適應(yīng)技術(shù)和增強(qiáng)型移動(dòng)自適應(yīng)技術(shù)，本文重點(diǎn)研究了非完備CSI的情況。
　　首先，傳統(tǒng)的自適應(yīng)技術(shù)通常基于信道信息來(lái)完成系統(tǒng)參數(shù)的自適應(yīng)調(diào)整，即根據(jù)信道信息來(lái)完成系統(tǒng)參數(shù)的配置。本文提出了三種基于信道信息的傳統(tǒng)自適應(yīng)方

3、案。第一種是在存在載波頻率偏移(CFO)場(chǎng)景下，提出基于完備和非完備信道條件的功率和比特自適應(yīng)方案。所提出的最優(yōu)功率分配方案使用M進(jìn)制正交幅度調(diào)制(MQAM)，滿足平均功率和誤比特率(BER)限制，可最大化正交頻分復(fù)用(OFDM)系統(tǒng)的平均頻譜效率(ASE)，并得到系統(tǒng)ASE的閉合表達(dá)式。第兩種是基于快時(shí)變場(chǎng)景下，提出了完備和非完備信道信息的功率和比特自適應(yīng)方案。所提算法在最大化ASE的目標(biāo)下，使每個(gè)子載波滿足BER約束條件，實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)

4、功率和比特分配，推導(dǎo)給出了自適應(yīng)系統(tǒng)ASE的閉合表達(dá)式，并分析了信道估計(jì)誤差和時(shí)延的影響。第三種是高移動(dòng)環(huán)境下基于完備和非完備信道信息的比特和子載波帶寬自適應(yīng)(RSBA)方案。所提算法在最大化ASE的目標(biāo)下，完成自適應(yīng)子載波帶寬和比特分配，給出了ASE的閉合表達(dá)式，并分析了信道估計(jì)誤差和時(shí)延的影響。通過(guò)利用信道信息自適應(yīng)調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，上述方案減小了頻偏或者速度對(duì)系統(tǒng)性能的影響，有效地提高了系統(tǒng)的頻譜效率。
　　其次，在超高速移動(dòng)環(huán)

5、境下，由于接收端信道估計(jì)誤差的存在和信道信息反傳時(shí)延的影響，發(fā)射端很難獲得準(zhǔn)確信道信息。但發(fā)射端獲得速度信息卻相對(duì)較容易。據(jù)此，本文提出了僅僅基于速度信息來(lái)完成系統(tǒng)參數(shù)的自適應(yīng)調(diào)整方法（不需要信道信息），即移動(dòng)自適應(yīng)技術(shù)。本文提出了兩種移動(dòng)自適應(yīng)方案。分析和仿真表明，所提的僅基于速度信息的比特和子載波帶寬移動(dòng)自適應(yīng)方案在快時(shí)變信道環(huán)境下，可以有效地提升系統(tǒng)性能。對(duì)于基于速度統(tǒng)計(jì)信息的功率和比特移動(dòng)自適應(yīng)方案，可實(shí)現(xiàn)ASE的最大化。通過(guò)自

6、適應(yīng)地調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，減小了速度對(duì)系統(tǒng)性能的影響，與非自適應(yīng)技術(shù)相比性能提升明顯，特別是當(dāng)速度變化較明顯時(shí)性能提升更大。
　　接著，提出了基于速度和信道信息的增強(qiáng)型移動(dòng)自適應(yīng)技術(shù)。因?yàn)樵趯?shí)際的系統(tǒng)中，估計(jì)信道信息雖然不夠準(zhǔn)確，若聯(lián)合較為準(zhǔn)確的估計(jì)速度信息也可以進(jìn)一步提升系統(tǒng)性能。針對(duì)中速移動(dòng)環(huán)境，提出了基于完備和非完備信道信息并聯(lián)合速度信息的功率和比特自適應(yīng)方案。所提算法以最大化ASE為目標(biāo)，通過(guò)不同速度和信道信息條件，給出最優(yōu)功率

7、和比特分配方案。非完備信道信息是利用最小均方誤差(MMSE)準(zhǔn)則獲得存在誤差的估計(jì)信道，同時(shí)考慮反饋時(shí)延的影響。仿真結(jié)果表明，與基于信道信息的傳統(tǒng)自適應(yīng)方法和基于速度信息的移動(dòng)自適應(yīng)方法相比，所提的增強(qiáng)型移動(dòng)自適應(yīng)技術(shù)方案性能更佳。
　　最后，針對(duì)變速度移動(dòng)通信系統(tǒng)，提出了綜合移動(dòng)自適應(yīng)方案。在低速移動(dòng)時(shí)，由于可以獲得較為準(zhǔn)確的信道估計(jì)信息，應(yīng)采用傳統(tǒng)自適應(yīng)方案;對(duì)于中等移動(dòng)速度，盡管信道估計(jì)誤差較大，但仍然可用，故采用上述基于信