ofdma-mimo系统区分用户移动速度的无线资源自适应分配算法的研究

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1、西南交通大学硕士研究生学位论文一第1页1．1项目背景及目的第1章绪论随着我国火车六次大提速，磁悬浮、高速铁路、高速公路等高速移动环境下的用户的通信需求也不断壮大。在欧洲、日本等发达国家，如德国的ICE、日本的新干线等高速铁路的时速均在200．300km／h。在中国，上海的磁悬浮列车的时速更是可达400km／h以上，去年建成投入运营的武广高铁也跑出了394km／h的时速。铁道部在2010年的全国铁路工作会议上提出：在未来三年之内，将投资9000亿元建设高铁，使2012年底全国的高速铁路总里程达到1．3万公里。随着高速铁路的不断发展，高速移动环境下的通信需求将会大幅增加。为

2、了能够适应高速移动状态无线通信业务需求，业界对于高速移动环境下的通信相关技术研究也随之渐热【l母】。新一代的移动通信需要能够满足用户对高速移动环境下的宽带数据通信的需求。相比低速及静止状态，高速移动状态下用户的多普勒频移较大，信道质量变化较快，小区切换频繁，这对无线通信提出了更高的要求。高速移动状态下的多普勒效应对OFDMA(正交频分多址接入，OrthogonalFrequencyDivisionMultipleAccess)系统的性能将产生严重的影响[9】。OFDMA系统对频率偏移十分敏感，频率的偏移将会破坏子载波之间的正交性，从而引起严重的载波间干扰(Interch

3、annelInterference，ICI)。同时，高速移动环境下的多径效应将会导致接收信号强度在很小的传播距离或是很小的时间间隔内快速变化；不同路径信号多普勒频移的变化将引起的随机频率调制等一系列问题，这将是高速无线宽带通信需面临的严重挑战。用户处于高速移动状态时，其在某一个小区停留的时间将极大的减小，从而导致用户频繁的在各个小区间进行切换。用户在高速移动的情况下，信道质量在较短的时问内快速变化，完全实时的反馈信道状态信息将会造成信道反馈信息量过大，给系统造成较大的负担。同时，在高速移动环境下，MIMO(多输入多输出，Multi—InputMulti．Output)系

4、统信道估计可能还没有完成，信道状态就已经发生了变化，此时，完全实时的反馈信道状态信息已不可能。综上所述，OFDMA—MIMO系统中高速移动状态下的通信相比低速移动以及静止状态的通信面临着更多的难题。目前对于高速移动环境下的研究，大多集中在频偏估计与快速切换两个领域，对于在保证用户的QoS需求的前提下，如何利用高速移动环境信道特性，合理的分配无线资源的相关研究却极度缺乏，而资源分配是否合理，将极大的影响系统的性能。西南交通大学硕士研究生学位论文第2页1．2研究现状分析OFDMA技术是实现高速移动环境下宽带通信的一种很好的技术选择。相比较传统的FDMA(频分多址接入，Fre

5、quencyDivisionMultipleAccess)技术，OFDMA允许载波间相互重叠，极大的提高了频谱的利用率。贝尔实验室的Telatar和Foschini的研究显示：在无线衰落环境下，采用MIMO技术可以成倍的提高无线通信系统的信道容量，MIMO系统的信道容量近似与收发天线数目的最小值成正以10，ll】。这意味着，在不增加带宽和天线发送功率的情况下，通过增加收发两端的天线数目就能大幅度的提高无线系统的频谱效率。同时，还可以利用MIMO的分集技术来提高通信质量。目前OFDMA．MIMO系统下无线资源分配相关研究文献，分为两类：一类假设发射端能够完全准确的获知信道

6、状态信息(ChannelStateInformation，CSI)[12-15】。完全获知准确的信道状态信息需要大量的信息反馈，造成较大的信息冗余。并且，对于高速移动环境下的通信，由于反馈存在一定时延，多径以及多普勒频移效应导致信道状态在短时间内发生较大的变化，完全实时的反馈高速用户的信道状态信息几乎不可能，因而不适用于高速用户，而低速用户则因信道质量变化较慢，可以认为发射端获得的低速用户的信道状态信息是完全的，这与假设条件较符，故此种算法适于用低速用户。另一类则假设由于反馈间隔以及反馈时延的存在，发射端只能获得部分的状态信道信息，或者说获得的信道状态信息不完整，不能充

7、分反映出当前的信道质量，发射端需对当前的信道状态进行估计【16。211，这一类算法的假设条件，比较符合高速移动状态下的信道质量状况，因而可以用于高速用户的资源分配。QAM调制技术其星座图的星座点问的最小欧氏距离能与QAM信号能量存在一定的数学关系【22,23】。并且，当信道条件己知时，可根据星座图的最小欧氏距离值计算出QAM信号的误码性能，反过来，也能根据QAM信号误码率要求计算出所需的最小欧氏距离值。据此，根据最小欧氏距离值还可以计算出QAM信号能量值。因而当信道条件已知时，根据误码率性能要求，可以推算出当前信道条件下满足此误码率的不同