1、2022-3-211一種新的一種新的MIMO系統系統 自適應調制算法自適應調制算法報告人鄭國強2004.12.25西安電子科技大學信息科學研究所西安電子科技大學信息科學研究所2022-3-212主要內容主要內容 1. MIMO系統系統2. 鏈路自適應技術鏈路自適應技術3. MIMO鏈路自適應技術及問題鏈路自適應技術及問題4. 新的自適應算法的理論依據新的自適應算法的理論依據5. 算法流程算法流程6.仿真結果及性能分析仿真結果及性能分析7.結論及問題結論及問題 2022-3-213 1. MIMO系統的基本原理MIMO技術的核心思想：技術的核心思想： 是信號的空間是信號的空間-時間聯合處理，將數

2、字信號固有時間聯合處理，將數字信號固有的時間緯度與多個空間分離天線帶來的空間維度聯的時間緯度與多個空間分離天線帶來的空間維度聯合起來。有效的利用無線鏈路中的合起來。有效的利用無線鏈路中的隨機衰落和延遲隨機衰落和延遲擴展擴展來成倍地提高傳輸的速率和可靠性。來成倍地提高傳輸的速率和可靠性。 2022-3-214 2.鏈路自適應技術鏈路自適應技術自適應技術的基本思想自適應技術的基本思想無線通信環境的特點無線通信環境的特點非自適應系統存在的問題非自適應系統存在的問題基于信道質量的自適應傳輸基于信道質量的自適應傳輸-鏈路自適應（鏈路自適應（LA）鏈路自適應中的關鍵環節鏈路自適應中的關鍵環節 2022-3

3、-215 3. MIMO自適應調制技術及問題自適應調制技術及問題nHxy 若一個多輸入多輸出MIMO系統，具有MT個發射天線和MR個接收天線，采用線性模型接收信號時兩可表示為：TMRyyyy21TMTxxxx21H是描述MIMO系統信道的信道矩陣，為MRXMT 的復矩陣，用hij表示矩陣H的第ij個元素，代表從第j根發射天線到第i根接收天線的信道衰落系數；n是用MRX1的列矩陣描述的加性高斯白噪聲這里：這里：（1）2022-3-216 由矩陣的奇異值（SVD）分解理論：任何一個MRXMT的矩陣H可以分解為：HHVUTTTRRRMMMMMM這里，是非負對角矩陣；U和V為酉矩陣，即滿足UUH=IM

4、R，VVH=IMT（2）2022-3-217nxVUyHnUxVyUHHHnxy2022-3-218 在標準的MIMO系統鏈路自適應方法中，利用矩陣奇異值（SVD）分解的方法存在以下幾個缺點： 在發射端必須準確的知道矩陣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，信號對由高功率放大器所引入 的非線性失真非常敏感； 盡管接收機端可能有最新的信道狀態信息CSI，但在 信號檢測過程中所用的CSI必須和在發射端原來使用 的相同；2022-3-219 4.新的自適應算法的理論依據新的自適應算法的理論依據條件：針對

5、單用戶的MIMO系統，且信道為平衰落 的準靜態無線信道。 1 HGGnXQGYQX分析：令則有：矩陣H的逆矩陣HUVG1HHVUTTTRRRMMMMMM由得到：2022-3-2110 根據上式，第i個發射天線所發射的信號的估計值可以表示為： GnXQGYQX)2211RRMiMiiingngngQx估計值由于受到來自 個接收天線的加性噪聲的影響而產生失真。假如在所有接收機上產生的噪聲相同，平均噪聲功率為 N0。RM2022-3-2111第i個發射天線的信噪比為：RMjjiiigNPSNR1201這里Pi是發射端第i個發射天線的信號功率；0/ NPi取決于發射天線的信號功率及接收機的實現第二項取

6、決于信道的特性 2022-3-2112 5.算法流程算法流程2022-3-2113不同的調制模式之間切換門限的確定2022-3-21142022-3-2115功率分配 根據注水原理的最佳自適應功率分配：在平均發射功率受限的條件下，當信道狀態好時，增大發射功率；而當信道質量下降時，發射功率隨之減小。問題：系統的不穩定性。 根據文獻3，如果率為連續可變的，則功率控制為信道容量所帶來的增益可以忽略；但實際的調制方式所提供的率都是離散的，此時，功率控制就尤為重要，需要功率控制來填補離散的率間的空隙，功率控制可以使頻譜效率提高0.5bit.2022-3-2116滿足傳輸要求？目標BER或系統平均通過量功

7、率分配計算SNRi選擇編碼調制方式刪除具有最低SNR的天線計算新的信道矩陣編碼調制模式，功率分配模式切換門限計算信道矩陣H2022-3-2117 6.仿真結果及性能分析仿真結果及性能分析4發射和4接收天線的系統。可選擇的調制方式有十種：BPSK、QPSK、8-QAM、16-QAM、32QAM、64QAM、128QAM、256-QAM、512QAM、1024QAM。四種目標誤碼率分別為842110,10,10,102022-3-2118不同目標誤碼率下的系統吞吐量2022-3-2119MIMO系統吞吐量的概率分布2022-3-2120選擇某種調制方式傳輸的概率 2022-3-2121發射天線和接

8、收天線數均為8的仿真正結果2022-3-2122 7.結論及問題結論及問題 對于兩種仿真結果的系統吞吐量同理論的分析結果存在一定的差別。目標誤碼率BER為10-4，發射天線和接收天線均為4的系統，所觀察的系統性能有12dB的下降。把發射和接收天線數加倍后，系統的性能下降增加到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； 發射端僅有信道狀態信息的部分信息； 可利用的編碼調制方式受到限制； 在系統中沒有使用自適應功率分配。2022-3-2123算法的進一步改進 根據本算法存在的問題，設想采用聯合發送根據本算法存在的問題，設想采用聯合發送端和接收端的自適應功率分配和編碼調制算法，端和接收端的自適應功率分配和編碼調制算法，基本思想如下：基本思想如下：1 在系統的開始由接收端和發射端分別根據CSI確定調制方式和功率分配；接收端根據發射端的功率和調制分配方案對有關參數進行調