一種基于二維波束的mimo-ofdm系統(tǒng)功率分配算法

一種基于二維波束的mimo-ofdm系統(tǒng)功率分配算法

1高速無(wú)線傳輸由于色散技術(shù)可以有效克服通道的無(wú)序色散，提高光譜利用率，因此它非常適合于高速無(wú)線傳輸。而OFDM技術(shù)和MIMO技術(shù)的結(jié)合則可以增加分集增益和提高系統(tǒng)容量文獻(xiàn)本文以文獻(xiàn)2自適應(yīng)分配功能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，本系統(tǒng)是一個(gè)基于2D發(fā)射波束，并結(jié)合Alamouti空時(shí)編碼的自適應(yīng)MIMO-OFDM系統(tǒng)。自適應(yīng)控制單元根據(jù)接收端反饋的信道狀態(tài)將輸入比特流按照一定的比特和功率自適應(yīng)地分配到K個(gè)子載波上，每個(gè)子載波上所分配的功率和比特分別為P[k],b[k]。根據(jù)分配情況，各子載波上的比特流被映射到不同星座圖上的星座點(diǎn)，構(gòu)成信號(hào)S圖2為2D本征波束形成的結(jié)構(gòu)圖，令假設(shè)接收端已知信道狀態(tài)，則第k個(gè)子載波上的接收信號(hào)可表示為式中，V[k]表示在接收端每個(gè)子載波上的加性高斯白噪聲，其均值為0，方差為N圖1中的反饋信道模型采用延時(shí)信道反饋模型式中，根據(jù)文獻(xiàn)式中，J3目標(biāo)函數(shù)的求解本文采用自適應(yīng)算法的目的是在滿(mǎn)足一定發(fā)射功率及目標(biāo)BER的條件下達(dá)到最大數(shù)據(jù)率。根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，每?jī)蓚€(gè)OFDM符號(hào)構(gòu)成一個(gè)空時(shí)編碼塊，因此，該最優(yōu)化問(wèn)題可描述為：利用拉格朗日法可將式（7）表示為無(wú)約束條件的最優(yōu)化問(wèn)題，即拉格朗日代價(jià)函數(shù)：式（8）中并未加入誤碼率的約束條件，在后續(xù)的推導(dǎo)中將加入這一條件。為了使拉格朗日代價(jià)函數(shù)最小，對(duì)于拉格朗日乘子λ及所有子載波而言，式（8）可以表示為為了尋找最優(yōu)的λ，以滿(mǎn)足誤碼率的要求，必須找出BER和分配給每個(gè)子載波上的bit和功率的關(guān)系。對(duì)信道做本征分解，即文獻(xiàn)式（11）表示了最小均方歐氏距離和子載波所分配的bit、功率及目標(biāo)誤碼率之間的關(guān)系。對(duì)于方形QAM來(lái)說(shuō)，由文獻(xiàn)由式（13）可知，b[k]和P[k]之間的關(guān)系為單調(diào)遞增的關(guān)系，λ為該函數(shù)關(guān)系曲線上的某一點(diǎn)的斜率。綜合式（9）、（11）、（12）和（13），即可找尋到最優(yōu)λ從而使式（8）最小。為了解決搜尋最優(yōu)λ過(guò)程中的快速收斂和識(shí)別最優(yōu)λ的問(wèn)題，本文采用了文獻(xiàn)1）對(duì)給定的平均目標(biāo)誤碼率，利用式（11）求得每個(gè)子載波上的最小均方歐氏距離；2）取初始λ3）令λ4）令ε→0，令D=│P5）將P4算法性能評(píng)估本文選擇了傳輸速率和計(jì)算復(fù)雜度兩方面作為評(píng)估和比較算法性能的標(biāo)準(zhǔn)。在仿真中，假設(shè)接收端已知信道狀態(tài)，調(diào)制方式為0、2、4、6、8bit/symbol的QAM調(diào)制方式。4.1性能對(duì)比仿真圖3是利用bisection算法在平均參量反饋信道下進(jìn)行自適應(yīng)bit和功率分配后的傳輸速率的仿真情況，并與文獻(xiàn)仿真結(jié)果表明兩種算法在不同反饋狀況下的最優(yōu)化性能相近，且均大于無(wú)自適應(yīng)時(shí)的速率。4.2基于re黨組織有限元的gaedy算法圖4是仿真當(dāng)子載波及傳輸比特?cái)?shù)增加時(shí),對(duì)算法的復(fù)雜度評(píng)估。仿真參數(shù):子載波數(shù)K=64,256個(gè),信噪比從0～30dB,以3dB步進(jìn),2個(gè)發(fā)射天線,2個(gè)接收天線,Greedy算法對(duì)每個(gè)子載波進(jìn)行每增加1bit的最優(yōu)化判斷，其算法復(fù)雜度為O(N5采用bisector算法尋找最優(yōu)拉格朗日乘子對(duì)于采用基于平均量反饋模型的自適應(yīng)MIMO-OFDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，利用每個(gè)子載