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MB-OFDM超宽带系统自适应比特分配算法的研究

作　者: 宋云霞
导　师: 王德强
学　校: 山东大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 超宽带 MB-OFDM 自适应比特分配
分类号: TN919.72
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

超宽带作为一种新兴的、适用于短距离的无线数据传输技术,打破了以往窄带系统功耗大、速率低的传输方式,为无线通信的发展开辟了新的机遇,它更以高数据传输率(可达100Mbps-1Gbps)、抗多径能力、穿透性强和高通信容量等优点,被认为是未来短距离无线通信最理想的实施方案,具有十分重要的研究意义。但是由于超宽带信道面临更为严重的频率选择性衰落,导致超宽带信号产生能量衰减或者波形畸变,严重影响了系统的传输性能。自适应技术能够有效提高频谱利用率和抗干扰能力,并能通过动态调整调制方式、传输功率及编码方案等系统参数,有效提高超宽带系统的抗噪声性能。另外,自适应技术能在不增加系统硬件复杂度的前提下,大大改善无线通信网络的性能。本文主要考虑采用自适应传输策略增强系统性能。本论文完成的主要工作可以概括为以下几方面：1.在H.Rohling和C.Fellenberg研究的连续比特分配(Successive Bit Loading,SBL)算法基础上,提出了一种复杂度更低的ISBL算法,该算法依然是基于剩余信噪比的概念,以系统误码率最小化为优化目标。由于该算法引入了群分比特的思想,使其算法复杂度只会与子载波允许携带的最大比特数相关。仿真证明：与SBL算法相比,ISBL算法拥有更低的复杂度,收敛更快,且性能无损失。2.本文对比分析了几种典型的固定功率比特分配算法的性能,并针对超宽带系统的传输环境及其功率严格受限这一特性,对提出的ISBL算法在多载波OFDM系统和MB-OFDM-UWB系统中的性能分别进行了仿真分析,与两种典型的平均功率比特分配算法进行了比较,并探讨了ISBL算法在提高UWB覆盖范围方面的性能。结果表明：1)与固定调制的WiMedia通信系统相比,采用自适应传输能够更好地提高MB-OFDM系统的误码率性能。在OFDM系统中,当误码率为10-2时,最多能够获得大约9.8 dB的信噪比增益；在MB-OFDM超宽带系统中,当BER=10-3、系统传输速率为106.7Mb/s时,CM1信道环境下的自适应系统可获得1.5dB的信噪比好处。同样,在CM3信道环境下,性能增益可达2dB以上,并且性能改善随着速率的增大而增加。2)SBL算法和ISBL算法的性能仿真结果显示：在Rayleigh信道和UWB信道仿真环境中,两者的误码性能完全一致,对比表明改进的ISBL算法在降低复杂度的同时并没有带来性能损失；且两种算法在UWB环境中的性能优于Rayleigh信道环境。3)与基于MPSK的BER最小化算法(Cao’s算法)相比,基于MQAM调制的ISBL比特分配算法在提高UWB覆盖范围方面具有一定的优势。例如,在MB-OFDM系统中,当PER=8%、传输速率为106.7Mb/s时,在CM1信道环境下,WiMedia系统可传输12.2m,采用Cao’s算法的自适应系统可以传输14.8m,采用ISBL算法的自适应系统可传输15.1m；同样CM3信道环境下,三种系统分别可传输11.8m、14.6m及14.75m。

全文目录

摘要  8-10
ABSTRACT  10-12
符号说明  12-13
第一章绪论  13-22
  1.1 超宽带的发展历史  13-18
    1.1.1 超宽带的定义  14-15
    1.1.2 超宽带的实现方式  15-17
    1.1.3 超宽带的特点及挑战  17-18
  1.2 自适应技术概述  18-20
    1.2.1 自适应资源分配的概念  19
    1.2.2 自适应资源分配的研究现状  19-20
  1.3 本文的研究意义和内容安排  20-22
第二章 MB-OFDM-UWB系统原理与模型  22-34
  2.1 ECMA标准概述  22-23
  2.2 物理层结构及相关参数  23-27
  2.3 MB-OFDM-UWB系统模型  27-33
    2.3.1 发射机  27-32
    2.3.2 接收机  32-33
  2.4 本章小结  33-34
第三章 OFDM系统的自适应资源分配算法  34-56
  3.1 OFDM自适应技术概述  34-40
    3.1.1 OFDM的基本原理  34-36
    3.1.2 OFDM自适应系统模型  36-40
  3.2 自适应资源分配准则  40-41
    3.2.1 速率最大化准则  40
    3.2.2 裕量最大化准则  40-41
    3.2.3 误码率最小化准则  41
  3.3 自适应调制方法的选择  41-42
    3.3.1 MQAM调制方式  41-42
    3.3.2 MPSK调制方式  42
  3.4 几种经典固定功率比特分配算法  42-49
    3.4.1 Chow算法  43-44
    3.4.2 基于MPSK调制的BER最小化算法  44-46
    3.4.3 SBL比特分配算法  46-49
  3.5 改进的ISBL比特分配算法  49-53
    3.5.1 ISBL算法概述  50-52
    3.5.2 ISBL算法复杂度分析  52-53
  3.6 仿真结果与分析  53-55
    3.6.1 仿真环境设置  53
    3.6.2 仿真结果与分析  53-55
  3.7 本章小结  55-56
第四章资源分配算法在MB-OFDM系统中的应用  56-73
  4.1 UWB信道模型  56-62
    4.1.1 UWB多径信道模型  56-60
    4.1.2 UWB信道衰落模型  60-62
    4.1.3 UWB信道功率限制  62
  4.2 自适应MB-OFDM系统模型  62-63
  4.3 固定功率比特分配算法在MB-OFDM中的性能比较  63-67
    4.3.1 仿真环境设置  64
    4.3.2 仿真结果与分析  64-67
  4.4 自适应比特分配算法在UWB网络覆盖中的应用  67-72
    4.4.1 仿真环境设置  68
    4.4.2 仿真结果分析  68-72
  4.5 本章小结  72-73
第五章总结与展望  73-75
  5.1 总结  73
  5.2 展望  73-75
参考文献  75-79
致谢  79-80
硕士期间发表论文  80-81
学位论文评阅及答辩情况表  81

MB-OFDM超宽带系统自适应比特分配算法的研究

内容摘要

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