[发明专利]基于自适应功率分配的多用户MIMO-OFDM系统的实现方法

说明书

技术领域

本发明属于高级国际移动通信(IMT-Advanced)领域，特别涉及自适应调制、频率选择性衰落信道处理、多路存取通信、多用户接入、资源管理、最优化、MIMO-OFDM等技术，具体是一种基于自适应功率分配的多用户MIMO-OFDM系统的实现方法。

背景技术

MIMO-OFDM技术作为下一代移动通信(4G/IMT-Advanced)系统的核心技术，已成为产业界和学术界关注的热点。对于多用户MIMO-OFDM系统中的下行链路，即广播信道，常用的发送方式有脏纸编码(DPC)技术，迫零波束形成(ZFBF)技术，迫零-脏纸编码(ZF-DPC)技术。合理的发送方式只有结合有效的调度方案才能更好地利用系统资源。目前，无线资源管理一般有两个主要的优化问题，分别是基于发射功率限制的总速率最大化和基于速率要求的最小化发射功率。在实际系统中，总速率的最大化并不能保证每个用户的速率要求，因为信道条件好的用户可能长期占用服务，而信道条件差的用户可能长时间得不到服务。而基于速率要求的优化方案，充分考虑了公平性以及多用户的不同服务需求，同时可以有效控制基站的发射功率，降低小区之间的干扰。

蜂窝式移动通信系统采用的频分复用、时分复用、码分多址等多址接入方式。它们均为干扰受限系统，干扰的大小将直接影响到系统容量的大小。因此有效的克服和抑制干扰就成为移动通信系统中最主要、最关键的问题之一。除了多址干扰本身直接的影响外，由于“远近效应”和“边缘效应”等现象都会导致系统容量下降和实际通信服务范围的缩小等。解决这些问题的一个最有效的方法是采用功率控制(Power Control)技术。功率控制的目标是减小无线节点的能量消耗，减轻网络中的信号干扰，更好的利用无线媒体，达成所需要的通信要求。因此可以认为功率控制是改善与提高蜂窝移动通信系统可靠性的核心技术之一。功率控制技术在CDMA和WCDMA网络中有着不可替代的作用。目前，功率控制问题已得到各个学科领域学者的广泛关注，作为学术热点已作了大量的工作，取得了一系列研究成果，提出了各种新的功率控制算法。从集中式功率控制到分布式功率控制，从等功率控制到基于业务质量的功率控制，穿插运用其中的算法还有分为统一门限和自适应门限算法，单比特定步长功率控制到多比特变步长功率控制等算法，目的都在于实现通信质量的最优化和系统容量的最大化。

发明内容

本发明的目的，是提出一种自适应功率分配的多用户MIMO-OFDM系统，在确保所要求的QoS前提下，以实现系统整体传输功率的最小化，节约无线通信的相关资源。

本发明的技术方案为：基于自适应功率分配的多用户MIMO-OFDM系统的实现方法，系统包括发射端与接收端，发射端有K个用户，分配给不同的子载波，发射端通过自适应调制器输出复符号信号，IFFT/IDFT模块将复符号转换为时域信号，再插入CP，信号历经频率选择性衰弱信道，在接收端被移除保护CP，FFT/DFT将接收信号转换为频域信号，历经自适应解调器，最终分离出1，2，...，K个用户的比特信息，系统给每个用户分配一个副载波，并确定相应的比特数量，每个副载波获得一定的传输功率，在一定时延和频率选择性衰弱信道条件下，实现自适应功率分配：

1)、建立数学模型：

建立目标函数并考虑其优化，令c_k，n为[0，M]之间的一个实数，c_k，n表示第k个用户的比特数量，c_k，n分配给第n个子载波，M是能够被每个副载波传输的“信息比特/OFDM符号”的最大值；K和约束参数ρ_k，n(k＝1，...，K)为目标函数的参量，作为第n个副载波的分享因子，总共有N个副载波，目标函数的优化如下：