摘 要

当今社会正处于信息时代，发达的通信是信息时代的重要标志。近几十年来，各种各样的通信业务和宽带数据业务有了长足的进步和飞速的进展。虽然形势喜人，但是在发展过程中也暴露出很多问题，其中一个就是无线资源比如说频谱资源并不是无穷无尽的，可用的资源越来越少。因此当代的无线通信技术的研究重点之一是如何更合理高效的使用有限的无线资源，节约资源的同时保证无线通信的可靠性和有效性。

对于无线通信面临的这两种问题，这些年来，国内外科学家一直致力研究，寻求解决问题的方法，相应的发表了各种理论与技术，其中，较为突出的就是MIMO-OFDM系统以及AMC自适应调制与编码技术，这两种技术，在很大的程度上可以解决无线通信在发展过程中面临的困境。

在MIMO-OFDM系统方面，本文首先介绍了MIMO-OFDM系统的基本知识和相关模型，包括对MIMO技术和OFDM技术的相关介绍。对于自适应调制编码即AMC，研究AMC的基本原理与实现。结合LTE，着重研究根据信道条件选择AMC方案的原理，重点分析使用AMC时MIMO-OFDM系统频谱效率，并与不采用AMC时进行比较分析。

关键词：MIMO-OFDM ；自适应调制编码；频谱效率；有效性

Abstract

We are living in the information age, and developed communication is an important symbol of the information age. Various wireless communication and broadband data business got huge development. Although the situation is very well, many problems are exposed in the process of development. One of the problem is that wireless resources such as spectrum resources are not inexhaustible and fewer and fewer resources are available. So one of the research of the modern wireless communication technology is how to use the limited wireless resources more reasonably and efficiently. Save resources and at the same time guarantee the reliability of the wireless communication and effectiveness.

In order to solve the problem faced by wireless communication, in these years, domestic and foreign scientists have been studying about this. So theory and technology constantly emerging, and MIMO-OFDM system and Adaptive Modulation and Coding is a major breakthrough. Both of these technologies can solve the problem to some degree.

About MIMO - OFDM system, this paper introduced the basic principle of MIMO and OFDM system and channel model firstly, and learning the principle and MIMO - OFDM system basic model. Then for Adaptive Modulation and Coding-AMC, the paper discussed the basic principle and realization of AMC. Combined with LTE , We emphatically studied the principle of how to choose AMC scheme based on channel condition and selective analysis the MIMO -OFDM system spectrum efficiency when using AMC. Compare with the situation not using AMC.

Key Words: MIMO-OFDM; Adaptive Modulation and Coding; spectral efficiency; validity

目 录

第1章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2 研究目的及意义 2

1.3 国内外研究现状 2

1.4 本文主要内容和结构 3

第2章 MIMO-OFDM系统理论基础 4

2.1 MIMO系统理论基础 4

2.1.1 MIMO系统模型 4

2.1.2 几种MIMO技术 4

2.2 OFDM系统理论基础 5

2.2.1 基于FFT的OFDM系统原理 6

2.3 MIMO-OFDM系统 7

2.3.1 MIMO-OFDM系统模型 8

第3章 自适应调制与编码AMC 10

3.1 数字调制技术 10

3.1.1 BPSK 10

3.1.2 QPSK 11

3.1.3 MPSK 12

3.1.4 16QAM以及MQAM 12

3.1.5 加性高斯白噪声信道中的误码率 13

3.2 频谱效率 15

3.3 自适应调制与编码的原理 15

3.3 与AMC相关的参数 16

3.4 基于误码率阈值确定方法 17

第4章 MIMO-OFDM系统中的自适应调制技术 19

4.1 OFDM中的自适应调制技术 19

4.2 MIMO-OFDM中的自适应调度技术 20

第5章 LTE系统中AMC MIMO-OFDM的频谱效率的分析 22

5.1 LTE 物理层 22

5.1.1 LTE 帧结构 22

5.1.2 LTE时隙结构和物理资源 23

5.1.3 LTE物理层信道结构和关键技术 24

5.2 LTE系统中自适应调制与编码 25

5.2.1 编码调制技术 25

5.2.2 链路自适应技术 25

5.2.3 LTE系统中AMC的实现 26

5.3 LTE系统中AMC MIMO-OFDM的频谱效率的分析 29

第6章 总结与展望 31

6.1 全文总结 31

6.2 下一步的工作展望 31

参考文献 32

致谢 33

第1章 绪论

信息是这个时代的标志，而通信是信息的核心。无线通信已经贯彻到人们生活和工作的方方面面。我们希望实现能随时随地和任何人进行通信，不受时间地点与方式的限制。要达到这样的要求，无线移动通信是亟待解决的首要和核心的问题。我们要求它应能够提供综合语音、视频和移动数据多种业务的多媒体服务的能力，这是通信技术业务发展的大趋势^[1]。为了达到上述目标，各种无线通信业务和宽带数据业务近几十年取得长足的进步，但是无线资源比如说频谱资源并不是无穷无尽的，可用的资源越来越少。因此当代的无线通信技术的研究重点之一是如何更合理高效的使用有限的无线资源，节约资源的同时保证无线通信的可靠性和有效性。在研究期间，国内外的研究人员提出了许多新技术和新理论，其中就有MIMO-OFDM技术和自适应调制编码AMC。传统的单输入单输出的天线系统具有一个通信上不可突破的瓶颈，就是Shannon容量限制。MIMO多天线技术能够突破无线信道给通信做的一个实际的物理限制，充分利用频带资源，在不占用额外的频谱带宽和天线总发射功率的前提下，大大的减少无线信道衰落的影响，有效地提高通信系统的信道容量和频谱利用率^[2]，现在，MIMO技术已经是第四代移动通信技术的重要组成部分。正交频分复用（OFDM）是一种特殊的多载波传输方案，是一种调制技术，也是一种复用技术^[3]。OFDM系统可以很大程度上减小频率选择性衰落和窄带干扰带来的影响。自适应调制与编码（AMC），一种自适应的编码调制技术，可以一定程度上提高无线通信系统的频谱效率，是实现链路自适应的关键手段之一。

本文讨论关于AMC的实现原理，结合LTE系统，着重学习研究在LTE系统中，是否使用AMC对MIMO-OFDM系统频谱效率的影响。

1.1研究背景

无线通信是当下最热门、最活跃的研究领域之一。无线的通信打破了上世纪通信必须有线的物理限制，使我们能够的在无线电波能够去的任何地方实现通信，正是因为如此，无线极大的拓宽了通信的空间，增加了通信的活力。到2016年年底，中国移动4G用户预计达到5亿。人们对无线通信产业不断提高的要求推动了无线通信技术的发展和创新。