（信号与信息处理专业论文）链路级到系统级接口在宽带移动通信系统中的应用.pdf

独创性( 或创新性) 声明 i i l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l u l y 17 5 7 14 9 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名： 8 垄：5 熟近 同期： 趔芝! i ，2 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名： 导师签名： 日期：2 型翌：三 翌 日期：2 翌：丝 链路级到系统级接口在宽带移动通信系统中的应用 摘要 宽带移动通信技术近年来是通信技术市场的热点。系统级仿真是 评价一个通信系统性能的最重要的手段。它是对系统中用户和系统行 为的拟合来得到一些直观结果，如吞吐量等。然而，较高分辨率和较 长仿真时间要求，使得系统级仿真在实际应用中难以承受。因此在实 际中常将系统级仿真器与链路级仿真器分离，通过定义链路级到系统 级接口( l 2 s ) ，应用映射函数预测获得当前系统的性能。也正因如 此，l 2 s 接口中的映射方法非常重要，影响着整个系统仿真的性能。 在之前的文献中常用平均值和真实值接口的方法，但这两种方法不精 确且很复杂，效率不高，因此我们需要新的映射方法来评估系统。 现在比较常用的映射方法主要为两类：指数有效信噪比映射 e e s m 与基于互信息有效信噪比映射m i e s m 。虽然e e s m 的映射方 法简单且易于实现，但是由于其要求一个终端的所有子载波都必须使 用相同的调制与编码方式( m c s ) ，因此m i e s m 方法显现出其优越 性能，尤其在自适应调制和编码时，因为m i e s m 不要求一个用户的 所有子载波都使用相同的调制和编码方式，这样我们就有更大的自由 度曲设计自适应的多载波资源分配算法。 本文重点研究了m i e s m 的原理和流程，阐述该方法如何将多状 态信道特征等效变为单状态信道，对其映射方法进行了具体实现，并 分析仿真结果将其与e e s m 的性能进行比较，证明其优越性。主要 研究了m i e s m 在o f d m ，h a r q 和m i m o 系统中的应用，研究如 何进行信噪比的等效计算，并给出了对应的仿真结果和相应结论。 关键词：l 2 s 接口m i e s mo f d m 地娘qm i m o t h ea p p l i c a t i o no ft h el i n k l e v e lt o s y s t e m l e v e li n t e r f a c ei nb r o a d b a n d m o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m a b s t r a c t b r o a d b a n dm o b i l ec o m m u n i c a t i o nt e c h n i q u eh a sb e c o m eah o tt o p i c i nr e c e n ty e a r si nt h ec o m m u n i c a t i o nt e c h n i q u em a r k e t i ti sc o m m o n l y a g r e e dt h a tas y s t e m 1 e v e ls i m u l a t i o ni s t h em o s ti m p o r t a n tw a yt o e v a l u a t eas y s t e m sp e r f o r m a n c e t h i sm e t h o di st h r o u g has i m u l a t i o no f t h ea c t u a lu s e ra n dt h es y s t e m sa c t i o nt og e ts o m ev i v i dr e s u l t s u c ha s t h r o u g h p u t h o w e v e r , i ti sd i f f i c u l tf o ru st oe n d u r et h es y s t e m 1 e v e l s i m u l a t i o nf o rt h eh e a v yc o m p u t a t i o nc o s to fi tw i t hh i g hr e s o l u t i o na n d l o n gs i m u l a t i o nt i m e t h e r e f o r e ，i np r a t i c e ，as e p a r a t el i n k l e v e la n d s y s t e m - l e v e ls i m u l a t o r sa r eu s e d t h r o u g ham a p p i n gf u n c t i o no ft h e i n t e r f a c eb e t w e e nt h el i n k l e v e lt os y s t e m - l e v e l ( l 2 s ) t op r e d i c ta n dg e t t h ep e r f o r m a n c eo ft h es y s t e m i tc a nb es e e nt h a tt h em a p p i n gt e c h n i q u e o ft h el 2 si n t e r f a c ei ss oi m p o r t a n tt h a ti tc a na f f e c tt h es y s t e m s p e r f o r m a n c e a v e r a g ev a l u ei n t e r f a c ea n da c t u a lv a l u ei n t e r f a c eh a v e o f t e nb e e nu s e di np r e v i o u sr e f e r e n c e s f o rt h er e a s o no ft h e i ri n a c c u r a c y a n dc o m p l e x i t y , t h o s et w ot e c h n i q u e sa r ei n e f f i c i e n t ，t h u s ，w en e e dan e w m a p p i n gm e t h o dt oe v a l u a t et h es y s t e m a m o n gm a n yl 2 si n t e r f a c et e c h n i q u e s t h em o s tc o m m o no n e sa r e t h ef o l l o w i n gt w o ：e x p o n e n t i a le f f e c t i v es i n rm a p p i n g ( e e s m ) a n d m u t u a li n f o r m a t i o nb a s e de f f e c t i v es i n rm a p p i n g ( m i e s m ) e e s mi s as i m p l em a p p i n gm e t h o d ，i nw h i c ha l lt h es u b c a r d e r sf o ro n em o b i l e t e r m i n a lh a v et ou s et h es a m em o d u l a t i o na n dc o d i n gs c h e m e ( m c s ) c o m p a r e dt oe e s m ，m i e s mi sm o r ea d v a n c e d ，e s p e c i a l l yw h e n a d a p t i v em o d u l a t i o na n dc o d i n g ( a m c ) m e t h o di si n t r o d u c e d ，f o rt h e r e a s o nt h a ti ti sn o tn e c e s s a r yt ou s et h es a m em c sf o ra l lt h es u b c a r r i e r s o fo n em o b i l et e r m i n a lf o rm i e s m t h a tm e a n st h a tt h e r ei sb i gf r e e d o m t od e s i g na d a p t i v er e s o u r c ea l l o c a t i o na l g o r i t h m sf o rm u l t i c a r r i e rs y s t e m t h i sp a p e rf o c u s e so nt h eb a s i cp r i n c i p l e sa n dp r o c e s s e sa n dt h e i m p l e m e n tp r o c e d u r e sa n dr e s u l t so ft h em i e s mm e t h o d s h o w sh o wt o i n t e g r a t et h em u l t i s t a t ec h a n n e si n t oas i n g l es t a t e a n dt h e nc o m p a r e st h e p e r f o r m a n c eo fm i e s mw i t he e s mt op r o v et h ea d v a n t a g eo fm i e s m t e c h n i q u e 1 1 1 ep a p e rm a i n l yc o v e r st h em i e s ma p p l i c a t i o ni no f d m ， h a r qa n dm i m os y s t e m i n c l u d i n gt h ee f f e c t i v es i n rc o m p u t i n g m e t h o da n ds o m ec o r r e s p o n d i n gs i m u l a t i o nr e s u l t sa n dc o n c l u s i o n k e yw o r d s ：l 2 si n t e r f a c e ，m i e s m ，o f d m ，h a r q ，m i m o 北京邮l 【1 人学硕i ：研究生学位论文 目录 第一章绪论1 1 1 研究背景与现状1 1 2 链路级到系统级仿真接口2 1 2 1 链路级仿真，3 1 2 2 系统级仿真5 1 2 3 系统级和链路级仿真接口6 1 3 研究内容与结构1 0 1 4 研究成果：1 0 第二章基于互信息有效s i n r 映射( m i e s m ) 基本原理1 2 2 1m i - e s m 原理1 2 2 1 1 接收比特互信息( r b i r ) e s m 1 2 2 1 2j f 均每比特互信息( 删i b ) e s m 1 4 2 1 3m i - e s m 参数优化1 8 2 2 其他e s m 原理1 9 2 2 1 指数信噪比映射e e s m 方法1 9 2 2 2a w g n 信道秤量有效信噪比映射c e s m 方法2 0 2 2 3 对数有效信噪比映射l e s m 方法2 0 2 3e e s m 与m i - e s m 讨论2 l 第三章m i - e s m 在o f 叫及h a r o 中应用2 2 3 1m i e s m 在o f 删中的应用2 2 3 1 1o f d m 系统介绍2 2 3 1 2o f d m 巾s i n r 等效计算2 4 3 1 3o f d m 中调整因子优化2 4 3 1 4m i - e s m 在o f d m 中应用流程图2 5 3 1 5o f d m 中数值结果分析2 6 3 2m i - e s m 在h a r o 中的应用3 l 3 2 1 混合自动重传请求( h a r o ) 3 1 3 2 2m i - e s m 在c c 姒r q 应用原理3 2 3 2 3m i - e s m 在i ri t a r o 应用原理，3 3 3 2 4h a r o 中l 2 s 接口设计及流程图3 4 3 2 5h a r q 中数值结果分析3 6 第四章m i - e s m 在m i m o 中的应用4 0 4 1m i m o 系统概述4 0 i 北京邮i u 人学顺| i p f 究生学位论义 4 2b l a s t 系统模型j 4 0 4 2 1 最大似然( m l ) 检测4 1 4 2 2 迫零( z f ) 检测4 1 4 2 3 最小均方误差( m m s e ) 检测4 2 4 2 4 串行干扰抵消( s i c ) 检测4 3 4 3m i m o 检测仿真结果4 4 4 4m i - e s t 在m i m o 系统中的应用4 6 4 4 1m i - e s m 住m i m o 系统巾应用流稀图4 7 4 4 2z f 检测的有效s i n r 4 8 4 4 3 姗s e 检测的有效s i n r 5 1 4 4 4z f - s i c 检测的有效s i n r 5 4 4 4 5 删s e s i c 检测的有效s i n r 5 7 4 4 6m l 检测的空问复用有效s i n r 6 1 第五章总结6 3 5 1 内容回顾6 3 5 2 研究展望6 3 缩略语表6 5 致谢6 7 参考文献6 8 攻读硕士学位期问发表的学术论文7 0 n 北京邮i 【1 人学顾i ：研究生学位论文 第一章绪论 随着移动通信技术的发展，移动通信系统的普及和移动用户数的增加，移动 通信已经发展到大规模商用并成为当今不可或缺的产业之一，同时也成为人们同 常生活方式的一部分，对社会的文明和进步产生着深刻的影响。各种新的宽带数 据业务的出现对通信技术的发展也起到了巨大的推动作用，从而在移动通信领域 出现了各种新的数学与物理模型的应用。由于移动通信系统信道模型的特殊性， 在移动通信中主要依靠计算机仿真来检测和评估通信系统的性能。 1 1 研究背景与现状 为了确定宽带无线接入系统所使用的空中接口技术，如提高传输能力的物理 层传输技术调制编码技术、复用技术、h s d p a 、o f d m 等及m i m o 技术等， 需要科学评估这些技术或者多种技术的结合。评估的基本过程包括链路级评估和 系统级评估。根据链路级与系统级仿真器之间接口定义的不同可有不同的方式来 区分链路级与系统级评估的内容【1 1 。 链路级与系统级之间可能的分界点 图卜1 通信系统评估要素【1 】 在进行整个通信系统的分析设计时，有时需要快速准确地评估通信系统的性 制渊，比如知道一定的配置条件( 如信道，m c s 等) ，要较准确地评估该系统 性能( 如某用户的误帧率等) 。对于简单链路的系统，如a w g n 信道，系统评 估比较容易。但是对于宽带移动通信系统，从调制编码方式( m c s ) 到接收处 理方式，从m l m o 到o f d m 等技术在移动无线衰落信道中的广泛应用，影响移动 通信系统性能的参数非常复杂，难以进行理论上的估计。 同时，现代移动通信系统越来越多地采用自适应技术来提高系统的性能幽j 。 北京邮l 【1 人学顾i ：州究生学位论义 当发送端获得信道的一些信息后，自适应地调整改变调制编码方式( m c s ) 与 发送功率，将能获得更好的性能。发送端要进行f 确的选择，还需要能准确的预 测与评估当前系统的性能。 要考虑到每个影响系统性能参数的影响来进行系统级仿真并获得当前系统 的性能是不切实际的，因为有如下弊端i2 4 l ： 复杂度高：系统级仿真考虑的条件太多，参数量巨大导致系统级仿真的运算 量过大，且分析问题也非常困难。 效率低：需要预测某些瞬时条件下的系统性能时，希望快速得到当前系统性 能，而漫长的仿真过程显然是不现实的。 因此我们要采用链路层接l - 3 ，即链路层仿真与系统级仿真之问的接口1 3 j ( l 2 s ：l i n k 1 e v e lt os y s t e m 1 e v e li n t e r f a c e ) ，采用链路级简单的表格或映射函 数表达式来反映系统级的性能。l 2 s 接口的研究可以帮助我们通过链路级的仿 真，来评估系统级的性能。这种方法复杂度低，且分析问题方便。 目前，国内外的专家学者们已经对链路级到系统级仿真的映射做过很多的研 究1 3 1 。 在较早的文献中，链路级和系统级仿真一般采用平均值接口和真实值接口 ( a v i ) 的方法，但由于这两种方法的不精确性与复杂性，它们对于基于o f d m 技术的多载波通信系统评估不是很有效。文献【4 】讨论了基于特征值分布的映射 方法，然而计算特征值增加了计算复杂度。文献【5 】讨论了基于动态值映射的方 法( d v i ) ，该方法中，链路级与系统级仿真器并行运行，系统根据系统级仿真 器中定义的拓扑结构来计算信号功率，之后该值被实时传递给链路级仿真器来决 定传输的数据是否j 下确。d v i 方法的极度复杂性也限制了它的应用。 几个基于有效s i n r 映射( e s m ：e f f e c t i v es i n rm a p p i n g ) 概念的链路和系 统级映射方法已经在3 g p p 提案和标准化工作中被提出，且这几种e s m 的方法都 能有效地用于基于o f d m 的多载波通信系统中。两种主要的e s m 方法为1 3 j ：指数 有效s i n r 映射( e e s m ：e x p o n e n t i a le f f e c t i v es i n rm a p p i n g ) 和互信息有效s i n r 映射( m i e s m ：m u t u a li n f o r m a t i o ne f f e c t i v es i n rm a p p i n g ) 。e e s m 是一种非 常简单且易于实现的方法，要求一个终端的所有子载波都必须使用相同的调制和 编码方式( m c s ) 。而m i e s m 是一种更高级的映射方法，它不要求一个终端的所 有子载波都使用相同的调制编码方式( m c s ) 。这两种方法的基本思想是统一的， 都是要找到一个压缩函数把一组不同的s i n r 序列映射成一个单一的有效s i n r 值，然后通过这个有效s i n r 值查表得到真实的s i n r 值。 1 2 链路级到系统级仿真接口 2 北京邮i u 人学硕i j 研究生学位论文 1 2 1 链路级仿真 链路级仿真1 6 l 的目的是建立一个可以验证无线传输技术( r t r ) 链路性能的 方法和仿真平台，根据无线传输技术物理层的基本模块来建立上下行链路，并通 过信道模型连接成一条链路来仿真计算，可获得基本的b e r e 0 关系曲线。 因为在系统级仿真中，移动系统的网络规划和用户的基本服务质量要求都是 根据链路级仿真的基本性能数据束确定的，所以通过链路级仿真获得的基本性能 数据是系统级仿真的基础。 链路级仿真的传统模型包括发射机模块、信道模型、接收机模块和功率控制 同步控制模块这四部分1 6 j 。 图l _ 2 链路级仿真基本模型【6 】 1 2 1 1 链路级性能评估目标 原始误码率( r a w b e r ) 、误码率( b e r ) 和误块率( b l e r ) 这三个用于衡 量链路性能好坏的参数是3 g p p 推荐的链路级评估方法中所使用的三种评估目标 6 1 。乞l ( 相当于传统评估方法中的s n r ) 是表征链路质量的指标。下表【6 】 给出了上述三种评估目标的定义。 表卜1 链路级仿真评估目标定义【6 】 评估目标基本定义 误块率( b l e r )在解调接收端将业务信道传输块( t r c hb l o c k ) 中的每一比 特同发送端进行比较。只有当一个业务信道传输块中的全部比 特都正确接收时，此块才被视为正确接收；否则，只要产生一 个误码，该传输块就被视为误块。 误码率( b e r )在整个仿真进行期间，比较接收端和发射端的比特，计算误比 特率。 原始误码率在整个仿真进行期间，在接收端和发射端将未经过信道编、解 ( r a w b e r )码的比特进行比较，计算此时的误码率 3 北京邮l u 人学f 呗i ：i i j f 究生学位论文 在c d m a 系统中，基站( 或移动台) 接收到的干扰有两种【6 】：其他小区内 用户的干扰( i n t e r c e l li n t e r f e r e n c e ) 和本小区内干扰( i n t r a c e l li n t e r f e r e n c e ) 。如 下图所示，在一个指定小区c o 中的用户，一方面受到来自邻近小区c 1 c 6 的同 频干扰( 实箭头表示) ，而且这还只是第一层的小区间干扰，更远的小区同样会 产生干扰；另一方面，还会受到来自同一小区内其他用户的共道干扰( 虚箭头表 示) 。 一一 。1 一 图卜3 一个多小区的蜂窝移动通信系统【6 】 链路级仿真的过程【6 l 应尽可能真实地还原出一个蜂窝系统的实际干扰情况 来，干扰水平的不同以及模拟干扰水平的方法不同，都会直接影响到对系统性能 和容量的评估。 在3 g 系统中用加性高斯白噪( a w g n ) 来模拟大量独立分布的邻小区干扰， 在仿真中【6 1 ，先定义一个指定用户，并根据业务需要的不同和小区负载情况，给 该小区分配若干其他用户，他们同指定用户占用同一无线资源( 同频率、同时隙、 不同扩频码) ，对指定用户构成的小区内多址干扰的大小将直接影响到此小区内 用户的解调性能，进而影响该小区的容量【6 】；同时，在整个小区的基础上，用 a w g n 来模拟大量独立分布的小区间的多址干扰，因为大量的邻小区多址干扰 服从“中心极限定理”，所以此种干扰将决定用户信道的解调性能指标l l ，并 由此来反映整个蜂窝系统内的干扰水平，从而可以反映出全系统的容量特性。下 图给出了总的干扰仿真框副倒，包括小区内多址干扰和小区间的多址干扰。 4 北京邮i u 人学硕i ：研究生学位论文 目标用户0 。爪 多径衰落信道 一 】i 1 r ；本小谕干扰用户2 卜： qp 吨 小 ：芮 i 又 本小区干扰用户n 卜垂 邻小区多址干扰 ( a w g n 模拟) 十 目标小区为c 0 扰 1 2 2 系统级仿真 图1 4 多址干扰仿真基本框图【6 j 收信号 在一个无线通信系统中，必须通过系统级的仿真1 6 】来评估各种物理层的传输 技术对于整个系统性能的影响，确定各物理层算法的有效性等。系统级仿真对检 验规划方案和各物理层算法具有非常重要的作用。 系统级仿真主要有两种方法【6 】： a ) 动态行为方式，一般称为动态系统级仿真； b ) 静态抓拍方式，一般称为静态系统级仿真。 动态行为方式【6 l 就是让系统级仿真的过程能充分拟合真实环境中用户和系 统所采取的主要行为方式。系统级仿真的一大特点就是准确。如用户的呼叫、掉 话等，系统方面的切换和性能计算等，在这些动态行为的基础上，用统计的方法 计算出所要求的参数和结果，包括呼叫阻塞、切换掉话和系统容量等。该方法要 求事先对用户的所有行为都进行必要的概率统计性假设。有的假设可基于传统经 验公式，如话音业务的泊松到达等，而有的假设可基于对用户行为方式的合理假 设，如运动模型中用户行进中的速度、转弯概率等。 静态抓拍方式1 6 j 是一种被有关技术协议大量采纳的性能仿真方法，其将整个 系统的运转区间划分为若干个间隔，每两个间隔之间抓拍取样，通过使用蒙特卡 罗方法统计分析所有抓拍时刻的取样结果。常用移动台地理位置的配置，即“用 户地图”来区别不同的抓拍，即在一次静态仿真过程中这个“用户地图”是不变的。 在产生一个“用户地图”后，进行某种具有收敛性的过程( 比如功率控制) ，该过 5 北京l l j i j i 【i 人学顺l j 研究生学位沦殳 程收敛后，就可得到此次静态仿真的结果。 1 2 3 系统级和链路级仿真接口 系统级仿真是为了评估不同工作环境下系统和用户的性能，但由于链路的 复杂性，不可能在系统级对每条用户和基站问的无线链路进行实际的链路级仿 真，因此在系统级仿真中要处理和使用链路级仿真结果，这就是引入l 2 s ( l i n k - l e v e lt os y s t e m 1 e v e ls i m u l a t i o n ) 接1 3 的原因。在系统级，通过l 2 s 接1 3 可以不必进行实际的仿真就得到系统和用户的性能状况。 图卜5l 2 s 接口示意图 系统级仿真必要的工作之一是由即时信道状态得到相应的误块率( b l e r ) ， 从而进行下一阶段的仿真。对于这部分工作，一般的做法是在相应信道误块率表 格中进行查找，因此这种方法要求仿真系统必须有各种编码调制的链路级仿真结 果。 能够进行准确系统级仿真的关键之处是能够根据一个即时信道状态( 例如 o f d m 系统每个子载波的s i n r ) 得到相应的误块率( b l e r ) p j 。如果用一组 s i n r 值的集合来查找b l e r 值，那么链路级表格就太复杂了。为了解决这个问 题，提出了用有效信噪比映射( e s m ) 的方法把多个s i n r 值 ) ，k 先映射成一个 有效的s i n r 值) ，厅，然后再利用这个有效的s i n r 值从一条基本的a w g n 链路 级性能曲线上查找到b l e r 的估计值1 3 1 。 从有效s i n r 值到相应的b l e r 值的映射或者用一种映射查表的方式，或者 用一种近似分析表达式的方式来处理，具体过程如下【3 】： 6 北京邮l u 人学颐l ：研究生学位论文 s i n r ( 1 ) s i n r ( 2 ) s i n r ( p ) s i n r s l n r e f f b e r f e r 压缩函数映射 其中【3 】 图卜6 有效s i n r 映射方法【3 1 s i n r , # = ，一1 万1 薹1 7 j r ( s i n r n ) ) 式( 1 - 1 ) l ( x ) 为压缩函数，也叫信息测度函数，厂1 0 ) 是，g ) 的反函数。 e s m 方法应该满足下面的基本等式【3 l ： b l e r ( y t ) - b l e r a w o m ( y ) 式( 1 - 2 ) 这里的说职“) ) 表示实际仿真中对于一种特定信道状态 圪) 下的误块 率，而肚巩删( 场) 表示e s m 方法计算出的) ，够在对应的a w g n 曲线上的误 块率。需要声明的一点是：上述等式必须对所有类型的信道都是成立的，也就是 说，所有的信道条件下的s i n r 集合经过e s m 映射后，都可以只查找一条a w g n 下的性能曲线【3 1 。 实际仿真中常采用两种主要的e s m 方法【3 l ：指数有效s i n r 映射( e e s m ) 和 互信息有效s i n r 映射( m i e s m ) 。e e s m 是一种非常简单且易于实现的方法，当 使用它的时候，一个终端的所有子载波都必须使用相同的调制和编码方式 ( m c s ) 。而m i e s m 是一种更高级的映射方法，它不会要求一个终端的所有子载 波都使用相同的调制编码方式( m c s ) 。这两种方法的基本思想是统一的，都是要 找到一个压缩函数把一组不同的s i n r 序列映射成一个单一的s i n r 值，然后通 过这个值我们就能够查表得到真实的s i n r 值。 具体仿真时的映射过程1 7 】如下： 7 北京i i | l j i u 人学顺i ：f i j f 究生! 学位论艾 训练序列 上 链路级模块 彳 映射函数 1 系统级模块 、 s i n re f f ： s i n r 。y 一 如e e s m ，m i e s m f 链路适应、 b l e r a w o n 卜 调度、a r q b l e r： 篙 y 图1 - 7 链路到系统级映射过程 吞吐量、误包率等 下面给出q p s k 和1 6 q a m 在a w g n 信道下的参考曲线及参考b l e r 曲线 表格点【7 1 ，采用不同码率的卷积码。 r e f e r e n c eb l e rc u r v e s ，a w g n ，q p s k l 兰竺兰_ + 一二i i j k , c r ：3 4 - e - - o p s k , c r ：4 5 一i j 正 当 竺 仁 1 e + 0 0 1 e 0 1 1 e 0 2 1 e 0 3 图卜8a w g n 下q p s k 的误块率参考曲线【7 l 8 北京邮l u 人学颂i ：研究牛学位论文 。一。 i 1 6 0 + 圳i , c r ：1 3 r e f e r e n c eb l e rc u r v e s ，a w g n ，16 q a m - 1 - 1 6 口a mc r ：1 2l s o w l , c r ：2 3 - i 一 斟n mc r ：3 4- 4 - - 1 6 q a m c r ：4 s 图卜9a w g n 下1 6 q a m 的误块率参考曲线1 7 】 表卜2a w g n 信道下q p s k 调制方式误块率参考曲线采样点川 q p s k ，r a t e1 3q p s k ，r a t e1 2q p s k ，r a t e2 3q p s k ，r a t e3 4q p s k ，r a t e4 5 s l rb l e r s i r b l e r s i r b l e rs l rb l e rs l rb l e r ( d b )( d 哟( d b )( d b )( d b ) 1 9 41 0 0 e + 00 6 2 1 0 0 e + 0 2 6 71 0 0 e + 03 9 81 0 0 e + 04 6 61 0 0 e + 0 - 1 。7 49 9 5 e 10 8 29 4 5 e 12 8 79 9 0 e - 14 1 89 4 0 e 14 8 69 9 4 e - 1 - 1 5 48 0 3 e 11 0 23 9 5 e 13 0 76 7 6 e 14 3 83 9 8 e 15 0 67 2 8 e 一1 1 3 41 7 9 e 11 2 22 7 6 e 23 2 79 9 7 e 24 5 83 9 7 e 25 2 6 1 3 8 e - 1 1 1 44 1 0 e 31 3 24 1 3 e - 33 4 76 。5 0 e 34 7 83 3 0 e 35 4 64 9 7 e - 3 表卜3a w g n 信道下1 6 q a m 调制方式误块率参考曲线采样点阴 1 6 q a m ，r a t e1 31 6 q a m ，r a t e1 21 6 q a m ，r a t e2 31 6 q a m ，r a t e3 4 1 6 q a m ，r a t e4 5 s l rb l e rs i rb l e rs l rb l e rs i rb l e rs i r b l e r ( d b )( d 哟( d 劭 i d b ) ( d 劭 3 0 61 0 0 e + 05 8 2 1 0 0 e + 08 4 7 1 0 0 e + 01 0 1 81 0 0 e + 01 1 0 71 0 0 e + 0 3 2 69 1 4 e 16 0 29 9 4 e 18 6 79 9 2 e 11 0 3 88 9 5 e 11 1 2 79 5 1 e - 1 3 4 62 5 8 e 16 2 25 8 9 e 18 8 76 6 7 e 11 0 5 82 7 9 e - 11 1 4 73 6 0 e 1 3 5 65 7 2 e - 26 4 24 4 9 e 29 0 71 0 8 e 11 0 。7 82 0 0 e - 2 1 1 6 72 4 2 e 2 3 6 67 1 5 e 36 5 25 7 0 e 一39 2 71 1 1 e 21 0 9 81 5 7 e - 31 1 7 73 3 0 e - 3 9 3 73 8 0 e - 3 9 北京邮l 乜人学坝i ：研究生学位论文 1 3 研究内容与结构 本文重点讨论m i e s m 中m m i be s m 映射的原理、特点和其在o f d m 、h a r q 与m i m o 中的应用，并将其与e e s m 的性能进行比较。 本文结构如下： 第一章对链路级仿真及系统级仿真分别进行了介绍，并对本课题链路级到系 统级接口l 2 s 的研究现状进行了总结，指出有效信噪比映射e s m 方法是实际中 常用的l 2 s 方法。相对于e e s m ，m i e s m 不要求一个终端的所有子载波都使用 相同调制编码方式，引出了本文的研究方向。 第二章中介绍了m i e s m 的基本原理，详细介绍了详细介绍了m i e s m 中 的接收比特互信息率r b i r ( r e c e i v e db i tm u t u a li n f o r m a t i o nr a t e ) 与平均每比特 互信息m m i b ( m e a nm u t u a li n f o r m a t i o np e rb i t ) 两种方法。并简要介绍了其他 e s m 方法( e e s m ，c e s m ，l e s m ) ，并比较讨论了m i e s m 与e e s m 这两种 l 2 s 接口中常用的映射方法。 第三章详细分析了m i e s m 在o f d m 和h a r q 中的应用情况。介绍了o f d m 系统的传输过程，并详细说明了在o f d m 系统中如何应用m i e s m 映射，并将 m i e s m 与e e s m 分别映射出的结果进行了比较分析，证明了m i e s m 预测的 准确性与方法的优越性。 同时对m i e s m 映射函数进行扩展，详述了在c cm 堰q 与i rh a r q 中如 何应用m i e s m 进行映射，分析并实现了m i e s m 映射在i rh a r q 中的应用， 分析m i e s m 的预测性能。 第四章详细介绍了m i e s m 在m i m o 系统中的应用情况，介绍了m i m o 系 统的原理，分析并仿真实现了各种m i m o 检测技术的性能。针对不同m i m o 检 测技术的特点分别讨论了如何用m i e s m 进行映射与性能预测，并给出了不同 情况下相应的仿真结果。 第五章总结了本文的研究内容，并提出了下一步工作内容的展望。 1 4 研究成果 l 2 s 接口目i ； 比较常用的映射主要有指数有效信噪比映射e e s m 和基于互 信息的有效信噪比映射m i e s m 两种，e e s m 映射简单且易于实现，所以研究的 比较多，也被大多数的l 2 s 接口研究者所采用。虽然m i e s m 映射复杂度高且 不易实现，但由于其有着更高的灵活性，所以具有更广的应用前景。 本文研究了m i e s m 映射在o f d m 、h a r q 和m i m o 系统中的应用，这是 1 0 北京邮i u 人学硕i j 研究生学位论文 之前多为理论原理研究而很少应用于实际的。 ( 1 )本文不仅研究与实现了o f d m 中m i e s m 的应用，还参照e e s m 映 射中的调整因子优化方法对m i e s m 映射中的调整因子进行了优化，相应的数 值结果证明这种m i e s m 中的优化方法足可行的和有效的。 ( 2 )本文将m i e s m 扩展应用到h a r q 中，尤其是i rh a r q 。采用递增 冗余i r 机制的地娘q 每次传输的码字均不相同，因此每次重传之后数据块的大 小和码率都会相应的变化，本文在将m i e s m 应用于h a r q 时，设计了i rh a r q 下如何记录不同传输格式。 ( 3 )m i e s m 在m i m o 中应用部分，本文在别人e e s m 的研究成果上， 进行了推广，提出了利用m i e s m 映射对m ! m o 各数据流的s i n r 进行合并， 而之前人们的工作大都是用e e s m 映射应用于m i m o 进行合并。在获得每个数 据流的眦基础上，用m i e s m 方法进行映射获得等效瓯。 ：。 北京邮l u 人学坝i ：研究生学位论文 第二章基于互信息有效s i n r 映射( m i e s m ) 基本原理 2 1m i - e s m 原理 m i e s m 分为两种1 8 】= 基于每个接收到符号的交互信息产生比特交互信息 r b i r ( r e c e i v e db i tm u t u a li n f o r m a t i o nr a t e ) 和直接计算比特交互信息平均 每比特互信息m m i b ( m e a nm u t u a li n f o r m a t i o np e rb i t ) 。相对于e e s m ，m i e s m 使用的a w g n 曲线只与编码速率有关，而与调制方式无关，计算的符号交互信 息中包含了调制信息。 r b i re s m l 8 j 是先通过符号互信息( s i ：s y m b o lm u t u a li n f o r m a t