短波MIMO通信技術(shù)研究.pdf

1、短波通信的信道特性復(fù)雜、帶寬受限、穩(wěn)定性差，導(dǎo)致通信可靠性差，數(shù)據(jù)傳輸速率不高，限制了許多業(yè)務(wù)的應(yīng)用。MIMO技術(shù)能夠提供空間復(fù)用和空間分集的增益，有望應(yīng)用于短波通信中提升系統(tǒng)的整體性能。然而，如果發(fā)送信號(hào)與MIMO信道條件不匹配，會(huì)造成MIMO系統(tǒng)性能的損失。
　　預(yù)編碼技術(shù)在發(fā)射端對(duì)信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，將發(fā)射信號(hào)的功率集中在信道的特征方向上，從而改善了MIMO系統(tǒng)的整體性能。但是，由于短波MIMO信道存在明顯的空間相關(guān)性和反饋延遲

2、，傳統(tǒng)的預(yù)編碼技術(shù)無(wú)法直接應(yīng)用到短波通信中。針對(duì)短波MIMO信道的空間相關(guān)性和反饋延遲問(wèn)題，本文分別提出了對(duì)應(yīng)的解決方案。
　　短波通信使用的天線尺寸較大，由于空間面積有限，實(shí)際短波MIMO系統(tǒng)在天線陣元之間存在著明顯的空間相關(guān)性，而且傳播介質(zhì)電離層容易受到環(huán)境因素的影響，信道特征方向出現(xiàn)不均勻分布的現(xiàn)象。傳統(tǒng)的格拉斯曼碼本適用于獨(dú)立同分布的瑞利衰落信道，信道特征方向是各向同性均勻分布的，在短波相關(guān)信道中不再適用。本文根據(jù)HF M

3、IMO信道矩陣的特點(diǎn)和Gesbert模型建立了HF MIMO信道的相關(guān)模型，考慮接收相關(guān)、模式相關(guān)和發(fā)送相關(guān)三個(gè)部分的空間相關(guān)性。然后分析了它們對(duì)碼本設(shè)計(jì)的影響，提出了一種適用于短波相關(guān)信道下的復(fù)合式碼本設(shè)計(jì)方法，并采用霍夫曼編碼進(jìn)一步減少了平均反饋比特?cái)?shù)目。仿真實(shí)驗(yàn)表明復(fù)合式碼本能夠有效提升HF MIMO系統(tǒng)的誤碼性能。
　　短波通信中具有多種傳播模式，信號(hào)傳播過(guò)程中可能存在電離層的多次反射，因此信號(hào)的傳播延時(shí)較大，產(chǎn)生的反饋延

4、遲會(huì)影響發(fā)射端預(yù)編碼矩陣的準(zhǔn)確性，降低預(yù)編碼系統(tǒng)的性能。針對(duì)此問(wèn)題，本文提出采用信道預(yù)測(cè)的方法來(lái)降低反饋延遲對(duì)系統(tǒng)性能的影響，將短波線性時(shí)變信道建模為一個(gè)高階ARMA濾波器，根據(jù)短波信道的先驗(yàn)知識(shí)和ITS信道模型提取信道的時(shí)域特征，并將其用于信道預(yù)測(cè)模型中濾波器的參數(shù)估計(jì)。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)分析，驗(yàn)證了信道預(yù)測(cè)模型的準(zhǔn)確性，采用信道預(yù)測(cè)方法能夠有效降低反饋延遲對(duì)預(yù)編碼系統(tǒng)性能的影響，而且相比于已有的ZF和MMSE接收方法，信道預(yù)測(cè)方法能夠進(jìn)一