MIMO無線通信系統(tǒng)中的空時(shí)分組編碼研究.pdf

1、自從20世紀(jì)90年代中期以來,通過空時(shí)編碼實(shí)現(xiàn)的發(fā)射分集和空間復(fù)用方案一直是無線通信領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。多輸入多輸出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)技術(shù)能夠充分利用空間資源,提高頻譜利用率和鏈路可靠性。獲得MIMO系統(tǒng)這些好處的一個(gè)行之有效的方法就是空時(shí)編碼?？諘r(shí)編碼技術(shù)綜合考慮信道編碼、調(diào)制、發(fā)送分集和接收分集,將它們有機(jī)結(jié)合,可以有效提高M(jìn)IMO系統(tǒng)的傳輸性能。
　　 本文致力于MIMO

2、無線通信系統(tǒng)中的空時(shí)分組編碼的研究,研究內(nèi)容概述如下:
　　 首先,針對(duì)復(fù)正交設(shè)計(jì)的空時(shí)分組編碼在發(fā)射天線數(shù)大于2時(shí),不能達(dá)到最大傳輸速率的問題,研究了準(zhǔn)正交空時(shí)分組編碼,提出了適用于四發(fā)射天線的準(zhǔn)正交空時(shí)編碼方案。在平坦瑞利衰落信道下,Alamouti空時(shí)分組編碼是唯一具有正交的復(fù)矩陣設(shè)計(jì),由于編碼矩陣的正交性,可以實(shí)現(xiàn)全速率傳輸,并能獲得滿分集增益。發(fā)射天線數(shù)大于2的復(fù)編碼矩陣,若要獲得全速率傳輸,只有靠犧牲編碼的部分正交性

3、而采用準(zhǔn)正交編碼方案。在研究現(xiàn)有準(zhǔn)正交空時(shí)分組碼的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則基礎(chǔ)上,提出了可獲得全速率和部分分集增益的幾種準(zhǔn)正交空時(shí)分組編碼結(jié)構(gòu),并總結(jié)了準(zhǔn)正交編碼矩陣的構(gòu)造特點(diǎn),采取了QR分解和迫零檢測等方法對(duì)譯碼性能進(jìn)行分析。
　　 其次,空時(shí)分組編碼實(shí)現(xiàn)相干解調(diào)依賴于確知的信道狀態(tài)信息,所以MIMO信道估計(jì)對(duì)信號(hào)檢測、信道譯碼至關(guān)重要。針對(duì)時(shí)間頻率雙選擇性衰落信道下的基于疊加訓(xùn)練序列的信道狀態(tài)信息估計(jì)問題,分析了基于疊加訓(xùn)練序列

4、估計(jì)方法,提出了基于疊加信息訓(xùn)練序列和最小二乘法相結(jié)合的信道估計(jì)方法。采用等幅度的周期指數(shù)序列作為訓(xùn)練序列,同時(shí)疊加一個(gè)基于信息序列的周期序列以消除未知信息序列對(duì)訓(xùn)練序列的干擾,接收端利用接收數(shù)據(jù)的一階統(tǒng)計(jì)特性估計(jì)出信道矩陣。新的估計(jì)方法與傳統(tǒng)的估計(jì)方法比較,可以改善信道估計(jì)的均方誤差和誤碼性能,不占用額外系統(tǒng)帶寬,并能保持較高的頻帶利用率。
　　 再次,研究了頻率選擇性衰落信道下未知信道狀態(tài)信息的多天線差分編譯碼方法。在信道估

5、計(jì)困難時(shí),差分編碼是一種很好的解決方案。針對(duì)差分空時(shí)編碼ML譯碼方法的譯碼復(fù)雜度隨星座圖點(diǎn)數(shù)呈指數(shù)增加的問題,在高信噪比條件下,改進(jìn)了傳統(tǒng)ML譯碼方法。分析了最大似然檢測的差分空時(shí)編碼的傳統(tǒng)譯碼方法,提出的快速M(fèi)L譯碼方法,在接收端沒有獲得信道狀態(tài)信息的情況下,即可以獲得最大空間多徑分集增益,又可以使譯碼復(fù)雜度大大降低,而且性能接近傳統(tǒng)ML譯碼方法,并給出了譯碼復(fù)雜度測算結(jié)果和性能仿真。
　　 最后,研究了虛擬MIMO技術(shù)下的空

6、時(shí)協(xié)作分集。MIMO技術(shù)能有效提高系統(tǒng)容量,但由于受到移動(dòng)終端尺寸、功耗的限制,在上行鏈路上難以配置多根天線。協(xié)作分集技術(shù)是利用網(wǎng)內(nèi)的其他單天線用戶構(gòu)成協(xié)作伙伴,形成虛擬MIMO系統(tǒng)來中繼傳輸信息,在單天線終端實(shí)現(xiàn)空域分集。在分析了現(xiàn)有的協(xié)作方法基礎(chǔ)上,提出了差分編碼和空時(shí)編碼相結(jié)合的協(xié)作分集方案,在移動(dòng)臺(tái)協(xié)作端使用差分解調(diào),在上行鏈路使用正交空時(shí)編碼,推導(dǎo)了整個(gè)系統(tǒng)的收發(fā)關(guān)系表達(dá)式,最后對(duì)設(shè)計(jì)的編碼方案的誤比特率和信道容量進(jìn)行了仿真驗(yàn)