可靠的高數(shù)據(jù)速率無線通信關鍵技術研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、利用無線信道空域、時域、頻域的三維空間信息,緊密結合正交頻分復用(OFDM)、多輸入多輸出(MLMO)、空時編碼、自適應資源分配、自動重復請求(ARQ)、波束形成等技術,可以使得通信系統(tǒng)在有限的帶寬上達到更高的發(fā)射功率利用率、更高的頻譜效率,保證可靠的通信質(zhì)量。本文針對未來軍用無線通信系統(tǒng),從系統(tǒng)總體設計層次并考慮低復雜度實現(xiàn),探討如何獲得更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和鏈路可靠性的問題。本文主要創(chuàng)新點包括以下幾個方面:
   ⑴為了達到可

2、靠的、高速率傳輸以及低解碼復雜度的目的,首先,研究全速率、全分集的空時分組碼設計方法。采用基于坐標交織正交設計方法,提出一種2×2 MIMO瑞利準平穩(wěn)平坦衰落信道低最大似然解碼復雜度的空時分組碼。其次,基于以上碼設計理論研究和認識,進一步地將這種優(yōu)秀的坐標交織正交設計技術引入實用的系統(tǒng)設計之中,并結合網(wǎng)格碼技術和空時分組碼技術,提出可達到高分集增益同時極大地提高碼字錯誤率性能的網(wǎng)格空時分組編碼MIMO-OFDM系統(tǒng),仿真結果表明,提出的

3、網(wǎng)格空時分組碼的性能顯著地超出參照系統(tǒng)。
   ⑵為了達到實際無線通信網(wǎng)絡最優(yōu)化吞吐量的目標,本文研究單用戶情形下的網(wǎng)絡最優(yōu)化問題。首先研究SISO-OFDM系統(tǒng)的資源分配問題,然后將研究結果擴展到MIMO-OFDM系統(tǒng)。針對實際應用的多天線系統(tǒng)發(fā)射端不能利用完全的信道狀態(tài)信息的問題,采用次優(yōu)的預濾波技術,應用不同預濾波系數(shù)構成一個發(fā)射波束,提出一種發(fā)射端自適應MLMO信道的功率分配算法。為了解決編碼MIMO-OFDM系統(tǒng)以子載

4、波誤比特率為目標的最優(yōu)化問題,提出最優(yōu)貪心功率分配算法以及次優(yōu)貪心功率分配算法,將最優(yōu)貪心功率分配算法修改成自適應分組錯誤率算法。仿真結果表明,提出的自適應算法對系統(tǒng)性能的改善是顯著的。
   ⑶目前的OFDM通信系統(tǒng)物理層設計通常是基于均勻比特和功率分配的傳輸模式,其系統(tǒng)性能還有進一步改善的潛力。本文針對收發(fā)兩端有完全的信道狀態(tài)信息的情形,開展了H-ARQ OFDM網(wǎng)絡吞吐量最大化自適應資源分配方面的理論研究,研究自適應分配比

5、特及功率問題,提出編碼自適應ARQ重傳協(xié)議的多載波系統(tǒng)的比特和功率分配算法。研究在慢變信道上應用選擇性重復(SR)、N次往返(GBN)以及停止.等待(SAW)這三種類型的ARQ協(xié)議的系統(tǒng)吞吐量。提出幾種求解離散比特和功率分配問題的方法。有以下主要研究結果:適當?shù)男旁氡乳g隙值(等價于目標誤比特率)的注水解等于等誤比特率功率分配松弛問題的解,它在吞吐量意義上是近優(yōu)的,同時復雜度低;吞吐量表示比特率和誤比特率之間的折中;對于目標誤比特率,最大

6、化吞吐量可以由聯(lián)合最大化比特率實現(xiàn),這個問題的解是注水解,然后,調(diào)整目標誤比特率。本文給出選擇這個目標誤比特率的方法,并解析地說明信噪比間隙值依賴于以下幾個因素:所用的卷積碼、幀長度、所采用的ARQ協(xié)議類型、可利用的發(fā)射功率以及子載波增益的同調(diào)和幾何中值。
   ⑷傳統(tǒng)的H-ARQ協(xié)議不能有效地利用MIMO系統(tǒng)為空間分集提供的維的問題,為了提高通信可靠性,本文提出一種應用于多天線慢變信道上基于Alamouti碼的空時分組編碼H-

7、ARQ傳輸方法。這種技術利用MIMO信道空間和時間分集,提高H-AR-Q分組傳輸?shù)男?。這種方法應用Alamouti碼的全分集以及分組合并方法提供的更多增益,為通信提供可靠性。分析空時編碼MIMO-HARO的分組錯誤率,推導基于Alamouti碼的H-ARQ協(xié)議的多維成對錯誤概率;仿真結果表明,提出的方法在性能上優(yōu)于傳統(tǒng)的Chase合并(CC)?;贏lamouti碼的H-ARQ協(xié)議的增益得益于低的分組錯誤率以及接收機軟輸出最大似然檢測

8、的低復雜度。
   ⑸目前已報道的大多數(shù)多用戶MIMO波束形成的次優(yōu)傳輸方法僅是基于發(fā)射機有可利用的完全信道狀態(tài)信息的假設,在實用上很難實現(xiàn)。針對發(fā)射端有部分信道狀態(tài)信息的MIMO-OFDM下行鏈路,并且考慮到盡可能地減少多用戶MIMO-OFDM系統(tǒng)中用于控制的開銷及信號處理復雜度,提出兩種次優(yōu)傳輸解決方案:①基于每簇用戶選擇的方法,將它應用于有限反饋多用戶MIMO-OFDM下行鏈路,簇長度經(jīng)過最優(yōu)化處理,獲得非常逼近于系統(tǒng)的和

9、速率;②基于每個子載波每個天線的用戶選擇,采用空間復用傳輸以及來自用戶的預后處理信噪比反饋值,用戶在每個子載波上應用線性迫零處理。仿真并比較分析這兩個低復雜度空間復用傳輸方案的性能。
   ⑹針對多蜂窩MIMO系統(tǒng)中,上行鏈路導符往往受到來自其他小區(qū)的用戶信號干擾使得導符失去正交性,這些非正交導符必然影響小區(qū)基站信道估計的質(zhì)量。為了減弱因這種導符損壞引致的可達速率下降,提出基于多小區(qū)預編碼技術,這種技術降低小區(qū)內(nèi)和小區(qū)間的干擾,

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