MIMO系統(tǒng)中的空時頻聯(lián)合信號處理.pdf

1、在下一代寬帶無線通信系統(tǒng)(4G)中，結(jié)合正交頻分復用(OFDM)的多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)被認為是支持高速率和高性能傳輸?shù)淖钣星巴镜年P(guān)鍵技術(shù)之一。特別是對空間、時間和頻率域同時進行編碼的MIMO多天線技術(shù)，能在MIMO—OFDM系統(tǒng)的復雜信道環(huán)境下提供更可靠和更穩(wěn)健的信息傳輸。本文研究了MIMO-OFDM系統(tǒng)中抗衰落的分集技術(shù)，包括系統(tǒng)的分集度分析，高速率全分集空時碼的設(shè)計以及協(xié)作網(wǎng)絡(luò)中的空時碼的研究。論文的主要貢獻如下：

2、1.分析了存在空間、時間頻率相關(guān)的一般情況下MIMO-OFDM系統(tǒng)中空時頻碼的雖大可達分集度。針對在發(fā)射端和接收端都存在空間相關(guān)的頻率選擇性且時變衰落的MIMO信道，分析了MIMO-OFDM系統(tǒng)中空時頻碼的性能，基于成對錯誤概率(PEP)準則，發(fā)現(xiàn)所能獲得的分集度不僅與發(fā)射端相關(guān)矩陣和接收端相關(guān)矩陣有關(guān)，而且還與信道的時間相關(guān)矩陣、頻率相關(guān)矩陣有關(guān)。該結(jié)論具有一般性，可以為全分集空時頻碼的設(shè)計提供理論指導意義。 2.分別提出了相

3、鄰子載波上信道傳輸函數(shù)為相等信道增益和不相等信道增益情況下的空頻碼的單符號編解碼方法。先給出了2發(fā)天線系統(tǒng)中相鄰子載波信道傳輸函數(shù)為不相等信道增益時空頻碼的改進單符號解碼方法。并把空頻分組碼推廣到4發(fā)天線系統(tǒng)，還給出了一種適合4發(fā)天線系統(tǒng)的空頻分組碼的改進編解碼方法。在相鄰子載波上信道傳輸函數(shù)分別為相等信道增益和不相等信道增益情況下所給出的編解碼方法能完全消除符號間干擾，而且不以犧牲分集增益為代價。在接收端，利用對角矩陣求逆的簡單性，極

4、大地減少了計算復雜度。在快時變環(huán)境，性能效果接近極大似然解碼的效果。 3.提出了能達到MIMO-OFDM系統(tǒng)所能達到的最大分集度，且傳輸速率盡可能高的空時頻碼的設(shè)計方法。為了獲得存在多徑衰落時MIMO—OFDM系統(tǒng)的高速率傳輸方案，提出了一種基于線性星座預(yù)編碼和坐標交織的速率為1的簡單空時頻分組碼，該傳輸方案通過線性星座預(yù)編碼來獲得頻率分集增益，通過坐標交織來獲得傳輸速率為1，且能改善系統(tǒng)的誤碼性能；為了利用頻率選擇性準靜態(tài)塊衰

5、落MIMO-OFDM系統(tǒng)中的完全分集度，利用代數(shù)空時碼和Fladamard變換構(gòu)造的空時頻碼在4根發(fā)射天線系統(tǒng)中的傳輸速率能達到2. 4.提出了在放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼模式(AF)和解碼轉(zhuǎn)發(fā)中繼模式(DF)下分布式空時碼的單符號編解碼方法以及自適應(yīng)功率調(diào)整算法。針對協(xié)作通信系統(tǒng)，在發(fā)射端和接收端的單天線用戶共享彼此的天線，相互協(xié)作組成虛擬的MIMO系統(tǒng)，并進行聯(lián)合空時編碼。利用正交空時分組碼的性質(zhì)，將聯(lián)合的極大似然向量解碼轉(zhuǎn)化為單符號標量

6、解碼。同時分別提出了在放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼模式下和解碼轉(zhuǎn)發(fā)中繼模式下的單符號解碼算法。在接收端通過噪聲平滑處理，能進一步提高系統(tǒng)性能。如果適當調(diào)整目標信號功率和協(xié)作信號功率能獲得更大的性能提升，且在放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼模式下的空時碼性能接近在解碼轉(zhuǎn)發(fā)中繼模式下的空時碼性能。因此綜合考慮參與協(xié)作用戶終端的硬件復雜度和算法復雜度、性能之間的關(guān)系，自適應(yīng)調(diào)整功率分配因子的放大轉(zhuǎn)發(fā)(AF)中繼模式下的空時碼不啻為一種替代解碼轉(zhuǎn)發(fā)(DF)中繼模式下空時碼的選擇。

7、 5.提出了在采用放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼協(xié)議的無線中繼網(wǎng)絡(luò)中跡正交空時碼的設(shè)計方法及其性能分析。為了提高M個中繼采用放大轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議的無線中繼網(wǎng)絡(luò)的性能，在中繼端采用跡正交的空時碼，并利用調(diào)制矩陣的性質(zhì)，給出了等效復合信道的傳輸形式?；谧钚』瘲l件成對錯誤概率準則，給出了在已知信道質(zhì)量信息(CQI)和其統(tǒng)計信息的不同情形下的性能分析。仿真結(jié)果表明，完整的信道質(zhì)量信息對分集度的影響不大，但信道信息的缺失不僅會帶來性能上的損失，還會影響到該方案的

8、分集度。 6.提出了多個中繼節(jié)點參與協(xié)作的中繼增強型的協(xié)作網(wǎng)絡(luò)的最大流矩陣算法。針對配置多個中繼節(jié)點的協(xié)作網(wǎng)絡(luò)，提出了網(wǎng)絡(luò)最大流的矩陣算法。當中繼端的一些中繼節(jié)點相互協(xié)作并組成一個虛擬整體時，能改變該路徑上的等效流量和網(wǎng)絡(luò)的路由，從而改變整個網(wǎng)絡(luò)的最大流。當某些中繼節(jié)點不能正常工作時，通過選擇一些等效路由來替代，從而使系統(tǒng)具有較好的抗毀性。仿真結(jié)果表明，通過適當?shù)卦谥欣^端對中繼節(jié)點進行分組，能增加網(wǎng)絡(luò)的最大流。同時，使得網(wǎng)絡(luò)具有