選擇性衰落信道下多天線系統(tǒng)編譯碼研究.pdf

1、如何高效地利用有限的通信資源來提供商速、可靠的寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)是無線通信技術(shù)發(fā)展的焦點(diǎn)所在。多天線技術(shù)能充分利用空間資源，在不增加系統(tǒng)帶寬和天線總發(fā)送功率的情況下，有效對抗無線信道衰落的影響，大大提高通信系統(tǒng)的頻譜利用率和信道容量。而獲得多輸入多輸出(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，該方法聯(lián)合考慮信道編碼、調(diào)制、發(fā)送和接收分集，將它們有機(jī)結(jié)合，有效地提高了MIMO系統(tǒng)的傳輸性能。然而，與固定有線通信不同的是，無線通信

2、中的信號要通過自由空間來傳輸，這一信道的隨機(jī)時(shí)變性和嚴(yán)重的傳輸缺陷決定了無線通信技術(shù)的特殊性和復(fù)雜性。因此，本文的主要工作就是致力于選擇性衰落信道下多天線系統(tǒng)編譯碼的研究。本文的主要研究內(nèi)容和取得的研究成果包括以下幾方面的內(nèi)容： 首先，研究了時(shí)變性對MIMO系統(tǒng)性能的影響，以及如何使用多普勒分集來提高M(jìn)IMO系統(tǒng)的傳輸性能?；诙嗵炀€系統(tǒng)的基擴(kuò)展時(shí)變信道模型，系統(tǒng)總結(jié)了時(shí)間選擇性衰落信道下傳統(tǒng)的編譯碼方法，在此基礎(chǔ)上，提出了高速

3、率、可獲得更離分集增益的空時(shí)多普勒編譯碼方法，并提出了碼字設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。該碼字構(gòu)造時(shí)基于分層的代數(shù)方法，即每一層編碼后的符號都被分到不同的發(fā)送天線、時(shí)間片以及不同的符號塊中發(fā)送。仿真結(jié)果表明該碼字能在符號速率達(dá)到發(fā)送天線數(shù)的情況下同時(shí)獲得最大分集增益為發(fā)送天線數(shù)、接收天線數(shù)、編碼符號塊的數(shù)目以及信道復(fù)指數(shù)基的個(gè)數(shù)的乘積。 其次，研究了信道狀態(tài)信息未知時(shí)時(shí)間頻率雙選擇性衰落信道下的多天線差分編譯碼方法。在某些情況下，信道估計(jì)困難，比較

4、有效的方法就是采用差分編碼。然而，大多差分編碼方案都是僅基于時(shí)間選擇性衰落MIMO信道或者僅基于頻率選擇性衰落MIMO信道設(shè)計(jì)的，對于雙選擇性衰落MIMO信道下的差分方案研究較少，針對這一問題，基于多天線時(shí)間頻率雙選擇性衰落信道的基擴(kuò)展模型，提出了一種應(yīng)用于時(shí)間頻率雙選擇性衰落信道的塊差分編譯碼方案，該方案可以配置任意數(shù)目的發(fā)送天線和接收天線，并且能夠獲得包含空間分集、多徑分集以及多普勒分集的最大分集增益。該方法利 用基擴(kuò)展模型

5、中各條路徑各復(fù)指數(shù)基的系數(shù)在一個(gè)塊內(nèi)為恒定的特性，將一個(gè)塊分為多個(gè)子塊并在各子塊間進(jìn)行差分編碼，通過發(fā)射端和接收端相應(yīng)的處理，信號檢測不需要信道狀態(tài)信息，從而避免了對雙選擇性衰落MIMO信道的估計(jì)。仿真結(jié)果表明了所設(shè)計(jì)差分編譯碼方案的高效性。 再次，對多用戶STBC系統(tǒng)下行鏈路預(yù)處理算法進(jìn)行了研究。利用矩陣的奇異值分解定理和QR分解定理以及矩陣的正交基給出多用戶STBC系統(tǒng)的下行鏈路預(yù)處理算法，并在此基礎(chǔ)上，提出了兩種可獲

6、得更高分集增益的特征模式選擇算法和天線選擇算法。當(dāng)基站有額外的射頻模塊和天線時(shí)，可以采用特征模式選擇算法：當(dāng)基站只有額外的天線時(shí)，可以采用天線選擇算法。兩種優(yōu)化算法都基于最大化等效信道矩陣的Frobenius范數(shù)。對不采用選擇算法和采用選擇算法的系統(tǒng)性能作了仿真分析和比較，結(jié)果表明，優(yōu)化的預(yù)處理算法可以獲得更高的分集增益。還對信道存在估計(jì)誤差以及存在相關(guān)性時(shí)對系統(tǒng)性能的影響作了仿真分析，在同樣情況下，采用優(yōu)化的預(yù)處理算法的系統(tǒng)性能優(yōu)于未

7、采用選擇算法的系統(tǒng)性能。 最后，對空時(shí)分組編碼．單載波．碼分多址(STBC—SC—CDMA)系統(tǒng)上行鏈路進(jìn)行了研究。對于頻率選擇性衰落信道，傳統(tǒng)DS—CDMA系統(tǒng)會受到符號間干擾(ISI)和多用戶干擾(MUI)的影響，性能下降。為了能夠有效對付多徑，發(fā)揮DS—CDMA系統(tǒng)優(yōu)越性能，并且同時(shí)能夠獲得空間—多徑分集增益，提出了將STBC與SC—CDMA相結(jié)合的編譯碼方案，推導(dǎo)出了整個(gè)系統(tǒng)的收發(fā)關(guān)系的表達(dá)式，從而將系統(tǒng)等效為一個(gè)多用戶

8、空間復(fù)用系統(tǒng)。為了降低移動(dòng)臺的設(shè)計(jì)難度，主要考慮在基站實(shí)行聯(lián)合檢測算法，介紹了三種基本的聯(lián)合檢測算法：MF—BLE算法、ZF—BLE算法和MMSE—BLE算法，并對三種算法進(jìn)行了分析比較。根據(jù)推導(dǎo)出的收發(fā)端的表達(dá)通式，接收端譯碼時(shí)采用基于MMSE準(zhǔn)則的聯(lián)合檢測算法，即聯(lián)合考慮不同天線的接收信號的最大比合并、CDMA解擴(kuò)以及空時(shí)譯碼。仿真結(jié)果表明，所提出的STBC—SC—CDMA系統(tǒng)即使?jié)M載用戶時(shí)也能獲得優(yōu)良的性能。 在本論文的研