無(wú)線通信系統(tǒng)中增強(qiáng)編碼技術(shù)的研究.pdf

1、本文主要從當(dāng)前無(wú)線通信領(lǐng)域的需求和面臨的問(wèn)題出發(fā)，致力于研究近年來(lái)在無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)中受到廣泛關(guān)注的幾種增強(qiáng)差錯(cuò)控制編碼技術(shù)，主要包括空時(shí)編碼(STC)和混和自動(dòng)重發(fā)請(qǐng)求(HARQ)技術(shù)。這兩種增強(qiáng)編碼技術(shù)已經(jīng)在第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中得到了應(yīng)用。 通信系統(tǒng)中的差錯(cuò)控制方法基本可分為兩大類，即前向糾錯(cuò)編碼(FEC)和自動(dòng)重傳請(qǐng)求(ARQ)。在現(xiàn)代無(wú)線通信系統(tǒng)中，這兩種技術(shù)都得到了廣泛應(yīng)用和發(fā)展。目前的研究熱點(diǎn)之一——空時(shí)編碼就是前向

2、糾錯(cuò)編碼技術(shù)在多天線系統(tǒng)中的擴(kuò)展。而隨著無(wú)線通信技術(shù)的快速發(fā)展，前向糾錯(cuò)編碼和自動(dòng)重傳請(qǐng)求也在不斷地進(jìn)行融合，產(chǎn)生了混合自動(dòng)請(qǐng)求重傳。 我們首先在第二章中研究了差分Unitary空時(shí)編碼在快衰落信道下的性能，推導(dǎo)了有關(guān)的理論結(jié)果。在實(shí)際的通信環(huán)境中，要對(duì)包括多個(gè)相互獨(dú)立的發(fā)射和接收天線的天線陣列進(jìn)行信道估計(jì)，需要犧牲比在單天線系統(tǒng)下更多的頻譜效率，特別是在快速移動(dòng)的環(huán)境中，會(huì)大大增加系統(tǒng)的開(kāi)銷。在這樣的情況下，不需要信道估計(jì)的差

3、分多天線處理技術(shù)具有特別的優(yōu)越性。傳統(tǒng)的差分Unitary空時(shí)編碼調(diào)制都假定在發(fā)射兩個(gè)連續(xù)的矩陣的過(guò)程中，信道狀況基本保持不變。在快衰落信道下，當(dāng)發(fā)射天線的數(shù)目比較大的時(shí)候，這個(gè)條件將很難得到滿足，從而將影響系統(tǒng)的性能。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，本文提出一種新的差分Unitary空時(shí)編碼調(diào)制方法，此方法通過(guò)改變發(fā)送符號(hào)的順序來(lái)減小快衰落信道的影響，從而提高系統(tǒng)在快衰落信道下的性能。與傳統(tǒng)的差分Unitary空時(shí)編碼調(diào)制方法比較，理論分析和仿真結(jié)果均

4、表明，在快衰落信道下，本文提出的差分Unitary空時(shí)編碼調(diào)制方法可獲得明顯的性能增益，能夠顯著降低系統(tǒng)的成對(duì)差錯(cuò)概率和誤比特率。 我們研究了引入到多天線系統(tǒng)中的多重網(wǎng)格編碼技術(shù)，可以在獲得空時(shí)分集的基礎(chǔ)上又獲得了信道編碼增益。第三章提出了一種新穎的多重網(wǎng)格編碼正交發(fā)送方法來(lái)實(shí)現(xiàn)衰落信道下的發(fā)射分集。這種方法從一組正交向量中選取不同的向量來(lái)作為不同發(fā)射天線的特征波形，從多重網(wǎng)格編碼器輸出的多個(gè)符號(hào)分別與正交向量相乘，然后從不同的

5、天線上發(fā)射出去。在接收端，接收機(jī)通過(guò)將接收信號(hào)與這些正交向量相關(guān)來(lái)分離出從不同發(fā)射天線上發(fā)射出來(lái)的信號(hào)。該方法既可以用在相關(guān)接收的系統(tǒng)中，也可以用在差分調(diào)制的系統(tǒng)中。通過(guò)分析可以看到，基于最優(yōu)的循環(huán)群碼的網(wǎng)格編碼Unitary空時(shí)調(diào)制是多重網(wǎng)格編碼正交發(fā)送的一種特例。本文還提出了兩個(gè)比傳統(tǒng)的網(wǎng)格編碼Unitary空時(shí)調(diào)制更好的設(shè)計(jì)方案，仿真結(jié)果驗(yàn)證了多重網(wǎng)格編碼正交發(fā)送方法在這兩個(gè)例子中都獲得了比傳統(tǒng)的網(wǎng)格編碼Unitary空時(shí)調(diào)制更好

6、的性能。 除了空時(shí)編碼技術(shù)之外，混合自動(dòng)重發(fā)請(qǐng)求是另外一種比較重要的增強(qiáng)差錯(cuò)控制編碼技術(shù)。混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求是高速下行分組接入(HSDPA)和高速上行分組接入(HSUPA)中的關(guān)鍵技術(shù)?；旌献詣?dòng)重發(fā)請(qǐng)求的基本出發(fā)點(diǎn)就是可變速率的編碼設(shè)計(jì)和混合自動(dòng)重發(fā)請(qǐng)求機(jī)制的優(yōu)化。 第四章提出了一種用似然值概率密度演變來(lái)選擇速率可變穿刺Turbo碼(RCPT)的最優(yōu)穿刺矩陣的方法。該方法通過(guò)比較不同穿刺矩陣對(duì)應(yīng)的解碼門限來(lái)衡量Turbo碼

7、在低信噪比區(qū)域的性能。該分析方法與傳統(tǒng)的通過(guò)距離譜來(lái)分析Turbo碼性能的方法相比主要有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一是該分析方法與交織器無(wú)關(guān)，門限值不會(huì)隨著交織器的變化而變化；二是在碼字比較長(zhǎng)的情況下，該分析方法計(jì)算復(fù)雜度不會(huì)增加太多。計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果表明，當(dāng)碼字比較長(zhǎng)時(shí)，在高斯信道下，該分析方法選出的最優(yōu)穿刺矩陣與傳統(tǒng)的距離譜分析方法選出的最優(yōu)的穿刺矩陣是完全一致的。文中進(jìn)一步給出了以第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中的Turbo碼為母碼的最優(yōu)RCPT矩陣及其門限。

8、本文還將這種方法推廣到了衰落信道，研究了Turbo碼在Rayleigh衰落信道下和與Alamouti空時(shí)碼結(jié)合時(shí)的最優(yōu)穿刺矩陣及相應(yīng)的門限。 目前大多數(shù)HARQ方法的重傳圖案都是固定的，并不根據(jù)當(dāng)前信道的改變而改變。針對(duì)該問(wèn)題，第五章提出了一種自適應(yīng)的增量冗余HARQ技術(shù)，該技術(shù)基于第四章給出的最優(yōu)的RCPT穿刺矩陣，可以根據(jù)當(dāng)前的信道狀況及時(shí)地調(diào)整發(fā)送端的重傳圖案(包括比特?cái)?shù)和速率等)，從而減少了資源占用率提高了傳輸效率，而且

9、不會(huì)增加太多反饋鏈路的負(fù)擔(dān)。同時(shí)，目前大多數(shù)HARQ策略的最優(yōu)準(zhǔn)則都是在滿足最大時(shí)延的前提下，使吞吐率最大。雖然這種最優(yōu)準(zhǔn)則可以使吞吐率最大化，但是往往時(shí)延比較大。本文進(jìn)一步提出了一種新的使重傳資源與時(shí)延的乘積最小的最優(yōu)準(zhǔn)則，該準(zhǔn)則兼顧了吞吐率和時(shí)延，具有較大的實(shí)用價(jià)值。文中還進(jìn)一步給出了這種新方案和傳統(tǒng)的固定重傳圖案的HARQ方法在高斯信道以及衰落信道下的仿真結(jié)果，通過(guò)比較可以看出本文提出的自適應(yīng)的HARQ方法可以根據(jù)信道及時(shí)地調(diào)整重