MIMO系統(tǒng)中的空時(shí)頻聯(lián)合信號(hào)處理.pdf

1、在下一代寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)(4G)中，結(jié)合正交頻分復(fù)用(OFDM)的多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)被認(rèn)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(duì)空間、時(shí)間和頻率域同時(shí)進(jìn)行編碼的MIMO多天線技術(shù)，能在MIMO—OFDM系統(tǒng)的復(fù)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(shí)碼的設(shè)計(jì)以及協(xié)作網(wǎng)絡(luò)中的空時(shí)碼的研究。論文的主要貢獻(xiàn)如下：

2、1.分析了存在空間、時(shí)間頻率相關(guān)的一般情況下MIMO-OFDM系統(tǒng)中空時(shí)頻碼的雖大可達(dá)分集度。針對(duì)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(shí)變衰落的MIMO信道，分析了MIMO-OFDM系統(tǒng)中空時(shí)頻碼的性能，基于成對(duì)錯(cuò)誤概率(PEP)準(zhǔn)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(shí)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(shí)頻碼的設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)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(hào)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(shí)空頻碼的改進(jìn)單符號(hào)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(jìn)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(hào)間干擾，而且不以犧牲分集增益為代價(jià)。在接收端，利用對(duì)角矩陣求逆的簡(jiǎn)單性，極

4、大地減少了計(jì)算復(fù)雜度。在快時(shí)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(dá)到MIMO-OFDM系統(tǒng)所能達(dá)到的最大分集度，且傳輸速率盡可能高的空時(shí)頻碼的設(shè)計(jì)方法。為了獲得存在多徑衰落時(shí)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(biāo)交織的速率為1的簡(jiǎn)單空時(shí)頻分組碼，該傳輸方案通過(guò)線性星座預(yù)編碼來(lái)獲得頻率分集增益，通過(guò)坐標(biāo)交織來(lái)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(zhǔn)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(shí)碼和Fladamard變換構(gòu)造的空時(shí)頻碼在4根發(fā)射天線系統(tǒng)中的傳輸速率能達(dá)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(shí)碼的單符號(hào)編解碼方法以及自適應(yīng)功率調(diào)整算法。針對(duì)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(jìn)行聯(lián)合空時(shí)編碼。利用正交空時(shí)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(hào)標(biāo)量

6、解碼。同時(shí)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(hào)解碼算法。在接收端通過(guò)噪聲平滑處理，能進(jìn)一步提高系統(tǒng)性能。如果適當(dāng)調(diào)整目標(biāo)信號(hào)功率和協(xié)作信號(hào)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(shí)碼性能接近在解碼轉(zhuǎn)發(fā)中繼模式下的空時(shí)碼性能。因此綜合考慮參與協(xié)作用戶終端的硬件復(fù)雜度和算法復(fù)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(shí)碼不啻為一種替代解碼轉(zhuǎn)發(fā)(DF)中繼模式下空時(shí)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(wú)線中繼網(wǎng)絡(luò)中跡正交空時(shí)碼的設(shè)計(jì)方法及其性能分析。為了提高M(jìn)個(gè)中繼采用放大轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議的無(wú)線中繼網(wǎng)絡(luò)的性能，在中繼端采用跡正交的空時(shí)碼，并利用調(diào)制矩陣的性質(zhì)，給出了等效復(fù)合信道的傳輸形式。基于最小化條件成對(duì)錯(cuò)誤概率準(zhǔn)則，給出了在已知信道質(zhì)量信息(CQI)和其統(tǒng)計(jì)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(duì)分集度的影響不大，但信道信息的缺失不僅會(huì)帶來(lái)性能上的損失，還會(huì)影響到該方案的

8、分集度。 6.提出了多個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作的中繼增強(qiáng)型的協(xié)作網(wǎng)絡(luò)的最大流矩陣算法。針對(duì)配置多個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)的協(xié)作網(wǎng)絡(luò)，提出了網(wǎng)絡(luò)最大流的矩陣算法。當(dāng)中繼端的一些中繼節(jié)點(diǎn)相互協(xié)作并組成一個(gè)虛擬整體時(shí)，能改變?cè)撀窂缴系牡刃Я髁亢途W(wǎng)絡(luò)的路由，從而改變整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的最大流。當(dāng)某些中繼節(jié)點(diǎn)不能正常工作時(shí)，通過(guò)選擇一些等效路由來(lái)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(guò)適當(dāng)?shù)卦谥欣^端對(duì)中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分組，能增加網(wǎng)絡(luò)的最大流。同時(shí)，使得網(wǎng)絡(luò)具有