MIMO-OFDM無線通信系統(tǒng)中迭代接收與自適應(yīng)技術(shù)的研究.pdf

1、近年來,移動(dòng)通信技術(shù)在全球范圍內(nèi)得到了迅猛的發(fā)展.市場需求的不斷擴(kuò)大刺激著移動(dòng)通信技術(shù)在數(shù)據(jù)速率和系統(tǒng)容量上的要求不斷提升.但是,3G移動(dòng)通信技術(shù)提供的最高2Mbps的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)能力已經(jīng)不能滿足未來移動(dòng)通信高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)以及多媒體業(yè)務(wù)的需求.在有限的頻譜資源上提供高速、高質(zhì)量的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)將成為未來移動(dòng)通信系統(tǒng)中無線傳輸技術(shù)必須解決的問題. 針對(duì)新的業(yè)務(wù)要求,近年來,寬帶無線移動(dòng)通信系統(tǒng)對(duì)傳輸技術(shù)的需求和應(yīng)用迅速增長.能夠支持更高數(shù)

2、據(jù)傳輸速率的新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)(Beyond 3G/4G)已經(jīng)成為研究的熱點(diǎn).而被廣泛用于無線局域網(wǎng)絡(luò)(Wireless Local Area Network,WLAN)和高清晰度電視(High Definition TV,HDTV)地面?zhèn)鬏數(shù)葮?biāo)準(zhǔn)的正交頻分復(fù)用技術(shù)(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)和近年來嶄露頭角的多入多出技術(shù) (Multiple Input Multip

3、ie Output),被認(rèn)為是B3G/4G通信系統(tǒng)的有效、可行的實(shí)現(xiàn)方案. 本文以B3G/4G通信系統(tǒng)研究為背景,深入研究了基于MIMO-OFDM技術(shù)的無線移動(dòng)通信系統(tǒng)中與迭代接收和自適應(yīng)技術(shù)相關(guān)的若干關(guān)鍵問題.主要內(nèi)容包括:研究了雙二元Turbo碼譯碼器的終止迭代準(zhǔn)則及自適應(yīng)譯碼算法;研究了 Turbo 乘積碼的隨機(jī)交織編譯碼方案;研究了一類基于整環(huán)上置換多項(xiàng)式的交織器;研究了基于3GPP編碼方案的交織器存儲(chǔ)方法;針對(duì)GSTB

4、CMIMO-OFDM這種多天線多載波系統(tǒng)架構(gòu),研究了結(jié)合信道估計(jì)、MIMO解調(diào)與信道譯碼單元的迭代接收機(jī)設(shè)計(jì)方法. 研究MIMO-OFDM系統(tǒng)中基于奇異值分解的自適應(yīng)技術(shù). 首先,對(duì)MIMO信道作了深入研究,分析了它的容量特性、空時(shí)編碼方法以及空時(shí)信號(hào)檢測(cè)算法,并對(duì)信道編碼中的 Turbo 碼編譯碼方法進(jìn)行分析,為后續(xù)提出的糾錯(cuò)碼編譯碼方法以及迭代接收機(jī)設(shè)計(jì)的研究奠定了基礎(chǔ). 論文的重點(diǎn)之一是對(duì)多種糾錯(cuò)編碼的研究和分析.

5、雙二元Turbo碼和Turbo乘積碼都是在一些無線通信標(biāo)準(zhǔn)中得到廣泛應(yīng)用的糾錯(cuò)碼.在Turbo碼譯碼算法的基礎(chǔ)上,論文推導(dǎo)了雙二元Turbo碼的譯碼算法,分析了軟輸入軟輸出譯碼器的軟信息統(tǒng)計(jì)值,通過仿真得到了終止迭代度量的門限值.并提出了一種根據(jù)軟信息值變化在Log-MAP和Max-Log-Map算法之間進(jìn)行切換的自適應(yīng)譯碼算法.該算法可以有效減少譯碼迭代次數(shù),從而減小譯碼延遲并降低硬件復(fù)雜度.另一方面,通過分析Turbo乘積碼的譯碼錯(cuò)

6、誤原因,文中還給出了一種簡化的基于隨機(jī)交織的Turbo乘積碼編碼方法.該編碼方法有利于增大乘積碼的最小碼重和減少最小碼重的碼字個(gè)數(shù),因此可以有效地降低Turbo乘積碼的誤碼率,簡化編碼時(shí)的交織模式. 研究表明,交織器是Turbo碼等糾錯(cuò)碼中非常重要的組成部分.論文介紹了交織器的基本原理,并給出了一些比較重要的交織器類型和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則.同時(shí),研究了一類基于整環(huán)上置換多項(xiàng)式的交織器,介紹了相關(guān)的數(shù)學(xué)理論和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則.特別地,針對(duì)三次多項(xiàng)式

7、,得到了置換多項(xiàng)式的判別方法和較好的交織圖樣,并證明這類交織器都是最大無沖突的,為進(jìn)一步的理論研究和硬件實(shí)現(xiàn)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).為了在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)體系下實(shí)現(xiàn)高速Turbo譯碼,論文提出了一種用于并行'Turbo譯碼的交織器存儲(chǔ)方案,可以有效地防止存儲(chǔ)訪問沖突,從而可提高譯碼速率,并可以靈活地實(shí)現(xiàn)多種3GPP交織碼長的片上配置. 論文的另一研究重點(diǎn)是針對(duì)一種特定的空時(shí)OFDM系統(tǒng)架構(gòu)(GSTBCMIMO-OFDM),提出了一種迭代接收機(jī)

8、的設(shè)計(jì)方案.借鑒Turbo原理的思路,此設(shè)計(jì)方案結(jié)合了信道估計(jì)、MIMO解調(diào)與信道譯碼單元間的軟信息交換,通過在三者之間交互外信息使信號(hào)檢測(cè)更加精確.而且針對(duì)系統(tǒng)特點(diǎn),采用EM算法等方法以減少矩陣求逆操作的復(fù)雜度,有利于提高系統(tǒng)的可實(shí)現(xiàn)性.論文對(duì)影響迭代接收機(jī)性能的各個(gè)參數(shù),如信道歸一化多普勒頻移、導(dǎo)頻間隔、迭代次數(shù)等進(jìn)行了仿真,給出該迭代接收機(jī)的適用場合以及合適的接收機(jī)設(shè)置參數(shù). 在MIMO-OFDM系統(tǒng)中,自適應(yīng)傳輸技術(shù)也是

9、亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)之一.論文研究了基于奇異值分解的MIMO-OFDM系統(tǒng)的比特加載和功率分配問題;介紹了基于SVD的MIMO-OFDM系統(tǒng)上的空頻注水算法;研究了引入"平坦頻率限制"假設(shè)的簡化算法,研究了基于"平坦頻率限制"假設(shè)的簡化算法,并從理論上證明"平坦頻率限制"假設(shè)的合理性:利用信道矩陣奇異值排序統(tǒng)計(jì)特性,提出基于SVD的MIMO-OFDM系統(tǒng)的改進(jìn)比特分配方案與相應(yīng)算法.相比基于平坦頻率限制假設(shè)的算法,雖然該算法的運(yùn)算復(fù)雜度有