多天線系統(tǒng)的分集復(fù)用折衷性能及天線選擇技術(shù)研究.pdf

1、無線通信多天線(MIMO)技術(shù)是分別在發(fā)送端和接收端采用多天線系統(tǒng)的通信技術(shù)，為提高無線通信系統(tǒng)的容量或可靠度提供了重要的解決方案。 多天線系統(tǒng)可以用作空間多路復(fù)用系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的帶寬效率，也可以用作分集系統(tǒng)，用來提高系統(tǒng)的性能，如何在分集和復(fù)用之間取得很好的折衷性能是空時編碼必須處理的問題。另外，如何全面地評價基于分集或復(fù)用增益的兩類空時方案系統(tǒng)也是一個值得研究的問題。 無論采用哪種方式使用多天線，和單入單出系統(tǒng)相比，

2、多天線系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本更高。因此，在保持多天線系統(tǒng)的性能前提下，如何降低系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本是一個重要的研究課題。目前，除高效的編碼方法外，天線選擇(AS)方法引起了研究者的廣泛關(guān)注。天線選擇技術(shù)，就是在發(fā)送端和接收端安裝了比射頻鏈路更多的天線元件，根據(jù)一定的準(zhǔn)則從全部可用的天線中選擇最佳的天線子集發(fā)送和接收信號。 本文在研究多天線技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對多天線系統(tǒng)面臨的上述問題，對多天線系統(tǒng)的分集復(fù)用折衷性能及天線選擇技術(shù)進(jìn)行了深入

3、的研究，取得了以下幾個方面的研究成果： 1)提出了一種并行級聯(lián)空時格碼(PC—STTC)方案，可以在空時格碼的復(fù)雜度和性能之間取得折衷，仿真驗證了其性能并進(jìn)行了外信息轉(zhuǎn)移(EXIT)圖表分析；提出并驗證了空時Turbo格碼(ST—Turbo—TCM)天線選擇系統(tǒng)：基于OOC交織器的空時傳輸方案，給出了其迭代接收機(jī)結(jié)構(gòu)，并驗證分析了其性能。 2)分析了線性彌散碼(LDC)方案的分集復(fù)用折衷性能。LDC編碼結(jié)構(gòu)的不唯一性使得

4、它可以在保證容量增益的同時取得很好的分集增益，為了進(jìn)一步的研究和揭示LDC在多天線信道中的性能，本文著力于分析LDC在慢衰落和快衰落信道下的分集復(fù)用增益性能。分析結(jié)果表明，慢衰落信道下LDC方案對于任意的空間復(fù)用增益，都可以得到嚴(yán)格意義上最優(yōu)的分集增益，即可以取得最優(yōu)的分集復(fù)用增益折衷性能。快衰落信道下LDC可以同時取得空間和時間分集增益。 3)分析得出了嚴(yán)重衰落信道環(huán)境下的分集復(fù)用折衷性能函數(shù)。分集復(fù)用增益折衷函數(shù)可以全面的評

5、估多天線系統(tǒng)性能，然而大部分研究結(jié)果基于Rayleigh衰落信道。本文基于嚴(yán)重衰落復(fù)多變量t分布(CMT)信道模型，推導(dǎo)了其分集復(fù)用折衷性能函數(shù)，研究結(jié)果表明信道的最大特征值及信道模型的自由度(CMDF)，即衰落的程度，與分集復(fù)用性能密切相關(guān)。如果信道模型的自由度趨于無窮大，則嚴(yán)重衰落信道的折衷函數(shù)與Rayleigh衰落信道的折衷函數(shù)趨于一致。 4)在天線選擇研究的基礎(chǔ)上提出了一種新的天線選擇算法。天線選擇算法在天線選擇系統(tǒng)中具

6、有重要作用，其目標(biāo)是找到信道矩陣，它比同等陣列的信道矩陣提供更好的信道容量或錯誤性能。本文提出了一種基于最優(yōu)化信道容量的天線選擇算法，該算法利用調(diào)整后的Tanimoto系數(shù)來表征信道矩陣行(列)向量的相關(guān)度。根據(jù)計算出的相關(guān)度，該算法選擇出具有最小相關(guān)程度和最大向量范數(shù)的天線子集。與性能最優(yōu)的選擇算法相比，該算法在保證性能的前提下具有很低的復(fù)雜度；與隨機(jī)選擇算法相比較，該算法可以提高系統(tǒng)容量和平均信噪比(SNR)。 5)研究了非

7、理想信道估計下天線選擇系統(tǒng)的性能。天線選擇系統(tǒng)的性能分析對于認(rèn)識和設(shè)計天線選擇系統(tǒng)具有重要的意義，然而，大部分研究成果假設(shè)了在發(fā)送端或接收端能準(zhǔn)確地獲得信道參數(shù)。本文給出了非理想信道估計下天線選擇系統(tǒng)的性能，分別使用兩種不同的方法得出了其誤符號率(SER)性能，仿真結(jié)果表明，無論在理想或有誤差的信道信息下，本文所提出的理論結(jié)果都逼近于實際的系統(tǒng)性能。數(shù)值分析結(jié)果表明，在低SNR區(qū)域提高信道估計的準(zhǔn)確程度比增加可供選擇的天線數(shù)目更能提高系