相干和非相干空時(shí)碼的性能研究.pdf

1、本文對(duì)相干和非相干空時(shí)碼的若干關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行了研究，主要內(nèi)容是: 1、提出排序的球形譯碼算法，能處理任意形狀的星座圖信號(hào)，降低譯碼時(shí)間?？臻g復(fù)用可以顯著提高頻譜效率，V-BLAST是貝爾實(shí)驗(yàn)室提出的一種有效譯碼方法，缺點(diǎn)是逐層消去降低了分集階。球形譯碼能達(dá)到最大似然譯碼的性能，并且計(jì)算復(fù)雜度較低。Viterbo最初的球形譯碼僅能處理整數(shù)實(shí)星座圖信號(hào)，本文將其推廣，可適合于復(fù)星座圖信號(hào)。由于是相干解調(diào)，可以利用每一層對(duì)應(yīng)的信道狀

2、態(tài)信息CSI。按照CSI的大小對(duì)譯碼次序進(jìn)行排序，信道質(zhì)量好的層先譯碼，信道質(zhì)量差的層后譯碼。同時(shí)增加了一些啟發(fā)式規(guī)則，使得譯碼所需時(shí)間大為降低。本文方法與V-BLAST進(jìn)行對(duì)比，以略微增加的復(fù)雜度換來了性能的極大改善。 2、推導(dǎo)了空間衰落相關(guān)條件下非相干酉空時(shí)碼的差錯(cuò)概率公式。對(duì)于非相干調(diào)制，Hochwald 得到了平坦衰落、無衰落相關(guān)條件下非相干酉空時(shí)碼的成對(duì)差錯(cuò)概率。實(shí)際使用的MIMO系統(tǒng)各天線單元之間的距離不可能很大，各

3、天線之間存在著空間衰落相關(guān)。本文考慮空間衰落相關(guān)對(duì)酉空時(shí)碼性能造成的影響。首先從酉碼的判決變量出發(fā)，得到其矩生函數(shù)，然后對(duì)矩生函數(shù)求拉氏反變化，推導(dǎo)其成對(duì)差錯(cuò)概率。進(jìn)一步利用酉碼的性質(zhì)，求出其差錯(cuò)概率的Chernoff上界和聯(lián)合邊界.}lochwald的結(jié)論被包含在本文公式中，無衰落相關(guān)僅僅是有衰落相關(guān)的一個(gè)特例。最后給出因空間衰落相關(guān)導(dǎo)致的塊誤碼率下降倍數(shù)。通過仿真驗(yàn)證了不同的衰落相關(guān)矩陣引起不同程度的性能下降。 3、設(shè)計(jì)四種

4、方法把差分空時(shí)碼映射到MIMO-OFDM結(jié)構(gòu)中，建立了范數(shù)準(zhǔn)則來評(píng)估映射方法。OFDM能克服多徑造成的碼間干擾，均衡簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是需要做信道估計(jì)，并且必須和糾錯(cuò)碼結(jié)合起來消除頻率選擇性的影響。差分空時(shí)碼不需要做信道估計(jì)，譯碼簡(jiǎn)單，但是僅適用于平坦衰落信道。本文設(shè)計(jì)的四種方法規(guī)定了差分空時(shí)碼到OFDM符號(hào)的映射關(guān)系，有效地結(jié)合了兩種編碼方法的優(yōu)點(diǎn)。信道是頻率選擇性和時(shí)間選擇性的，而差分碼要求連續(xù)兩個(gè)碼的CSI保持恒定，因此在譯碼過程中引入不

5、可減掉的加性干擾。本文用判決變量的范數(shù)來表示這種不可減干擾，分別求出四種映射方泫對(duì)應(yīng)的范數(shù)。該范數(shù)可作為衡量映射方法的一個(gè)準(zhǔn)則，范數(shù)越小，該方法越好。對(duì)幾種典型信道的仿真表明，四種映射方法在具體的應(yīng)用環(huán)境中各有其優(yōu)劣，其性能和范數(shù)準(zhǔn)則完全一致。 4、研究連續(xù)時(shí)變信道下訓(xùn)練調(diào)制和差分調(diào)制的性能，推導(dǎo)了各自的差錯(cuò)概率公式。理論分析表明，差分譯碼比相干譯碼的性能要差3dB。在實(shí)際系統(tǒng)中，有兩個(gè)因素影響相干譯碼的性能，兩者間的真實(shí)差距沒

6、有這么顯著。首先，信道估計(jì)非理想化，不可能采用無限長(zhǎng)的訓(xùn)練序列使估計(jì)偏差無限??；其次，信道是連續(xù)時(shí)變的，當(dāng)前估計(jì)的CSI在隨后的時(shí)間內(nèi)發(fā)生變化。有鑒于此，在塊誤碼率的差錯(cuò)概率公式推導(dǎo)過程中，把這兩個(gè)因素結(jié)合進(jìn)來，得到判決變量的協(xié)方差矩陣。然后用簡(jiǎn)化的計(jì)算成對(duì)差錯(cuò)概率的方法，求出相干調(diào)制、差分調(diào)制以及Cayley差分碼的差錯(cuò)概率。以典型的相干空時(shí)碼-Alamouti碼和典型的差分空時(shí)碼-cayley碼為代表，在不同的歸一化多譜勒頻率下，比

7、較其仿真結(jié)果和解析結(jié)果，仿真值和計(jì)算值非常接近。多譜勒頻率較低時(shí)，Alamouti碼占優(yōu)勢(shì)；多譜勒頻率較高時(shí)，時(shí)變信道使有效信噪比降低，引起Alamouti碼性能惡化。Cayley碼則對(duì)時(shí)變信道不敏感，也不存在信道估計(jì)偏差的問題。 5、針對(duì)MIMO-BICM的譯碼，研究降低信號(hào)空間維數(shù)的方法，推導(dǎo)了各種方法的鏈路級(jí)信道容量?？諘r(shí)碼的信號(hào)空間很大，純MAP算法需要針對(duì)每個(gè)比特計(jì)算其對(duì)數(shù)似然比LLR，運(yùn)算量非常大。必須降低空時(shí)碼信號(hào)

8、空間的維數(shù)，減小運(yùn)算量。本文以性能優(yōu)良的TAST碼為代表，研究了幾種降低維數(shù)的方法。TAST碼在譯碼過程中，把時(shí)間維和空間維的信號(hào)堆疊在一起，導(dǎo)致龐大的信號(hào)空間。可以把TAST碼按其構(gòu)成的DAST碼分解成多個(gè)較小的信號(hào)空間，也可以直接分解為一維信號(hào)空間。比較了MMSE均衡和ZF均衡的不同效果，ZF均衡的效果差，不適用于TAST、碼的降維。推導(dǎo)了這幾種方法的LLC，不同的方法得到的LLC也不盡相同。LLC越大，該降維方法的性能越好。兩者間

9、呈一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此可以用LLC作為評(píng)價(jià)降維方法性能的指標(biāo)。在諸多方法中，用MMSE均衡分解為一維信號(hào)空間，運(yùn)算量小，性能也比較理想。 6、針對(duì)MIMO-BICM的分組重傳方法，提出每次重傳使用不同的信道交織器，在接收端進(jìn)行軟信息合并，在慢時(shí)變信道下性能有很大提高。根據(jù)信道時(shí)間相關(guān)程度的不同，選擇合適的重傳機(jī)制。如果每次重傳的CSI變化很小，相關(guān)度較高，重傳相同的分組，即使經(jīng)過分組合并方法，性能也不佳。如果改為每次使用不同的信道

10、交織器，人為地對(duì)該分組每個(gè)比特所經(jīng)歷的信道進(jìn)行洗牌，將大大改善其性能。建立了重傳信道模型，得到該模型下的信道容量。通過仿真，當(dāng)歸一化多譜勒頻率較低時(shí)，采用改進(jìn)的重傳方法，其信道容量顯著增加。如果每次使用不同的交織器，傳統(tǒng)的增量冗余(IR)和Chase合并方法(CC)不再適用，本文提出軟信息合并(SC)的概念，即在接收端解交織后，把每次重傳各個(gè)比特的LLR相加。 基于重傳信道模型仿真了三種HARQ方案，在某些特定的條件下，各個(gè)方案