空間相關多輸入多輸出系統(tǒng)的空時信號處理技術研究.pdf

1、多輸入多輸出(MIMO)技術是高速無線通信領域內的一個重要進步,與傳統(tǒng)的單輸入單輸出(SISO)系統(tǒng)相比,MIMO最顯著的優(yōu)點是能夠提供極大的系統(tǒng)容量,且該系統(tǒng)容量會隨著收發(fā)天線數目的增多而線性增加.然而已有的研究成果也顯示,MIMO系統(tǒng)對信道空間特性較為敏感.當傳輸環(huán)境中散射物不充分,或者收發(fā)天線陣元間距較小時,MIMO信道會呈現(xiàn)空間相關衰落特性.隨著信道空間相關性的增強,MIMO系統(tǒng)的性能會出現(xiàn)越來越明顯的退化.這種對空間相關衰落的

2、敏感性,使得MIMO系統(tǒng)的應用場合受到了較多的限制,難以直接應用于小型終端.為了推進MIMO系統(tǒng)從實驗室走向真正意義上的商用,MIMO系統(tǒng)在空間相關衰落信道條件下的性能分析與系統(tǒng)設計是研究人員不能回避的一個重要挑戰(zhàn). 目前,國際上針對空間相關MIMO系統(tǒng)的研究已經開展了一段時間,從空間相關衰落條件下的MIMO信道建模、容量分析等基礎研究領域,到相關條件下的發(fā)射端空時編碼設計、接收端信號檢測算法和發(fā)射接收機的聯(lián)合優(yōu)化等領域開始陸續(xù)

3、有一些研究成果發(fā)表. 本文的主要目的是在國內外已有的研究基礎上,進一步深入開展空間相關衰落環(huán)境下的MIMO系統(tǒng)空時信號處理算法的研究,降低MIMO系統(tǒng)對信道空間相關衰落的敏感性,推進MIMO系統(tǒng)的實用化研究的介紹. 本文內容分為四個主要部分.第一部分是對MIMO系統(tǒng)的基本特征描述以及關于目前該領域內最有價值的幾個研究方向. 第二部分主要研究了開環(huán)條件下,空間相關MIMO系統(tǒng)中的軟信息迭代信號處理技術.針對空間相關

4、信道的特點,我們在標準Turbo-BLAST的基礎上,提出了一種改進的多環(huán)迭代BLAST 接收機結構.通過在接收機的內解碼器增加一個本地軟信息迭代環(huán)路來提供更準確的迭代初始參量,改善 Furbo-BLAST 在空間相關環(huán)境中的性能.在本文的第三部分,我們主要研究了空間相關環(huán)境,閉環(huán)條件下的MIMO收發(fā)信機聯(lián)合優(yōu)化問題.以目前最主流的MASE AM MIMO系統(tǒng)為參照,我們提出了一種適用于MIMO系統(tǒng)的新的自適應調制準則:最小化發(fā)射功率(

5、MTP)準則.這種MTP準則以用戶或網絡上層所需的OoS指標為目標進行收發(fā)信機聯(lián)合優(yōu)化,使MIMO系統(tǒng)以最小的發(fā)射功率保證所需要的傳輸速率和質量.我們首先針對窄帶信道環(huán)境中,在完美信道信息(P-CSI)假設下,提出了多種具有不同特點的MTP優(yōu)化算法:然后,建立了非完美信道信息(I.CSI)模型,分析了信道信息誤差對MTP AM MIMO的影響,并在此基礎上設計了針對I.CSl假設的魯棒性MTP自適應調制算法,分析了其運算復雜度和在空間相

6、關環(huán)境中的性能. 為了更進一步的推廣MTP準則在MIMO系統(tǒng)中的應用,我們在窄帶MTPAM MIMO的基礎上,根據寬帶頻率選擇性MIMO信道的特點,將MIMO與OFDM技術相結合,建立了P-CSI和I-CSI條件下,MIMO.OFDM系統(tǒng)的空頻域子信道等效模型.并在該模型的基礎上,將MTP準則應用于MIMO-OFDM系統(tǒng),提出了適用于寬帶頻率選擇性信道的MTPAM MIMO-OFDM算法. 由于在閉環(huán)系統(tǒng)中,信道信息的精