空間相關(guān)多輸入多輸出系統(tǒng)的空時(shí)信號(hào)處理技術(shù)研究.pdf

1、多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)是高速無線通信領(lǐng)域內(nèi)的一個(gè)重要進(jìn)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(diǎn)是能夠提供極大的系統(tǒng)容量,且該系統(tǒng)容量會(huì)隨著收發(fā)天線數(shù)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(duì)信道空間特性較為敏感.當(dāng)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(shí),MIMO信道會(huì)呈現(xiàn)空間相關(guān)衰落特性.隨著信道空間相關(guān)性的增強(qiáng),MIMO系統(tǒng)的性能會(huì)出現(xiàn)越來越明顯的退化.這種對(duì)空間相關(guān)衰落的

2、敏感性,使得MIMO系統(tǒng)的應(yīng)用場合受到了較多的限制,難以直接應(yīng)用于小型終端.為了推進(jìn)MIMO系統(tǒng)從實(shí)驗(yàn)室走向真正意義上的商用,MIMO系統(tǒng)在空間相關(guān)衰落信道條件下的性能分析與系統(tǒng)設(shè)計(jì)是研究人員不能回避的一個(gè)重要挑戰(zhàn). 目前,國際上針對(duì)空間相關(guān)MIMO系統(tǒng)的研究已經(jīng)開展了一段時(shí)間,從空間相關(guān)衰落條件下的MIMO信道建模、容量分析等基礎(chǔ)研究領(lǐng)域,到相關(guān)條件下的發(fā)射端空時(shí)編碼設(shè)計(jì)、接收端信號(hào)檢測算法和發(fā)射接收機(jī)的聯(lián)合優(yōu)化等領(lǐng)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(nèi)外已有的研究基礎(chǔ)上,進(jìn)一步深入開展空間相關(guān)衰落環(huán)境下的MIMO系統(tǒng)空時(shí)信號(hào)處理算法的研究,降低MIMO系統(tǒng)對(duì)信道空間相關(guān)衰落的敏感性,推進(jìn)MIMO系統(tǒng)的實(shí)用化研究的介紹. 本文內(nèi)容分為四個(gè)主要部分.第一部分是對(duì)MIMO系統(tǒng)的基本特征描述以及關(guān)于目前該領(lǐng)域內(nèi)最有價(jià)值的幾個(gè)研究方向. 第二部分主要研究了開環(huán)條件下,空間相關(guān)MIMO系統(tǒng)中的軟信息迭代信號(hào)處理技術(shù).針對(duì)空間相關(guān)

4、信道的特點(diǎn),我們?cè)跇?biāo)準(zhǔn)Turbo-BLAST的基礎(chǔ)上,提出了一種改進(jìn)的多環(huán)迭代BLAST 接收機(jī)結(jié)構(gòu).通過在接收機(jī)的內(nèi)解碼器增加一個(gè)本地軟信息迭代環(huán)路來提供更準(zhǔn)確的迭代初始參量,改善 Furbo-BLAST 在空間相關(guān)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(guān)環(huán)境,閉環(huán)條件下的MIMO收發(fā)信機(jī)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(yīng)調(diào)制準(zhǔn)則:最小化發(fā)射功率(

5、MTP)準(zhǔn)則.這種MTP準(zhǔn)則以用戶或網(wǎng)絡(luò)上層所需的OoS指標(biāo)為目標(biāo)進(jìn)行收發(fā)信機(jī)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(zhì)量.我們首先針對(duì)窄帶信道環(huán)境中,在完美信道信息(P-CSI)假設(shè)下,提出了多種具有不同特點(diǎn)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(duì)MTP AM MIMO的影響,并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了針對(duì)I.CSl假設(shè)的魯棒性MTP自適應(yīng)調(diào)制算法,分析了其運(yùn)算復(fù)雜度和在空間相

6、關(guān)環(huán)境中的性能. 為了更進(jìn)一步的推廣MTP準(zhǔn)則在MIMO系統(tǒng)中的應(yīng)用,我們?cè)谡瓗TPAM MIMO的基礎(chǔ)上,根據(jù)寬帶頻率選擇性MIMO信道的特點(diǎn),將MIMO與OFDM技術(shù)相結(jié)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(chǔ)上,將MTP準(zhǔn)則應(yīng)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