空時(shí)編碼及相關(guān)技術(shù)研究.pdf

1、近年來，無線移動通信已成為通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。目前，已有多項(xiàng)技術(shù)被人們看好，將很有希望成為未來移動通信系統(tǒng)架構(gòu)中的關(guān)鍵技術(shù)。這其中包括能有效克服多徑效應(yīng)，提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率的OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技術(shù)，基于空分復(fù)用或空間分集，能顯著提高系統(tǒng)容量或有效改善系統(tǒng)性能的MIMO(Multiple Input Multiple Output)技術(shù)等。正是在這種應(yīng)用和研

2、究背景下誕生的空時(shí)編碼(Space-Time Code, STC)技術(shù)受到廣泛重視。本文在國家“十五”863計(jì)劃重大課題“新一代蜂窩移動通信系統(tǒng)無線傳輸鏈路技術(shù)研究(2001AA123014)”和國家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目“未來移動通信系統(tǒng)基礎(chǔ)理論與技術(shù)研究”子課題“基于MIMO-OFDM系統(tǒng)的空中接口自適應(yīng)技術(shù)研究(60496310)”的資助下，針對惡劣的無線移動通信環(huán)境，如信道空間相關(guān)、時(shí)頻選擇性衰落等，對多用戶環(huán)境下的空時(shí)編解碼傳輸

3、方案、預(yù)編碼技術(shù)等進(jìn)行研究，力圖通過穩(wěn)健的解碼器設(shè)計(jì)或者預(yù)編碼技術(shù)的運(yùn)用改善系統(tǒng)對抗衰落的性能。 論文首先基于已有空時(shí)相關(guān)MIMO信道模型，分析給出了聯(lián)合空時(shí)互相關(guān)函數(shù)解析表達(dá)式，并推導(dǎo)給出了空時(shí)分組編碼傳輸方案理論成對錯(cuò)誤概率表達(dá)式。通過評估收發(fā)兩端天線陣列間距、傾斜角度及其散射體角度擴(kuò)展、不同信道時(shí)變等因素對空時(shí)分組編碼傳輸系統(tǒng)性能影響，進(jìn)一步驗(yàn)證了該空時(shí)相關(guān)MIMO信道模型的正確性。同時(shí)，已有的空時(shí)相關(guān)信道模型，或者僅考慮

4、信道空間相關(guān)，或者僅考慮信道時(shí)變。我們提出了一種混合模型對信道空時(shí)相關(guān)聯(lián)合建模。最后，基于上述兩種空時(shí)相關(guān)信道模型，評估給出：當(dāng)信道時(shí)變較小時(shí)，大的信道空間相關(guān)帶來系統(tǒng)性能損失更為嚴(yán)重；而當(dāng)信道時(shí)變增大時(shí)，無論信道何種程度空間相關(guān)，大的信道時(shí)變則主導(dǎo)系統(tǒng)性能損失。由此可見，信道特性，諸如空間相關(guān)、時(shí)頻選擇性衰落等，特別是多用戶環(huán)境下，對空時(shí)編解碼傳輸方案設(shè)計(jì)有著重要影響。 在以往的空時(shí)分組編碼多用戶上行系統(tǒng)中，ZF和MMSE解碼

5、器設(shè)計(jì)方案均假定信道準(zhǔn)靜態(tài)衰落，信道一旦時(shí)變，則接收端在解碼某用戶信號時(shí)即引入符號間干擾，且這種干擾隨信道時(shí)變增大而增加。由此提出了兩類新解碼器設(shè)計(jì)方案。方案一，基于時(shí)變信道下接收信號表達(dá)式聯(lián)合解碼，從而去除解碼期望用戶信號時(shí)符號間干擾的影響。方案二，基于ZF思想，構(gòu)造一變換矩陣，作用該矩陣于接收信號矢量使之對角化，從而達(dá)到去除符號間干擾影響之目的。上述兩類解碼器設(shè)計(jì)方案僅適用于時(shí)變平坦衰落信道、2用戶上行系統(tǒng)。接著，將上述適用于2用戶

6、系統(tǒng)的新解碼器設(shè)計(jì)方案推廣至已有空時(shí)分組編碼多用戶系統(tǒng)框架，替代迭代軟入軟出多用戶檢測方案，從而降低計(jì)算復(fù)雜度。然后，結(jié)合OFDM技術(shù)，基于每個(gè)平坦衰落子載波信道運(yùn)用上述新解碼器設(shè)計(jì)方案，將其推廣至?xí)r頻選擇性衰落信道、多用戶上行系統(tǒng)。在各種系統(tǒng)配置下，相對于已有傳統(tǒng)解碼器，新解碼器獲得顯著性能增益，同時(shí)不存在誤碼平層現(xiàn)象。 對于傳統(tǒng)的組分層空時(shí)結(jié)構(gòu)解碼器設(shè)計(jì)方案，首先利用組檢測技術(shù)獲得期望分組的發(fā)射信號，再空時(shí)解碼獲得該分組內(nèi)的

7、發(fā)射符號。Dai提出了一種解碼器設(shè)計(jì)方案，但其本質(zhì)思想并未改變，即首先運(yùn)用組檢測技術(shù)抑制組間干擾，再最大似然解碼獲得期望分組內(nèi)的發(fā)射符號。已有解碼器設(shè)計(jì)方案均假定信道準(zhǔn)靜態(tài)衰落，信道一旦時(shí)變，則不再適用。作為改進(jìn)，我們提出了一種適用于時(shí)變信道、組分層空時(shí)結(jié)構(gòu)的新解碼器設(shè)計(jì)方案。對于該方案，首先構(gòu)造“正交對”矩陣去除所有分組內(nèi)符號之間的干擾，再運(yùn)用遞推降維矩陣求逆算法，并行檢測獲得所有分組的發(fā)射符號。我們將證明，Zhuang提出的適用于時(shí)

8、變信道、4發(fā)天線系統(tǒng)的解碼器即為本文的特例。與傳統(tǒng)的解碼器相比較，新設(shè)計(jì)的解碼器計(jì)算復(fù)雜度得到大大降低。 論文最后針對多用戶下行空分復(fù)用系統(tǒng)，提出了一種預(yù)編碼器設(shè)計(jì)方案。在基站發(fā)射端，根據(jù)最小平均矢量符號錯(cuò)誤概率準(zhǔn)則，預(yù)編碼器構(gòu)造為所有用戶信道狀態(tài)信息的函數(shù)。由于多用戶干擾在基站端被預(yù)去除，所以終端用戶僅利用簡單的線性解碼即可獲得發(fā)射符號。該多用戶下行空分復(fù)用系統(tǒng)預(yù)編碼器設(shè)計(jì)方案獲得了與單用戶預(yù)編碼系統(tǒng)幾乎一致的性能。接著，針對