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MIMO-OFDM系统循环延迟分集研究

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论文说明:TABLE OF FIGURES

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CHAPTER 1 INTRODUCTION

1.1.Exordium

1.2.Evolution of Wireless Communications

1.3.Background and Motivation of the study

1.4.Prior Work

1.5.Objective and Contributions

1.6.Notation Summary

CHAPTER 2 MOBILE WIRELESS CHANNEL

2.1.Wireless Radio Channel

2.1.1 Propagation Characteristics of Mobile Radio Channels

2.1.2 Attenuation

2.1.2 Multipath Effects

2.2 Modeling of Mobile Radio Channels

2.2.1 Inter-Symbol(ISI)and Inter-Channel Interference(ICI)

2.2.2 COST 207

2.3 Multi Career Communication Systems

2.4 Orthogonal Frequency Division Multiplexing(OFDM)

2.4.1 OFDM Generation

2.4.2 Guard Interval

2.4.3 OFDM Received Signal

2.5 OFDM Challenges

2.5.1 Peak to Average power Ratio(PAPR)

2.5.2 Carrier Frequency Offset

2.6 Advantages and Drawbacks of OFDM

CHAPTER 3 MULTI ANTENNA OFDM SYSTEMS

3.1 MIMO Systems

3.2 Information Theory Of MIMO

3.2 MIMO System Model

3.3 MIMO OFDM Data Detection through Channel Analysis

3.3.1 Analysis of Channel Characteristics

3.4 Channel Estimation for Mobile MIMO OFDM Systems

3.4.1 System Model

3.4.2 EM-Based LS Channel Estimation

3.4.3 Low-Complexity MAP Channel Estimation

3.4.4 MAP Channel Estimation

3.4.5 Low Rank Approximated MAP Channel Estimation

3.4.6 EM-based MAP Channel Estimation

3.5 Data Detection for Mobile MIMO OFDM Systems

3.5.1 ZF and MMSE Detection

3.5.2 ICI-based MMSE Detection

3.6 SIC Detection

3.7 Simulation Results

3.8 Conclusion

CHAPTER 4 PERFORMANCE ANALYSIS OF CYCLIC DELAY DIVERSITY IN OFDM SYSTEMS

4.1 Antenna Diversity

4.1.1 Receiver Diversity

4.1.2 Transmitter Diversity

4.2 Cyclic Delay Diversity Code Structure

4.2.1 Transmitter Signal Model

4.3 Performance Analysis

4.3.1 Pair-wise Error Probability

4.3.2 CDD Received Signal Model

4.3.3 Transmission Rate

4.3.4 Full Diversity Criterion

4.3.5 Coding Gain

4.4 Space Frequency Codes based CDD in MIMO-OFDM systems

4.4.1 A Space Frequency Framework Based on CDD

4.4.2 Simulation Results

4.4.3 Summary

4.5 Pilot Channel Estimmion of SFC-CDD

4.5.1 Efrect of SFC-CDD on Channel Characteristics

4.5.2 Conventional Channel Estimation of OFDM Systems

4.5.3 Sampling theorem:

4.5.3 Pilot Construction

4.5.4 Zero and Non-zero Pilot Pattern

4.6 Proposed channel estimator for SFC-CDD

4.6.1 Necessary condition for the virtual pilot grid

4.6.2 Sufficient condition to provide a set of optimum phase shifted pilot sequences

4.6.3 Wiener Filter Estimaion

4.6.4 Minimum Squared Estimation

4.7 Summary

CHAPTER 5 SPACE-TIME BLOCK CODING AND CYCLIC DELAY DIVERSITY

5.1.Overview

5.1.1 Delay Diversity Scheme

5.2 Alamouti Space-Time Code

5.2.1 Maximum Likelihood Decoding

5.2.2 Maximum Ratio Combining

5.3 Transmit Diversity

5.4 STBC for Real Signal Constellations

5.4.1 STBC for Complex Signal Constellations

5.4.2 Decoding of STBC

5.5 Space-Time Block Codes with pilot channel estimation

5.5.1 Rake Receiver with Pilot Aided Channel Estimator

5.6 Comparison of Space Time Codes and Cyclic Delay Diversity

5.6.1 Simulation and Discussion

5.6.2 Space Time Block with Cyclic Delay Diversity

5.6.3 Simulations

5.7 Summary

CONCLUSION AND FUTURE WORK

REFERENCES

PUBLICATIONS

ACKNOWLEDGEMENTS

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摘要

宽带无线分组接入的需求日益增加,其基础研究和工程应用提出了挑战:原本保贵的无线频谱资源越来越拥挤,这意味着可供新出现的无线高数据业务利用的新频谱空间越来越少。一种有前途的下一代固定和移动无线候选系统是多输入多输出系统(MIMO),这种系统结合了正交频分复用技术(OFDM),OFDM技术有望极大地改善未来无线通信系统的频谱利用率、链路稳定性以及系统性能。对比单输入单输出系统(SISO),MIMO/OFDM系统加入了另外的空间时间处理技术,例如空间时间块编码技术(STBC)。如果多输入多输出系统接收端可以获取足够好的信道状态信息(CSI),就可以通过一个相当于最少传接天线数目的因子而增加系统负载能力。对于无线链路的有效传输,可靠的信道估计是十分重要的。现在大多数对STB编码的研究都假设接收端可以获取到准确的估计信息。但现实当中,接收端必须为多种联合技术和译码估计信道参数。MIMO/OFDM系统的信道可用盲信道估计法或者通过发送已知的训练序列来估计信道。盲信道估计技术尝试在没有任何传输数据的先验信息的情况下估计信道参数。只有在大量数据可以被收集以作一个可靠的随机估计时,这种方法才有用,因此需要复杂的信号处理技术。很明显,盲信道估计法在移动通信应用中不适用,因为时变信道会阻止大量数据的收集。为了解决这个问题,导频数据辅助信道估计策略是一种合适的方法,这种策略在保持尽可能短的导频序列长度的基础上达到好的系统性能。在这种信道估计器中,已知的导频信号被复用到传输数据子载波中。信道估计通过在这些导频子信道的插值中实现。本论文的研究重点如下: 1.MIMO/OFDM系统的空时编码。我们主要在时变信道上探讨MIMO/OFDM系统中的信道估计和数据检测的复杂性和性能问题。 2.MIMO/OFDM系统的时变信道存在载波间干扰(ICI),本文提出一种信道估计和数据检测的迭代算法。给出一种基于ICI最小均方错误率(MMSE)的检测方法。 3.循环延迟分集(CCD)传输策略被提出,应用到OFDM系统以获取更佳的可靠性,有效性和系统缺少额外带宽时候的可用性。我们在研究CDD的成对误码率(PEP)的基础上提出一种新的空频编码(SFC)框架。提出的SFC策略可以达到空间和频率的全分集,而没有牺牲频谱的利用率。 4.对具有CDD的MIMO—OFDM系统,本论文提出了一种低复杂度,高带宽利用率的导频符号辅助(PSA)信道估计器。导频符号通过两种方法形成:第一种是零导频特征,利用可以同时获得的全部导频信道:第二种是非零导频特征,导频信号被分配到不同的发送天线。通过对一组周期性传输导频符号的估计值插值,可以追踪到时变信道响应。 5.本论文调查了MIMO—OFDM系统中空时块编码方案以及CDD的性能。

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