空时编码与空间复用组合系统关键技术研究

摘要

目前，由于多媒体、宽带Internet等高速率数据传输业务的迅猛增加，对高数据率无线接入的需求也以相同的速率在增长。在无线通信环境中，高速通信面临着频谱资源有限，时变无线传输环境复杂等问题，利用传统的办法解决这些问题是很困难的。随着对更高的数据传输率、更好的服务质量、更大的网络容量和覆盖的需求的增大，出现了许多能够提高频谱效率和传输可靠性的新技术和新方案。在无线通信系统的发射和接收端使用多根天线，也就是MIMO(Muitiple-InputMultiple-Output)技术，就是其中之一。随着对MIMO技术研究的深入，它所能提供的性能增益也越来越引人注目。 以更大程度地提高无线通信系统的性能增益、降低运算成本以及设计并优化多用户组合系统的预处理算法为目标，本文的研究工作及创新点包括以下几个方面： 1)空时正交分组码可以使无线通信系统获得完全发射分集增益，空间复用系统可以在不增加系统带宽的情况下提高无线通信系统的传输速率，将空时正交分组码与空间复用在空间上组合可以使得无线通信系统同时获得分集增益与复用增益。基于空时正交分组码码块的正交结构特征，利用相关的矩阵理论推导出将空时正交分组码与空间复用组合系统转换为等效空间复用系统的通式，并在此基础上提出等效线性迫零检测算法与等效非线性迫零检测算法。性能分析表明，较之空时正交分组码系统与空间复用系统，空时正交分组码与空间复用组合系统的系统性能增益更接近理想的性能增益折中曲线，与现有的迫零组接收机比较，等效线性迫零检测算法和等效非线性迫零检测算法均使得空时正交分组码与空间复用组合系统获得更大的分集增益和更好的系统性能，并且这两种算法只需要求接收天线数目不得小于发射天线数目的一半，较之迫零组接收机有更大的使用范围。 2)基于线性分散码频谱利用率高的特点，本文提出了线性分散码与空间复用在空间上组合的方案，以满足高速传输业务的需求。利用码字矩阵的概念以及相关的矩阵理论，将线性分散码与空间复用组合系统转换为等效的空间复用系统，得到矢量形式的系统传输函数，并且基于球形解码算法，进一步提出了既能保证解码有效又降低运算成本的定步长改进球形检测算法以及变步长改进球形检测算法。性能分析表明，定步长改进球形检测算法使得线性分散码与空间复用组合系统获得的性能虽然比球形解码算法下降了约0.5dB，但是所需的运算成本仅为球形解码算法的30﹪。进一步基于定步长改进球形检测算法提出的变步长改进球形检测算法只需使用几比特的反馈信息，将运算成本下降了40﹪多，对接收端的工程实现具有实际意义。 3)对于多用户组合系统，由于用户间存在共道干扰，降低了整个系统的性能。本文针对多用户空时正交分组码与空间复用组合系统以及多用户线性分散码与空间复用组合系统，利用奇异值分解及相关矩阵理论，设计并实现了下行预处理算法，从而将多用户组合系统转换为并行单用户组合系统，提高了整个系统的性能。此外，还研究和分析了信道估计误差对下行预处理算法的影响。最后分别针对空时正交分组码与空间复用组合系统的等效线性迫零检测算法与等效非线性迫零检测算法以及线性分散码与空间复用组合系统的变步长改进球形检测算法，进一步提出优化的下行预处理算法，从而更好的提高多用户组合系统的性能。

目录

文摘

英文文摘

哈尔滨工程大学学位论文原创性声明

第1章绪论

第2章MIMO系统模型及容量分析

第3章空时正交分组码与空间复用组合系统

第4章线性分散码与空间复用组合系统

第5章多用户组合系统下行预处理算法

结论

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢