多载波频偏下分布式空时编码系统的符号检测和容量问题研究

摘要

下一代移动通信将提供更好的服务质量和覆盖范围，更高的功率和带宽效率，能应用于更广泛的环境中。于是对其采用的技术也提出了更高的要求。当前无线通信领域的关键技术包括正交频分复用（OFDM）技术、多输入多输出（MIMO）技术、空时分组编码（STBC）技术。而最近提出的概念，合作分集（Cooperative Diversity），因其可利用移动终端的单天线相互配合形成虚拟的MIMO信道提高空间分集度，而不需要改造现有移动终端和基站的结构，引起了人们的关注。
　　 本文将合作分集与传统的STBC系统和STBC-OFDM系统相结合，构成新的分布式STBC（Distributed STBC）系统和分布式STBC-OFDM（Distributed STBC-OFDM）系统。在分布式系统中，多个中继节点与接收机间产生多个载波频率偏移（CFO），而接收机不可能对这多个CFO同时补偿，因此多CFO总是存在的，它将破坏STBC的正交性并引起OFDM子载波间干扰（ICI），从而引起系统性能下降。本文分别建立了DSTBC和DSTBC-OFDM系统的数学模型，分析了存在多CFO下这两个分布式系统的符号检测问题，提出新的频域均衡方法以对抗多CFO引起的系统性能下降，并推导出DSTBC-OFDM系统中各态历经容量和掉线容量的容量公式。
　　 理论分析和仿真结果表明，在DSTBC系统中无论采取何种解码方案多个载波频偏都将引起系统性能下降，而从计算复杂度和误码率性能两个标准来衡量，推广的简化最大似然检测器（GSMLD）为最佳候选方案。在DSTBC-OFDM系统中，对误码率性能和容量的分析得到了一致的结果，当归一化频偏差小于0.2时，DSTBC-OFDM系统可以正常工作；当归一化频偏差较大时，即在0.4附近，大频偏破坏了STBC的正交性，系统的误码率性能最差、容量最小，甚至不如没有采用空间分集的单入单出OFDM系统。因此，在实际存在大频偏的环境下，如需利用DSTBC-OFDM系统，必须配以频率同步机制和相关的协议来保证归一化频偏差小于0.2。