分布式空时编码异步协作通信系统及均衡技术研究

摘要

协作通信系统作为一种多天线技术的扩展，已经成为了近年来通信领域研究的热点，它将成为未来提高频谱利用率的关键技术之一。本文针对协作通信系统中的分布式空时编码技术与均衡技术进行了深入的研究，并针对分布式空时格码、分布式线性卷积空时码和分布式频域线性卷积空频码三类编码方案进行了重点讨论和分析。
　　 首先，本文提出了一类适用于频率选择性衰落信道条件下的分布式空时格码。相比较于理想的符号同步假设，这类码字是基于实施过程较为简单的帧同步假设。在系统模型的分析基础上，可以发现这类码字的构造等价于寻找具有行满秩特性的生成矩阵，而不用考虑子矩阵移位问题。这里的子矩阵可以通过将频率选择性衰落信道条件下的L+1条可分解路径转化为平坦衰落信道条件下的L+1个中继结点。本文还通过计算机搜索的方式给出了满足最小寄存器阶数条件的码字实例。仿真结果也表明了这类码字能够获得满协作分集增益和满多径分集增益，并且在较大延时量的情况下具有较高的编码增益。
　　 其次，本文考虑了基于分布式线性卷积空时码的异步协作通信系统。考虑到系统中的多时偏问题，通过将对应每个中继结点的时延偏移量等效到对应生成多项式中的零矢量，构造等效的异步协作通信系统模型。通过对等效信道矩阵的带状Toeplitz性质的研究，本文提出了一种基于Trench算法求解带状Toeplitz线性系统的块最小均方误差均衡方法，通过将求解高阶带状Toeplitz线性系统的运算简化为求解低阶Toeplitz线性系统的运算，避免了传统最小均方误差均衡算法中的高阶矩阵求逆运算，从而极大地降低了计算复杂度。仿真结果表明该均衡方法能够在非最小阶数非迹正交生成多项式以及较大的数据帧长的情况下取得满意的系统性能。
　　 最后，本文考虑了基于分布式频域线性卷积空频码的异步协作通信系统。该协作通信系统考虑了多个载波频率偏移的影响，同时假定中继结点到目的结点的信道是平坦衰落的。通过数学推导，该系统模型得到了简化。最终，本文得到了等价的限带模型，同时也分析了关于最终等价信道矩阵的限带属性。在此限带模型的基础之上，本文提出了一种应用LDLH矩阵分解的“限带”块最小均方误差均衡方法。进一步地，为了实现相应的限带操作，本文还定义了一类特殊的掩码矩阵。相比较于那些传统的最小均方误差均衡方法，本文所提出的均衡方法在保持较满意的系统性能的前提下，具有相对较低的计算复杂度。