高速移动通信系统中MIMO预编码与SM技术的应用

摘要

MIMO通信技术是当前解决频谱资源短缺、提高通信速率和通信容量的一项关键技术，尤其在闭环MIMO系统中，基于信道状态信息的预编码MIMO系统可以有效的对抗干扰，使系统的容量得到显著提升。近年提出的空间调制技术(Spatial Modulation，SM)结合了MIMO系统的优势，同时将传统在时域、频域和码域对信号处理进一步扩展到空域，有效的增大了频谱效率。高速移动通信作为未来移动通信的一个重要场景和需求，如何设计有效的系统传输方案是极具现实意义的。本文将MIM0预编码技术和多激活天线的空间调制技术(Multiple Active-Spatial Modulation，MA-SM)相结合并将其应用于高速移动场景中，以此获得更好的性能。
　　首先，本文在阐述了高速移动MIMO通信系统的模型、机制的基础上，探讨了与MIMO技术相关的多天线空间调制技术并简要介绍了空间调制的检测方法。针对MIMO预编码技术，着重研究了基于线性预编码的闭环MIMO系统，讨论了发送滤波器的设计以及基于奇异值分解(Singular Value Decomposition，SVD)及其改进算法的MIMO预编码系统，并通过仿真分析了各算法的性能。
　　然后，本文在现有的MA-SM线性检测算法的基础上提出了一种排序检测算法。相比于现有的检测算法，该算法可以在增加少量的计算复杂度下获得较大BER性能的改善。
　　最后，探讨了将MIMO预编码技术和MA-SM的低复杂度排序检测算法相结合，在发射机端采用基于MIMO预编码的MA-SM技术，在接收机端采用排序检测算法，将其应用于高速移动通信系统的仿真和设计，仿真实验结果表明:多天线空间调制技术结合预编码技术，能有效地降低接收天线间的干扰，提高高速移动通信系统的可靠性。

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摘要

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符号对照表

缩略语对照表

第一章 绪论

1．1 课题来源及研究的目的和意义

1．2 国内外研究现状及分析

1．2．1 MIMO预编码技术研究现状及分析

1．2．2 空间调制研究现状及分析

1．3 本论文研究的内容

1．4 本章小结

第二章 通信系统模型及SM技术

2．1 MIMO通信系统模型及其通信机制

2．1．1 MIMO通信系统模型

2．1．2 MIMO通信系统通信机制

2．2 高速铁路通信系统

2．2．1 高速铁路通信系统模型

2．2．2 高速铁路通信系统的通信机制

2．3 空间调制

2．3．1 SM原理

2．3．2 GSM原理

2．3．3 SSK原理

2．3．4 GSSK原理

2．3．5 MA-SM

2．4 MIMO检测算法

2．4．1 迫零算法

2．4．2 MMSE检测算法

2．4．3 MAP算法

2．5 本章小结

第三章 MIMO预编码技术

3．1 引言

3．2 发送滤波器的设计

3．2．1 发送滤波器

3．2．3 性能仿真与结果分析

3．3 基于信道CSI矩阵分解的线性预编码算法

3．3．1 基于SVD分解的预编码

3．3．2 基于GMD分解的预编码

3．3．3 基于有限反馈量化的预编码

3．3．4 性能仿真与结果分析

3．4 本章小结

第四章 空间调制检测技术

4．1 引言

4．2 MA-SM系统检测算法

4．2．2 MA-SM的低复杂度线性检测算法

4．2．3 MA-SM的低复杂度线性排序检测算法

4．2．4 MA-SM的各种算法的复杂度分析

4．3 性能仿真与结果分析

4．4 本章小结

第五章 基于MIMO预编码SM的高速移动通信系统

5．1 系统设计

5．1．1 高速移动MIMO通信系统模型

5．1．2 高速移动MIMO通信系统的通信机制

5．2 基于MIMO预编码空间调制排序检测算法

5．2．1 基于MIMO预编码空间调制

5．2．2 排序检测算法

5．3 仿真流程设计

5．4 仿真结果分析

5．6 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 本文的不足及未来工作展望

参考文献

致谢