多用户空时编码系统关键技术研究

摘要

未来的移动通信系统不仅需要更多的频率资源，同时要求能够在有限的频率资源中尽可能高的提高它的利用率。空时编码(STC：SpaceTimeCoding)技术作为近年来提出的一种调制方式，在物理底层上就为满足这种需求提供了一条有效的途径。作为一种新兴的技术，空时编码技术在近年来倍受人们的关注，不仅第三代移动通信标准中采纳了空时编码，在其它的一些无线通信系统中也得到了很好的应用。本文主要研究了空时编码的一些关键技术，讨论了它在多共道用户环境中的一些应用方式和处理方法，其主要的内容和创新点如下： 1.提出空时分组编码系统分步比较干扰抵消方法和分步迭代干扰抵消算法在对传统的两共道用户空时分组编码系统两步干扰抵消方法进行分析研究的基础上，提出了针对多共道用户的分步比较干扰抵消算法和分步迭代干扰抵消算法。分步比较算法是对两步干扰抵消方法的拓展和延伸，实现了大于两个共道用户的系统的干扰抵消任务。分步迭代干扰抵消算法利用多次迭代计算获得最终结果，在保持分步比较算法性能的基础上能够较大的降低接收端的计算复杂度和工作量。 2.提出非对称结构的多共道用户空时分组编码系统和相应的解码方法针对存在多个共道用户的空时分组编码系统，提出了多用户非对称性的系统结构和相应的干扰抵消与解码方法。非对称结构包括在发射端的各个具有发射功率不等、调制方式不同和码元传输速率不等。利用新的结构形成系统并且按照相应的固有最佳解码顺序进行解码工作，能够在保持良好的性能基础上避免其它干扰抵消算法中的冗余计算，进一步降低了处理端解码的运算工作量。同时也给出了一种实现简单的支持系统收发两端进行非对称结构设定与沟通的帧结构设计方案。 3.研究空时分组编码用户系统的信道估计方法和应用在传统的插入正交导引序列进行MIMO系统的信道估计方法的基础上，结合空时分组编码结构形成的发射信号矩阵本身具有的正交特性，提出了插入导引发射信号矩阵的信道估计方法。和插入正交导引序列方法相比，这种方法具有相同的性能，展宽了导引序列的限定范围，更加符合空时分组编码结构的特点，从发射端的实现上也更加容易操作。针对变化信道环境，提出了利用插入导引信号矩阵进行动态信道估计的方法，并对最小梯度下降(LMS)自适应信道估计方法进行了相应的改进，使其能够更快速的收敛。最后将提出的几种信道估计方法应用在多共道用户的空时分组编码系统中，并根据多用户情况的特殊性，设定了此时的导引矩阵设计条件和接收端的处理步骤。 4.提出适用于带限信道的差分空时分组编码结构针对带限信道环境中的通信系统加以分析，提出两种适合这种信道环境的差分空时分组编码方法和结构。提出的新型差分空时分组编码的构造方法分别针对发射信号分组间的相位关系和码元间的相位关系作以改进处理，提出了新的码形结构和编码映射关系。新的编码方法形成的发射信号能够降低码元之间的相位变化量，从而使得发射信号频谱更加集中，减小了经过带限滤波器之后信号的包络起伏范围，系统也能够拥有更佳的传输性能。 5.分析差分空时分组编码的多共道用户系统并提出多用户交错发射结构面向具有多个共道用户的差分空时分组编码系统作以研究。分析了具有分组同步和码元同步的多共道用户差分空时分组编码系统，指出此时接收端无法利用差分特性进行成功的差分解码的结论。同时文中也提出了一种支持多用户的码元非同步交错结构。当多个共道的差分空时分组编码用户按照文中给出的特定的时延交错结构进行传输时，接收端利用用户间的交错关系可以进行恰当的干扰抵消，并且能够在未知信道的情况下利用空时编码的差分关系进行合适的差分解码工作。

目录

文摘

英文文摘

独创性(或创新性)声明和关于论文使用授权的说明

第一章绪论

1.1分集技术

1.1.1接收分集

1.1.2发射分集

1.2空时编码

1.3多输入多输出系统

1.4本文研究的主要内容

第二章空时系统的信道模型与编码原理

2.1无线通信中的信道

2.1.1时延扩展与相关带宽

2.1.2多普勒频移与随机调频

2.1.3无线信道的数学模型

2.1.4无线信道的仿真实现

2.2适用于空时系统的多天线信道模型

2.2.1空时系统中的Raleigh模型

2.2.2改进的空时系统Raleigh模型

2.3 MIMO系统的容量

2.4空时分组编码的基本原理

2.4.1 Alamouti空时分组编码

2.4.2一般的空时分组编码

2.5空时分组编码的误码性能

2.6小结

第三章多用户空时分组编码系统中的干扰抵消

3.1多共道用户空时分组编码系统中的干扰抵消

3.1.1应用在空时分组编码系统中的传统干扰抵消方法

3.1.2多用户的分步比较干扰抵消算法

3.1.3两用户及多用户的分步迭代干扰抵消算法

3.1.4干扰抵消算法的复杂度分析

3.1.5分步迭代干扰抵消算法的误码性能分析

3.1.5仿真结果

3.2非对称情况下的多用户干扰抵消

3.2.1发射功率不对称的情况

3.2.2调制方式不对称的情况

3.2.3码元速率不对称的情况

3.2.4混合多种方式的不对称结构与帧的组成结构

3.3小结

第四章空时分组编码系统中的信道估计技术

4.1信道估计的基本概念

4.2空时分组编码系统中的信道估计

4.2.1正交导引序列信道估计算法

4.2.2插入空时分组编码导引矩阵的信道估计算法

4.2.3对变化信道状态信息的动态估计

4.2.4自适应信道估计算法

4.2.5仿真与性能分析

4.3多用户空时分组编码系统中的信道估计技术

4.3.1准静态信道环境中的信道估计

4.3.2变化信道环境中的信道估计

4.3.3仿真与性能分析

4.4小结

第五章差分空时编码在带限信道情况和多用户环境的研究

5.1基本的差分空时编码结构

5.2适用于带限信道的差分空时编码

5.2.1改变分组相位变化的差分空时分组编码

5.2.2改变码元相位变化的差分空时编码

5.3差分空时编码结构的多用户系统

5.3.1同步的多用户差分空时编码系统分析

5.3.2非同步的多用户差分空时编码结构

5.4小结

第六章结束语

致谢

参考文献

攻读博士学位期间完成的论文、译著与编著、所从事的科研工作