MIMO空间相关信道下空时编码发射方案的研究

摘要

目前，多输入多输出（MIMO）技术通过在发送/接收端同时采用多天线阵列，对多径干扰加以利用，形成分集效应，从而大大的提高了数字通信系统的系统容量和频谱利用率，其中有效手段之一就是空时编码。空时编码综合考虑分集、编码和调制，将编码技术和天线阵技术结合在一起，实现了空分多址，能够在不牺牲带宽的情况下获得较高的编码增益，进而提高了系统的抗干扰和抗噪声的能力，然而在实际的MIMO移动通信系统中，信道的空间相关性通常会使得现有的空时编码方案难以获得最佳的误码性能。 本文对空时编码的系统结构、设计标准和性能指标等进行了分析，并在MIMO无线通信环境下通过理论分析和实验仿真，利用Matlab仿真平台构建了一整套空时编码发送、接收系统，在该系统模型下分析了现有空时编码在MIMO空间相关信道下系统的误码性能。在目前针对MIMO相关信道的空时编码研究基础上，将现有空时编码技术与功率分配技术、预编码技术结合，提出一种适应于MIMO空间相关信道的空时预编码方案。该方案在对发射信号进行空时编码后，针对信道空间相关矩阵引入预编码，而后通过在各个天线上合理分配功率，能够在保证分集增益的前提下进一步提高编码增益，以克服信道相关性带来的不利影响，使系统容量达到最大。另外，本文在信道变化较快、无法精确进行信道估计的情况下考虑引入差分空时编码方案，从ML差分检测的PEP出发设计了一种能有效克服信道相关性的差分空时编码的初始矩阵，该初始化矩阵启动差分空时编码的同时还起了特征功率分配的作用，并在得到的特征子信道之间进行功率分配。仿真结果表明，这两种方案能在不同的空间信道相关环境下提高系统容量，降低系统的误码率。