MIMO-OFDM系统中差分空时编码技术研究

摘要

本文研究了MIMO-OFDM系统中差分空时编码技术。 基于多天线阵列的多输入多输出（MIMO）和空时编码（STC）技术，充分利用无线信道特性，可以在不增加发送功率和频谱的条件下提高整个系统的容量和通信质量，已成为当前及未来无线通信关键技术的研究热点。另一方面，在宽带正交频分复用（OFDM）系统中， MIMO空时编码和频率分集技术的结合可以有效对抗频率选择性多径衰落，实现宽带系统中数据的鲁棒传输。然而，由于OFDM子载波数目的大量增加以及信道衰落条件的快速变化，进行准确信道估计的代价太大，很难采用相干检测完成译码。差分空时编码可以在接收端不知道信道状态信息的条件下获取系统的分集增益。但在现有的多种差分空时编码方案中，大量的冗余符号的存在，限制了传输码率的提高。本文从提高差分空时MIMO-OFDM系统的误码性能和容量两方面出发，研究了目前已有的各种差分空时频编码算法，比较各种方案的优缺点。在此基础上，提出了一种基于循环延迟分集的差分空时频编码新方法，以及一种适用于时间选择性快衰落信道的高码率高性能差分空时频编码结构。 首先，简要介绍了空时编码技术产生的背景、历史与发展现状，分析了准静态信道衰落条件下空时编码的设计准则，并在此基础上研究、比较了各种典型的空时编码方法。接下来，阐述了传统的差分空时编码以及差分空时与OFDM技术的结合方案。在频率选择性信道下，一个差分空时频系统可以获得比单径信道下更高的分集增益（增加了多径分集），此时的码字设计与传统的设计准则有所区别。作为比较，介绍了一种基于子载波分组的全分集差分空时频编码设计准则。在以上理论分析和现有研究成果的基础上，提出了一种基于循环延迟分集的差分空时频编码，该方案能够充分挖掘系统的频率分集。仿真结果表明，该方法在线性检测复杂度的条件下可以获得比多种差分MIMO-OFDM结构更好的误码性能。针对现有差分空时频系统码率普遍较低的不足，将全分集全码率的空时码字嵌入差分空时频系统的频域子载波，提出了一种高码率高性能差分空时频结构，与对应的码率嵌入式差分空时编码相比，该结构不但可以在准静态衰落信道下获得比差分空时频分组码更高的传输码率，而且可以对抗快衰落的多径信道，取得性能上的改善。