MIMO-OFDM系统中空时频编码的设计及性能分析

摘要

作为第四代移动通信系统(4G)的关键技术，多输入多输出(MIMO)技术与正交频分复用(OFDM)技术能够有效地对抗多径传播引起的频率选择性衰落，可以在不牺牲带宽效率的情况下，成倍地提高系统的容量和频谱利用率。将两者相结合的MIMO-OFDM技术很好地发挥了各自的优势，能在复杂的信道环境下提供高效、可靠的信息传输。本文研究了MIMO-OFDM系统中的编码技术，着重分析了空时频分组编码方案及其系统的性能。论文的主要成果如下：
　　(1)首先，阐述了本论文研究内容MIMO-OFDM系统和空时频编码的背景与意义，分别介绍了MIMO技术、OFDM技术、MIMO-OFDM技术的特点及优势。
　　(2)其次，在分析衰落信道特性的基础上，重点研究了空时分组编码(STBC)、空频分组编码(SFBC)及其性能，分别仿真了频率选择性衰落信道下STBC-OFDM系统性能，以及Jakes瑞利衰落信道下SFBC-OFDM和STBC-OFDM的系统性能。仿真结果表明在存在多普勒频移的Jakes瑞利衰落信道中，SFBC-OFDM的性能优于STBC-OFDM。
　　(3)然后，从成对错误概率出发，研究了空时频分组编码方案(STFBC)的设计准则。针对一般STFBC能够得到满分集增益却无法获得满码率的情况，分析了一种结合线性星座图预编码的准正交空时频分组编码(LCP-QOSTFBC)，其能在不牺牲分集增益的基础上获得满码率，但其解码复杂度高，文中提出了一种基于最优线性变换的准正交空时频分组编码(OLT-QOSTFBC)。该方案能获得满分集增益，且成倍降低了解码复杂度。仿真结果表明OLT-QOSTFBC的性能略差于LCP-QOSTFBC，但系统运行速度大大提高了。当采用4QAM的调制方式时，OLT-QOSTFBC较之LCP-QOSTFBC的运行速度提高了近一倍。为了更好的将LCP-QOSTFBC应用于多用户系统，本文提出了一种结合零多用户干扰波束形成算法的LCP-QOSTFBC多用户系统。仿真结果表明结合波束形成的多用户QOSTFBC（MU-QOSTFBC）与无波束形成的MU-QOSTFBC相比，能更好地检测出期望用户的信号。
　　(4)最后，提出了一种空时频正交变换扩展码设计方案，该方案是利用离散哈特莱(Hartley)变换正交矩阵构造扩展码。通过对数据符号同时进行空域和频域的扩展，得到满空间分集增益和满频率分集增益，而且编译码简单。

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第1章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2 MIMO-OFDM技术概述

1.3 国内外研究现状和发展趋势

第2章 MIMO-OFDM相关技术

2.1衰落信道概述

2.2 空时分组编码(STBC)

2.3 空频分组编码(SFBC)

2.4本章小结

第3章 准正交空时频分组编码的研究

3.1空时频分组编码(STFBC)

3.2 准正交空时分组编码(QOSTBC)

3.3 准正交空时频分组编码(QOSTFBC)

3.4 多用户准正交空时频分组编码(MU-QOSTFBC)

3.5本章小结

第4章 一种新的空时频正交变换扩展码设计方案

4.1系统模型

4.2 最小均方误差(MMSE)检测算法

4.3 扩展码的设计

4.4 性能仿真和结果分析

4.5 本章小结

第5章 总结与展望

致谢

参考文献

附录