MIMo-OFDM系统中的空时频编码研究

摘要

多输入多输出(MIMO)技术是无线移动通信领域智能天线技术的重大突破，它能成倍地提升系统的信道容量和频带利用率。而正交频分复用(OFDM)技术具有抗多径和频率选择性衰落等优点。将两种技术结合的MIMO-OFDM系统能提供更好的系统性能，是未来无线通信高速数据传输最具希望的解决方案之一。
　　 为了在MIMO-OFDM系统中充分利用分集增益带来的好处，结合空时编码(STC)技术的MIMO-OFDM系统，不仅充分利用MIMO系统、OFDM系统各自的优势，还利用了分集增益，虽能从理论上证明了其系统能获得的最大分集增益为发、收天线数以及多径数的乘积，即满分集增益。但是，现有的MIMO-OFDM系统下的空时编码(STC)不能保证获得满分集增益，因此，为了在MIMO-OFDM系统下得到满分集增益，MIMO-OFDM系统的空时频编码(STFC)被提出。
　　 本文送入详细研究了MIMO-OFDM系统中的空时频编码技术，研究的主要内容及研究成果如下：
　　 首先，阐述了本文的研究背景和意义，介绍了无线通信发展的概况，MIMO-OFDM系统的空时频编码技术的研究现状及未来的发展方向。
　　 其次，对无线通信的信道特性进行了介绍和分析，介绍了MIMO系统、OFDM系统、空时分组编码(STBC)原理，重点研究了MIMO-OFDM-STBC系统，分析了MIMO-OFDM-STBC系统性能，并对其误码率性能进行了性能仿真和比较。
　　 然后，重点对MIMO-OFDM系统的空时频编码(STFC)进行了研究：从空时频编码成对错误概率出发，研究了空时频编码(STFC)的设计准则。为了减少空时频码编译码(STFC)复杂度，同时保持分集增益和编码增益，研究了基于子载波分组的空时频分组编码(STFBC)，根据其设计准则，该系统能获得最大分集增益，还能获得最大的编码增益。为了在发送天线数大于2时空时频分组码(STFBC)能获得满码率，同时保持满分集增益，本文研究了一种准正交空时频分组编码(QOSTFBC)方法，该方法不仅能获得最大的分集增益，还能获得满码率。该方法的仿真结果表明，本文所研究的QOSTFBC方法，虽能在性能上比STFBC得性能要差点，但是该方法能获得满码率，频谱利用率得到提高。为了进一步提高空时频分组编码(STFBC)的系统性能，结合串行级联编码思想，本文提出了一种串行级联空时频分组编码(SCSTFBC)方法，该编码方法在保持STFBC码满分集增益的基础上，该方法的编码增益比之空时频分组编码(STFBC)的编码增益有了较大的提高。仿真结果表明，在较高信噪比下，本文所提出的SCSTFBC方法比空时频分组编码(STFBC)方法，其比特误码率性能和编码增益都得到了有效的改善。
　　 最后，提出了一种新的基于扩展码的空时频编码方法，该方法通过构造扩展码，把数据符号扩展到时域、空域、频域上，然后通过设置合适的参数，使系统在频率选择性衰落信道下获得满空间分集和满频率分集，由于在接收端使用的是MMSE检测，所以其译码复杂度不高。仿真结果表明，随着发收天线数的增加，本文建议方法的性能得到不断地改善，且与STFBC方法相比，本文所提的方法要好4dB左右。