多天线系统中信号发射方案与检测技术研究

摘要

多入多出(MMO)通信系统通过在发射端和接收端设计多个天线，能最大程度地利用无线信道的信道容量，实现高速可靠通信。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，将频率选择性衰落信道转化为平坦衰落信道。将MIMO技术和OFDM技术结合起来构成的MIMO-OFDM系统充分发挥了二者的优势，具有非常实际的意义。本文在上述的MIMO系统以及MIMO-OFDM系统的基础上，研究了接收端的检测技术和发射端的预编码技术。 对于MIMO系统中接收端的检测技术虽然已经相当的成熟，但是基于快衰落信道下已编码的MIMO-OFDM系统中的软输出检测算法还缺乏研究。本论文的第三章针对现有的大多数带信道编码的系统，在原有的检测算法基础上研究了四种不同检测算法的软输出算法，包括联合最大似然检测，简化最大似然检测，迫零检测以及判决反馈检测，并对其中的判决反馈检测算法提出了抑制错误传播的改进算法。 本论文第四章研究了通过在接收端进行实际的信道估计和噪声方差估计，发射端如何利用反馈回来的信道信息和噪声方差信息进行自适应的功率分配以获得系统误码率性能的提高。研究了等功率分配、等SNR功率分配以及拉格朗日功率分配三种功率分配方案下系统的误码率性能差异。通过研究发现，拉格朗日功率分配算法性能最优，等SNR功率分配算法算法简单且性能与拉格朗日功率分配算法十分接近且算法简单，具有很大的实用价值。二者相对于等功率分配算法都有相当的性能提升，因此当拉格朗日功率分配算法出现分配盲点时，可以联合等SNR功率分配算法进一步改善性能。在强相关信道下，仅通过功率分配不足以改善此时严重恶化的误码率性能，此时通过选择部分发射天线并且在已选的部分发射天线上有效分配功率能够提高发射天线上的信噪比，最终获得更大的性能增益。 在第五章研究了发射端未知信道状态信息时，基于空频码的循环延迟分集技术的预编码发射方案。该方案通过在多天线的OFDM调制信号中引入不同的循环延迟，增加了信道的频率选择性，提高了频率分集增益，能够很大程度的改善系统的误码率性能。并分析比较了该发射方案和3GPP提案中CDD Precoding的循环延迟分集方案的性能差异。最后通过仿真验证了基于空频码的循环延迟分集发射方案选择合适的循环延迟，可以达到逼近经典的Alamouti空时编码方案的分集增益，实现简单且不受发射天线数的限制。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录、缩略语、数学符号表

声明

第一章绪论

1.1论文的研究背景和意义

1.2论文的主要贡献

1.3论文的主要研究工作及结构安排

第二章多天线技术基本理论

2.1无线信道特性

2.2 MIMO系统模型

2.3空时编码技术

2.3.1分层空时码

2.3.2空时分组码

2.3.3空时格码

2.4 MIMO系统中的常见译码算法

2.4.1最大似然译码

2.4.2迫零检测

2.4.3最小均方误差检测

2.4.4非线性译码算法——排序干扰抵消的迫零检测

2.4.5非线性译码算法——排序干扰抵消的最小均方误差检测

2.5本章小结

第三章快衰落信道下Alamouti编码的OFDM系统中的检测技术

3.1引言

3.2软输出检测算法

3.3 Alamouti编码的STBC-OFDM系统中的软输出检测算法

3.3.1技术背景

3.3.2 Alamouti编码的STBC-OFDM系统模型

3.3.3联合最大似然检测算法

3.3.4简化最大似然检测算法

3.3.5迫零检测算法

3.3.6判决反馈检测算法

3.3.7算法小结及仿真分析

3.4 Alamouti编码的SFBC—OFDM系统中的软输出检测算法

3.4.1 Alamouti编码的SFBC-OFDM系统模型

3.4.2仿真分析

3.5本章小结

第四章MIMO系统中的功率分配技术和天线选择技术

4.1引言

4.2功率分配技术

4.2.1技术背景

4.2.2采用自适应功率分配的V-BLAST系统

4.2.3采用发射功率分配的ZF-OSUC检测

4.2.4采用发射功率分配的MMSE-OSUC检测

4.2.5拉格朗日功率分配算法

4.2.6等SNR功率分配算法

4.2.7不同功率分配算法的性能比较及仿真分析

4.2.8小结

4.3天线选择技术

4.3.1技术背景

4.3.2系统模型

4.3.3天线选择算法描述

4.3.4包含天线选择和功率分配的MMSE-OSUC检测算法

4.3.5拉格朗日功率分配算法确定功率因子

4.3.6仿真分析

4.4本章小结

第五章循环延迟分集发射方案

5.1引言

5.2基于循环延迟分集的空频码方案

5.2.1 SFC-CDD系统的编码方案

5.2.2 SFC-CDD系统的ML软输出译码方案

5.2.3 SFC-CDD系统的MMSE-OSUC软输出译码方案

5.2.4循环延迟量的选取

5.2.5仿真分析

5.3 3GPP LTE提案中基于循环延迟分集的预编码方案

5.4两种方案的性能比较及仿真分析

5.5本章小结

第六章结论

6.1全文总结

6.2对下一步研究的建议和未来研究方向

致谢

参考文献

个人简历

攻读硕士学位期间的研究成果