空时分组码及其联合波束成形技术仿真研究

摘要

空时编码是一种基于多输入多输出(Multiple-Input-Multiple-Onput，MIMO)系统的信道编码技术，其不仅能够大幅度地提高无线通信系统的容量，而且能够在不牺牲系统带宽的情况下提供分集增益和编码增益，这样就大大提高了频谱利用率。因此，空时编码技术是实现宽带资源日益紧张的高速无线数据通信系统的重要技术之一。
　　 本论文主要研究空时码技术中的空时分组码(Space-Time BlockCoding，STBC)，包括对正交空时分组码，准正交空时分组码，旋转型空时分组码及波束成形技术(Beamforming，BF)与STBC结合的研究。主要研究内容如下：
　　 首先，较深入的研究了正交空时分组码的设计和译码算法。该编码的优点是编译码简单，能够全速率传输，系统的性能得到显著的提高，但是当发射天线数大于2时，该编码不能实现全速率传输。
　　 其次，重点研究了改进型空时分组码，包括准正交空时分组码，矩阵旋转空时分组码，星座旋转空时分组码。采用Givens旋转和星座旋转方法对准正交空时分组码进行编码改进处理，不但能够消除准正交编码内部干扰，而且能够获得全速率和全分集，使系统性能进一步得到提高。仿真分析表明，尽管现有文献提出了不同的准正交空时分组码编码矩阵，以实现全速率传输，但是其性能基本相同；通过编码改进处理得到的旋转式准正交空时分组码使系统性能得到很好的改善。另外，论文还研究了成对最大似然译码算法(DML)、快速译码算法(FML)和QR分解最大似然译码算法。仿真分析表明，快速译码算法性能最差，而QR分解译码方案在几乎不牺牲系统性能的前提下降低了译码复杂度，提供了与最大似然译码近似相同的性能。
　　 最后，重点研究了STBC与波束成形技术的结合。空时分组码可以有效抵抗多径衰落，但却无法有效抑制各种干扰。而波束成形技术能够增强期望信号、抑制用户间同信道干扰。仿真分析表明，结合波束成形的空时分组码系统性能要优于单独的空时分组码的系统性能；同时本论文给出的改进型准正交空时分组码结合波束成形的方案使系统性能得到进一步的改善。因此，将空时分组码和波束成形技术有效地结合，可以使系统的性能得到更大的提升。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1论文研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.2.1空时分组码

1.2.2波束成形技术

1.3本文主要研究工作及内容安排

第二章 MIMO信道以及空时编码技术

2.1 MIMO信道

2.1.1无线信道的数学模型

2.1.2 MIMO信道模型

2.1.3 MIMO信道容量

2.2空时编码技术

2.2.1空时编码设计准则

2.2.2空时编码技术概述

2.3本章小结

第三章 正交空时分组码的研究

3.1 Alamouti空时编码原理

3.2空时分组码正交设计

3.2.1实正交设计

3.2.2复正交设计

3.3正交空时分组码译码

3.4性能分析

3.5仿真分析

3.5.1 Alamouti方案仿真分析

3.5.2 OSTBC仿真分析

3.6本章小结

第四章 改进型准正交空时分组码的研究

4.1准正交空时分组码

4.1.1TBH编码

4.1.2 Jafarkhani编码

4.1.3旋转式编码

4.2旋转式空时分组码

4.2.1基于矩阵旋转的正交空时分组码

4.2.2基于星座旋转的准正交空时分组码

4.3译码算法

4.3.1最大似然译码算法

4.3.2快速译码算法

4.3.3 QR分解译码算法

4.4仿真和性能分析

4.4.1典型QOSTBC性能分析

4.4.2改进型QOSTBC和OSTBC性能比较

4.4.3不同译码算法的性能分析

4.5本章小结

第五章 空时分组码联合波束成形技术

5.1波束成形技术

5.1.1波束成形准则

5.1.2波束成形算法

5.2空时分组编码联合波束成形的系统模型

5.3仿真和性能分析

5.3.1 OSTBC结合波束成形性能分析

5.3.2改进型QOSTBC结合波束成形性能分析

5.4本章小结

结论与展望

本文工作总结

未来工作展望

致 谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文