多入多出(MIMO)天线系统复用/分集增益控制技术研究

摘要

面对当今无线通信更高的数据通信速率、可靠的服务质量以及吏大的网络容量的要求，多发多收(MIMO:Multi-inputMulti-output)无线通信技术已经成为了面对这些挑战的最有前途的技术。MIMO技术中，将空间分集技术和信道编码结合起来，这种方式被称为空时编码技术，而将使用了空时编码技术的系统叫做MIMO系统。编码与空间分集的结合开创了无线通信的新纪元，它可以提供在实现可靠高速率无线通信链路中面临挑战的有效解决方法。本文主要研究了MIMO系统的编码技术在控制系统分集和复用中的应用。论文的主要工作内容如下:
　　 1.对MIMO的信道模型及信道容量进行了深入的分析和研究:包括基于相关矩阵信道模型、基于辐射的确定性方法和基于几何的散射模型三种模型。并在MIMO信道系数确定、随机的不同情况下，对信道容量进行了理论推导，理论研究证明:在无需额外的带宽或功率情况下，MIMO系统能够成倍地提高信道容量。
　　 2.对MIMO空时编码技术进行了深入的分析和研究:包括Alamouti方案的理论推导和在误码性能方面进行的仿真分析;对适用于任意发射天线的空时分组、准空时分组方案的理论推导，及在对系统分集、增益影响性能方面进行的仿真分析。
　　 3.针对QOSTBC准空时分组码使得复信号星座符号在发射天线数不为2时亦能达到最大传输码率，但导致了译码复杂度的增加的问题。提出了新的改进的QOSTBC——基于矩阵对角化的准正交空时分组码。该方案通过采用对矩阵进行对角化来消除码字矩阵中的非正交项使得QOSTBC变得具有正交性。在提高码字速率的同时，降低了分集增益的损失。仿真结果表明了其有效性。
　　 4.对分层空时编码的编码结构和方法进行了深入的分析和研究，重点研究了线性、非线性BLAST检测算法，通过理论推导和仿真分析表明:线性BLAST检测算法的MMSE算法考虑了噪声抑制效果要优于ZF算法，而非线性BLAST算法利用干扰抵消的思想采用迭代判决反馈的方法使得误码传播得到了一定抑制。非线性算法在性能上实现了复杂度和误码性能的良好折中。
　　 5.对MIMO-OFDM系统中的编码技术进行了深入的研究，重点是对STBC-OFDM和SFBC-OFDM的理论进行推导和仿真分析，通过对比STBC和SFBC的异同来分析SFBC的编码实现和分集增益，进行了SFBC在Jakes信道条件下的仿真。仿真分析证明:采用SFBC编码的MIMO-OFDM系统能较好地抵抗时变信道的干扰，进而降低了系统的误码率。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 论文研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 论文结构和内容安排

第二章 MIMO信道模型及信道容量

2．1 MIMO信道建模的意义

2．2 MIMO信道模型的分类

2．3 MIMO无线信道典型模型

2．3．1 基于相关矩阵信道模型

2．3．2 基于辐射的确定性方法

2．3．3 基于几何统计的散射模型

2．4 空时信道容量

2．4．1 信道系数确定的空时信道的容量

2．4．2 信道系数随机的空时信道的容量

2．5 本章小结

第三章 空时分组码

3．1 Alamouti方案

3．1．1 Alamouti方案设计

3．1．2 Alamouti方案仿真

3．2 正交空时分组码

3．2．1 线性正交设计

3．2．2 线性正交设计的译码

3．3 正交空时分组码仿真分析

3．4 QOSTBC准正交空时分组码

3．5 一种基于矩阵对角化的准正交空时分组码

3．6 本章小结

第四章 分层空时码

4．1 基本的分层空时结构

4．2 线性BLAST的检测算法

4．2．1 迫零检测

4．2．2 最小均方误差

4．3 非线性的BLAST的检测算法

4．3．1 ZF-OSIC

4．3．2 MMSE-OSIC

4．4 本章小结

第五章 MIMO-OFDM系统中的编码技术

5．1 OFDM基本原理

5．2 MIMO-OFDM技术概述

5．3 SFBC-OFDM原理

5．3．1 STBC-OFDM和SFBC-OFDM基本原理

5．3．2 STBC-OFDM和SFBC-OFDM性能比较

5．4 SFBC-OFDM编码方案

5．4．1 SFBC-OFDM系统模型

5．4．2 SFBC-OFDM编码方案仿真分析

5．5 本章小结

第六章 总结和展望

6．1 全文总结

6．2 下一步工作展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢