寬帶MIMO系統(tǒng)若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、移動通信業(yè)務(wù)的高速發(fā)展，以及移動網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)的加速融合，使得對下一代寬帶移動通信系統(tǒng)的需求日益迫切。寬帶多輸入多輸出(MultipieInputMultipieOutput，MIMO)技術(shù)能夠充分開發(fā)空間資源，在不增加頻譜資源和天線發(fā)送功率的情況下，成倍地提高信道容量。因此，寬帶MIMO已經(jīng)被確定為下一代移動通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。 眾多研究機構(gòu)和學者已經(jīng)投入到寬帶MIMO系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)研究中，并已經(jīng)取得了相當?shù)某晒?，如寬帶MIMO無

2、線傳播信道建模、信道測量、寬帶MIMO系統(tǒng)容量和系統(tǒng)性能分析、載波同步、信道編碼、空-時均衡和空-時檢測等。然而，寬帶MIMO通信系統(tǒng)中還面臨大量實現(xiàn)問題亟待研究解決。 為了進一步加快開發(fā)高頻譜利用率、高可靠性、易實現(xiàn)的寬帶MIMO通信系統(tǒng)以滿足新一代移動通信需求，本文在及時跟蹤寬帶MIMO技術(shù)研究領(lǐng)域國內(nèi)外發(fā)展動向的基礎(chǔ)上，針對寬帶MIMO系統(tǒng)的下列四個關(guān)鍵技術(shù)進行了深入的研究，并取得了一些新的研究成果。 首先，本文研

3、究了多輸入多輸出-正交頻分多工(MultipleInputMultipleOutput-OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，MIMO-OFDM)系統(tǒng)的容量和發(fā)射分集MIMO-OFDM系統(tǒng)方案。在MIMO-OFDM系統(tǒng)信道模型的基礎(chǔ)上，分析了MIMO-OFDM空頻編碼(Space-FrequencyCoding，SFC)和復(fù)用方案下系統(tǒng)容量和性能。重點討論了一種適合下一代無線通信系統(tǒng)的級聯(lián)空頻編

4、碼系統(tǒng)方案，該方案可以實現(xiàn)從普通MIMO空時編碼到寬帶MIMO-OFDM空頻編碼的直接映射擴展。仿真實驗結(jié)果表明MIMO-OFDM是寬帶MIMO的低復(fù)雜度、高效率實現(xiàn)。 其次，為了提高MIMO-OFDM通信系統(tǒng)的傳輸性能。本文提出了一種空頻分組碼的自適應(yīng)調(diào)制方案，并優(yōu)化了基于天線選擇發(fā)射分集的自適應(yīng)功率分配策略。本文首先研究了自適應(yīng)調(diào)制(AdaptiveModulation，AM)MIMO-OFDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、自適應(yīng)調(diào)制算法在MI

5、MO-OFDM系統(tǒng)中的應(yīng)用。研究了自適應(yīng)M階正交幅度調(diào)制(M-aryQuadratureAmplitudeModulation，M-QAM)方案，給出了基于最大頻譜效率的最優(yōu)功率和調(diào)制分配的封閉解。在此基礎(chǔ)上研究了普通MIMO系統(tǒng)和MIMO-OFDM系統(tǒng)特征波束形成結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)傳輸方案，并且分別在功率和最大化速率條件下給出比特、功率分配算法。仿真表明自適應(yīng)調(diào)制提高了系統(tǒng)的頻譜利用率，優(yōu)化了系統(tǒng)的性能。然后結(jié)合自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)和發(fā)射分集技術(shù)

6、，針對MIMO-OFDM系統(tǒng)研究了基于空頻分組編碼發(fā)射分集和基于空間復(fù)用的自適應(yīng)調(diào)制系統(tǒng)方案，依靠自適應(yīng)比特和功率分配算法，達到在平均傳輸速率約束條件下最小化傳輸功率。研究表明，自適應(yīng)調(diào)制MIMO-OFDM傳輸系統(tǒng)可以顯著提高傳統(tǒng)MIMO-OFDM系統(tǒng)的誤比特率性能。 與多載波實現(xiàn)方案不同，近年來，單載波寬帶均衡技術(shù)也因其所固有的優(yōu)點引起了研究者的注意。本文針對寬帶MIMO系統(tǒng)均衡技術(shù)，分時域均衡(TimeDomainEqual

7、ization，TDE)和頻域均衡(FrequencyDomainEqualization，F(xiàn)DE)兩個部分分別進行了研究。 對于寬帶MIMO時域均衡，本文提出了一種最小均方誤差(MinimumMeanSquareError，MMSE)類盲均衡算法的凸組合策略。本文首先通過對寬帶MIMO系統(tǒng)克服符號間干擾(InterSymbolInterference，ISI)的自適應(yīng)時域均衡技術(shù)的研究，給出了寬帶MIMO系統(tǒng)的均衡方案。本文主

8、要研究了單載波MIMO系統(tǒng)中時域線性均衡器(TimeDomain-LinearEqualization，TD-LE)及判決反饋均衡器(TimeDomain-DecisionFeedbackEqualization，TD-DFE)算法及對應(yīng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并對其進行仿真驗證和性能分析。針對恒模均衡(ConstantModulus，CM)算法收斂速度慢，收斂性能好，剩余誤差大，而判決引導(dǎo)(DecisionDirected，DD)算法的收斂速度快

9、，穩(wěn)態(tài)性能好，啟動易發(fā)散的特點，我們提出了一種MMSE類盲均衡算法的凸組合策略和其錨定訓練過程。同常規(guī)算法分析比較表明該方案具有收斂速度快穩(wěn)態(tài)性能好的特點。最后，本文在寬帶MIMO系統(tǒng)中對上述自適應(yīng)均衡算法進行了仿真和比較。研究結(jié)果表明，應(yīng)用自適應(yīng)時域均衡能利用信道頻率分集，降低誤碼率，提高寬帶MIMO系統(tǒng)性能。 對于寬帶MIMO頻域均衡，本文研究了寬帶MIMO頻域均衡及相關(guān)干擾抑制問題，研究了一種基于干擾雙向預(yù)測的抑制窄帶干擾

10、的算法。本文首先研究了單載波頻域均衡(SC-FDE)的基本原理、信號塊結(jié)構(gòu)。然后分析了單載波頻分多址系統(tǒng)(SC-FDMA)原理和結(jié)構(gòu)。接下來分析對比了正交頻分多工(OFDM)系統(tǒng)和單載波頻域均衡(SC-FDE)系統(tǒng)各自的特點和系統(tǒng)性能。然后針對寬帶MIMO系統(tǒng)，研究了MIMOSC-FDE系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，特別研究了MIMO系統(tǒng)SC-FDE線性均衡(LE)算法。最后研究了一種基于干擾雙向預(yù)測的抑制窄帶干擾的算法。該算法基于寬帶MIMOSC-FDE