酉編碼MIMO無線傳輸理論方法研究.pdf

1、未來移動通信系統(tǒng)必須利用日益趨緊的無線資源進行更高速率的數(shù)據(jù)傳輸，為了適應(yīng)這一不斷增長的需求，采用多天線發(fā)射和多天線接收的MIMO系統(tǒng)以其能夠充分挖掘利用空間資源，最大限度地提高頻譜利用率和功率效率，而受到廣泛重視?？諘r編碼是實現(xiàn)MIMO系統(tǒng)上述目標的切實有效的手段，其中酉空時碼十分適合發(fā)射機和接收機均未知信道信息的情況。本論文就酉空時碼的設(shè)計、迭代接收、以及空間相關(guān)衰落信道中差分酉空時調(diào)制(DUSTM，Differential Uni

2、tary Space-TimeModulation)系統(tǒng)的預(yù)編碼進行研究。 首先，提出了一種基于對角循環(huán)群碼的改進的酉空時碼設(shè)計。該方案不同于對角循環(huán)群碼的是，所構(gòu)造的碼符號星座集中的酉矩陣，在主對角線和反對角線上交替出現(xiàn)非零元素，因此可稱為對角交替的酉空對碼。理論分析表明低信噪比下新提出的酉空時碼的成對錯誤概率(PEP，Pairwise Error Probability)聯(lián)合界小于對角循環(huán)群碼。以PEP聯(lián)合界為準則，通過進一

3、步優(yōu)化參數(shù)來提高新的酉空時碼的性能。 其次，對基于對角星座變換的酉空時碼進行了研究。一方面，針對三個發(fā)射天線的DUSTM系統(tǒng)提出了一種新的旋轉(zhuǎn)矩陣設(shè)計，用于對對角循環(huán)群碼進行變換得到新碼，其性能優(yōu)于此前基于Givens旋轉(zhuǎn)的酉空時碼。另一方面，提出了一種基于Householder變換的酉空時碼的簡化設(shè)計，與基于Givens旋轉(zhuǎn)的設(shè)計不同的是，該方案只是對循環(huán)對角酉空時碼星座集中的部分酉矩陣進行同樣的Householder旋轉(zhuǎn)，其

4、余的酉矩陣保持不變，從而簡化了設(shè)計，而其性能和文獻中基于Givens旋轉(zhuǎn)的酉空時碼基本相當，甚至有些情況下更優(yōu)。 接著研究了空間相關(guān)瑞利衰落信道中DUSTM系統(tǒng)的參數(shù)化預(yù)編碼。導(dǎo)出了兩種情況下PEP的閉式表達式：一是對于一般的酉空時碼，在漸進高信噪比下計算其PEP；二是針對特定結(jié)構(gòu)的酉空時碼，即當碼間的距離矩陣正比于單位矩陣時，導(dǎo)出了其PEP的嚴格表達式。給出了系統(tǒng)中配置兩個發(fā)射天線時預(yù)編碼矩陣的參數(shù)化形式，以PEP的聯(lián)合界最小

5、為準則優(yōu)化其中的參數(shù)。 在瑞利平坦衰落信道中，針對酉空時編碼系統(tǒng)，提出了一種非相干檢測和相干檢測相結(jié)合的迭代檢測方案。該方案假定初始時信道未知，且不在發(fā)送碼塊中插入任何導(dǎo)頻或訓(xùn)練序列。首先對酉空時碼進行非相干檢測，檢測結(jié)果作為迭代的初值。然后在每一次迭代中由上一次迭代的檢測結(jié)果得到信道的觀測值，基于這些觀測值利用維納濾波器進行最小均方誤差(MMSE)信道估計，進而進行相干檢測。仿真結(jié)果表明，該方案不論對于正交酉空時碼，還是對于無

6、任何結(jié)構(gòu)特點的非正交酉空時碼，其性能均優(yōu)于此前提出的廣義二次接收機。 對于DUSTM系統(tǒng)，研究了基于EM算法的硬判決和軟判決迭代接收機。前者是在EM算法用于最大似然(ML)估計的情況下得到的，將傳統(tǒng)的差分酉空時解調(diào)器得到的數(shù)據(jù)序列進行差分再編碼，來得到對發(fā)送信號序列的估計，作為迭代的初值。每一次迭代過程中，依次進行信道估計和相干檢測。對于后者，將EM算法用于最大后驗概率(MAP)估計，得到了針對循環(huán)群結(jié)構(gòu)酉空時碼的軟輸入軟輸出的

7、迭代接收機。將傳統(tǒng)的差分酉空時解調(diào)器得到的數(shù)據(jù)序列進行差分再編碼，用來估計信道，作為迭代的初值。每一次迭代過程中，依次進行符號的軟判決和下一次信道估計。最后一次迭代結(jié)束后，基于MAP準則進行符號的判決，再經(jīng)過差分譯碼即可得到數(shù)據(jù)序列。軟判決迭代的性能優(yōu)于硬判決迭代。 最后，研究了空間相關(guān)瑞利衰落信道下預(yù)編碼DUSTM系統(tǒng)的迭代接收方案。與獨立衰落情況類似，分別將EM算法用于ML估計和MAP估計，導(dǎo)出了基于硬判決和軟判決的迭代接收