硕士论文-无线移动通信中空时分组码的研究

西南交通大学硕士学位论文无线移动通信中空时分组码的研究姓名：滕晓丽申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：王宏霞20090601无线移动通信中空时分组码的研究作者：滕晓丽学位授予单位：西南交通大学相似文献(10条)1.学位论文张薇无线移动通信中空时分组编码的性能分析2006空时编码技术是近几年来在无线通信领域新兴的研究方向，它将信道编码技术与天线分集技术相结合，大幅度地增加了无线通信系统的容量，为无线传输提供了分集增益和编码增益，并且能够提供远高于传统单天线系统的频带利用率，是实现未来带宽资源日益紧张的高速无线数据通信系统的重要技术。本文基于Alamouti提出的PSK调制下空时分组码在Rayleigh衰落信道中的简单分集方案，结合Tarokh等提出的正交分组码的编、译码原理，给出一种新的性能估计方法和输出信噪比表达公式，推导出多发射和多接收天线系统中正交空时分组码在Rayleigh/Rician/Nakagami三种典型的平坦慢衰落信道的BPSK调制下的比特差错率的最小距离球界，并推广到在高阶(M-ary)PSK/PAM/QAM调制下这三种衰落信道中系统符号差错率的性能。仿真分析和比较了不同条件下在三种信道之中引入空时分组码的多天线系统中发射和接收天线分集增益，发射天线数量的“地板效应”以及各信道相关参数的变化对系统符号差错性能的影响。2.学位论文许晓红无线移动通信中的空时编码技术2004空时编码技术是近几年来在通信领域新兴的研究方向,它主要用于解决高速无线通信下行传输问题.空时编码技术将信道编码技术与天线分集技术相结合,大幅度的增加了无线通信系统的容量,为无线传输提供了分集增益和编码增益,并且能够提供远高于传统单天线系统的频带利用率,为解决无线信道的带宽问题提供了一条新的解决途径.论文结合阵列信号处理的方法研究空时编码技术,首先阐述了空时编码的基本思想和原理,介绍了平坦衰落信道下的空时编码设计准则.接着根据接收端和发射端是否需要知道信道状态信息将空时编码分为两类,第一类空时编码需要知道信道状态信息,包括空时格型编码、分层空时编码、空时分组编码,第二类空时编码不需要知道信道状态信息,包括酉空时编码和差分空时编码.论文对这两类空时编码的编译码原理、特点和性能进行了分析和比较,并对其中的部分空时编码给出了具体的实例和仿真结果.针对已有空时编码存在的问题,论文提出了两种改进的空时编码棗分层结构的空时分组编码和一种高速率的差分空时编码方案.最后讨论了空时编码技术与正交频率复用技术的结合,并将分层结构的空时分组编码与OFDM做了结合.论文的主要工作和贡献:1.提出了一种改进的空时编码棗分层结构的空时分组编码.这种空时编码结合了分层空时编码和空时分组编码的特点,接收端进行分组干扰抑制,用奇异值分解方法实现解码.这种改进的空时编码具有高于STBC的频谱利用率和码速率,并且抗衰落性能优于BLAST.2.提出了一种新的发射分集差分检测新方法.这种方法不仅编译码简单、编码速率高,而且仍然保持了差分空时编码的发射端和接收端不需要知道信道状态信息的优点.3.将改进的空时编码棗分层结构的空时分组编码和OFDM结合,用于频率选择性衰落信道中,提高了分集增益.3.学位论文张碧军空时编码及相关技术研究2006近年来，无线移动通信已成为通信领域的研究热点。目前，已有多项技术被人们看好，将很有希望成为未来移动通信系统架构中的关键技术。这其中包括能有效克服多径效应，提高系统数据传输速率的OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)技术，基于空分复用或空间分集，能显著提高系统容量或有效改善系统性能的MIMO(MultipleInputMultipleOutput)技术等。正是在这种应用和研究背景下诞生的空时编码(Space-TimeCode,STC)技术受到广泛重视。本文在国家“十五”863计划重大课题“新一代蜂窝移动通信系统无线传输链路技术研究(2001AA123014)”和国家自然科学基金重大项目“未来移动通信系统基础理论与技术研究”子课题“基于MIMO-OFDM系统的空中接口自适应技术研究(60496310)”的资助下，针对恶劣的无线移动通信环境，如信道空间相关、时频选择性衰落等，对多用户环境下的空时编解码传输方案、预编码技术等进行研究，力图通过稳健的解码器设计或者预编码技术的运用改善系统对抗衰落的性能。论文首先基于已有空时相关MIMO信道模型，分析给出了联合空时互相关函数解析表达式，并推导给出了空时分组编码传输方案理论成对错误概率表达式。通过评估收发两端天线阵列间距、倾斜角度及其散射体角度扩展、不同信道时变等因素对空时分组编码传输系统性能影响，进一步验证了该空时相关MIMO信道模型的正确性。同时，已有的空时相关信道模型，或者仅考虑信道空间相关，或者仅考虑信道时变。我们提出了一种混合模型对信道空时相关联合建模。最后，基于上述两种空时相关信道模型，评估给出：当信道时变较小时，大的信道空间相关带来系统性能损失更为严重；而当信道时变增大时，无论信道何种程度空间相关，大的信道时变则主导系统性能损失。由此可见，信道特性，诸如空间相关、时频选择性衰落等，特别是多用户环境下，对空时编解码传输方案设计有着重要影响。在以往的空时分组编码多用户上行系统中，ZF和MMSE解码器设计方案均假定信道准静态衰落，信道一旦时变，则接收端在解码某用户信号时即引入符号间干扰，且这种干扰随信道时变增大而增加。由此提出了两类新解码器设计方案。方案一，基于时变信道下接收信号表达式联合解码，从而去除解码期望用户信号时符号间干扰的影响。方案二，基于ZF思想，构造一变换矩阵，作用该矩阵于接收信号矢量使之对角化，从而达到去除符号间干扰影响之目的。上述两类解码器设计方案仅适用于时变平坦衰落信道、2用户上行系统。接着，将上述适用于2用户系统的新解码器设计方案推广至已有空时分组编码多用户系统框架，替代迭代软入软出多用户检测方案，从而降低计算复杂度。然后，结合OFDM技术，基于每个平坦衰落子载波信道运用上述新解码器设计方案，将其推广至时频选择性衰落信道、多用户上行系统。在各种系统配置下，相对于已有传统解码器，新解码器获得显著性能增益，同时不存在误码平层现象。对于传统的组分层空时结构解码器设计方案，首先利用组检测技术获得期望分组的发射信号，再空时解码获得该分组内的发射符号。Dai提出了一种解码器设计方案，但其本质思想并未改变，即首先运用组检测技术抑制组间干扰，再最大似然解码获得期望分组内的发射符号。已有解码器设计方案均假定信道准静态衰落，信道一旦时变，则不再适用。作为改进，我们提出了一种适用于时变信道、组分层空时结构的新解码器设计方案。对于该方案，首先构造“正交对”矩阵去除所有分组内符号之间的干扰，再运用递推降维矩阵求逆算法，并行检测获得所有分组的发射符号。我们将证明，Zhuang提出的适用于时变信道、4发天线系统的解码器即为本文的特例。与传统的解码器相比较，新设计的解码器计算复杂度得到大大降低。论文最后针对多用户下行空分复用系统，提出了一种预编码器设计方案。在基站发射端，根据最小平均矢量符号错误概率准则，预编码器构造为所有用户信道状态信息的函数。由于多用户干扰在基站端被预去除，所以终端用户仅利用简单的线性解码即可获得发射符号。该多用户下行空分复用系统预编码器设计方案获得了与单用户预编码系统几乎一致的性能。接着，针对频率选择性衰落信道，提出了一种适用于多用户下行MIMO-OFDM系统的预处理传输方案。在基站发射端，通过所有终端用户在每个子载波信道上发射预处理矢量的良好设计，将多用户下行MIMO系统转换为并行独立的单用户MIMO系统，并确保每终端用户的多用户干扰被良好去除。在用户接收端，利用简单的线性解码即可获得最大解码后符号信噪比，从而最小该用户误码率。4.学位论文敖娟MIMO系统中空时码与HARQ的结合研究2008多输入多输出（MIMO）技术能极大增加系统容量与改善无线链路的质量，因而成为无线移动通信领域内最“炙手可热”的技术之一。这两个优点分别体现在MIMO技术的两个应用中：前者通过空分复用，如分层空时编码(BLAST)方法使数据传输速率得以提高；后者则通过空间分集增益的获取，如空时格形编码(STTC)、空时分组编码(STBC)等的运用，使通信链路更为可靠。即使如此，无线通信系统仍需要一种自动请求重传（ARQ）协议来保障数据包的可靠传输。混合自动请求重传（HARQ）技术可获得比传统ARQ更优的性能。HARQ几乎可以保证数据的无差错传输，但会大大降低系统的容量。于是，考虑将多输入多输出（MIMO）与混合自动请求重传（HARQ）结合将是十分有效和有意义的，这正是本文研究的主要内容。本文首先简要回顾了空时码以及HARQ技术，在此基础上提出了空时码与HARQ的结合(STC-HARQ)算法，即将空时分组码和分层空时结构结合起来，利用HARQ，将空时分组码拆分成多个一维的分层空时码结构进行传输。此算法通过平衡MIMO系统的复用和分集增益以期使系统获得最优的性能。本文对正交空时码和准正交空时码与HARQ的结合算法进行了对比仿真，仿真结果验证了本算法在差错率（BER）、吞吐量（throughput）和延迟方面均可获得优异的性能。本文在上述STC-HARQ算法的基础上，提出了一种基于星座图重排的STC-HARQ算法，分别从基于全码阵星座图重排的STC-HARQ算法和基于码阵行星座图重排的STC-HARQ算法两个方面进行分析，仿真结果表明此算法在系统运用高阶调制时可获得比STC-HARQ算法更佳的性能。5.学位论文张志斌基于OFDM和波束形成的空时分组编码性能仿真研究2009MIMO技术被普遍认为是新一代移动通信系统必须采用的关键技术之一。该技术能在不增加带宽和发射功率的情况下有效地提高通信系统的容量和频谱利用率，同时也可以提高系统的可靠性，降低误码率。OFDM技术由于频谱利用率较高、抗频率选择性衰落较强等优点，已成为第四代移动通信系统的关键技术。OFDM易于和其他多种技术相结合，比如空时编码、分集、智能天线等，最大限度的提高物理层信息传输的可靠性，而将OFDM与MIMO相结合的MIMO-OFDM技术已成为当前广受关注的技术。空时编码技术是MIMO系统的关键技术之一，并且已成为当今通信领域的研究热点。该技术能有效提高系统的抗多径衰落能力。然而在频率选择性衰落信道下，空时编码的设计会变得非常复杂。于是将空时编码技术和OFDM结合可以起到很好地互补作用。另外，在实际的无线移动通信系统中，多径衰落和各种干扰等问题是同时存在的。波束形成技术在对抗各种干扰方面有很好的效果。因此，研究基于OFDM系统和波束形成的空时编码技术具有很大的意义。本文以空时分组编码为主线，分别结合OFDM和波束形成进行详细地研究。论文首先概述了相关技术的国内外研究动态，接着对几种常见的空时编码技术进行介绍和比较，重点介绍其中的空时分组码，并进行仿真分析。然后，在介绍几种典型的波束形成准则和算法的基础上，研究结合波束形成技术的空时分组编码，并进行仿真分析。最后，本文深入分析基于OFDM系统的空时分组编码技术，即STBC-OFDM系统，从多个方面进行仿真分析。仿真结果表明：无论是平坦衰落环境还是频率选择性衰落环境，STBC-OFDM系统的误比特率性能都明显好于OFDM系统；由于STBC-OFDM系统误比特率在BPSK和QPSK调制方式下有所不同，所以在考虑自适应调制方案时，应根据信道条件好坏采用不同调制方式，进而提高系统的总体性能。6.学位论文张剑一种结合STBC与VBLAST的MIMO系统研究2006多输入多输出(MIMO)技术是无线移动通信领域的重大突破，是新一代移动通信系统必须采用的关键技术。这使得人们努力开发更有效的编码、调制和信号处理技术来提高无线通信的质量和频谱效率，空时编码技术就是一个很好的方案。空时编码技术将信道编码技术和天线分集技术相结合，在不牺牲带宽的情况下，大幅度增加了无线通信