MIMO無線通信系統(tǒng)中的空時分組碼設(shè)計.pdf

1、空時編碼(Space-Time Coding)是一種提高多輸入多輸出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)無線通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸可靠性和速率的有效方法。它通過在空間維度和時間維度同時編碼來引入空時相關(guān)性，這種相關(guān)性可以有效減小MIMO信道衰落特性對數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊?。圍繞全分集（Full diversity）、全速率(Full rate)和單符號譯碼(Single-Symbol decodable)的目標，

2、針對不同的天線數(shù)目，人們從不同的角度提出了許多空時分組碼的設(shè)計方法。在MIMO系統(tǒng)的空時分組碼設(shè)計中，各發(fā)射通道的峰均功率比（Peak-to-Average Power Ratio，PAPR）也是影響系統(tǒng)實現(xiàn)難度和成本的重要因素。本文針對MIMO無線通信系統(tǒng)中不同的接收機類型和不同的信道類型，開展了低峰均功率比和低譯碼復(fù)雜度的空時編碼研究，主要工作包括:
　　 (1)對于采用最大似然譯碼的MIMO系統(tǒng)，正交空時分組碼(Ortho

3、gonal Space-Time Block Code，OSTBC)是最簡單的編碼，但其碼率較低。約束滿秩單符號可譯設(shè)計(Restricted Full-rank Single-symbol Decodable Design，RFSDD)、坐標交織正交設(shè)計(Coordinate Interleaved OrthogonalDesign，CIOD)以及廣義坐標織正交設(shè)計(Generalized Coordinate Interleaved

4、 Orthogonal Design，GCIOD)的碼率雖然比OSTBC有所提高，但是它們的碼字矩陣中含有許多零值，具有較高的峰均功率比。為了解決這個問題，我們提出了兩種新的單符號最大似然可譯空時分組碼(single-symbol maximum likelihood decodable space-time block code，SSDC)。一種是預(yù)編碼的無零元素單符號最大似然可譯空時分組碼(Group precoding-based

5、 No-Zero-Entry Single-Symbol maximum likelihood Decodable STBC，G-NZESSDC)，它采用坐標交織和分組預(yù)編碼技術(shù)，同其他無零元素的單符號可譯碼空時分組碼比，它具有相同的誤碼率性能和更低的峰均功率比。另一種是高速率單符號最大似然可譯低零值空時分組編碼(High-Rate Single-Symbol maximum likelihood Decodable STBC with

6、 Low fraction of Zero,HR-SSDC-LZ)，它采用坐標交織和星座旋轉(zhuǎn)技術(shù)。同高速率的GCIOD比，它具有更低的零元素數(shù)和更低的峰均功率比。
　　 (2)對于采用線性接收機的MIMO系統(tǒng)，Toeplitz碼，重疊Alamouti碼(OverlappedAlamoutiCode，OAC)以及嵌入式Alamouti碼(Embedded Alamouti Code，EAC)能獲得全分集。然而，這些碼的碼字矩陣中含

7、有大量零元素。為了解決這個問題，首先，我們構(gòu)建了兩個無零元素的Toeplitz(No-Zero-Entry Toeplitz,NZE-Toeplitz)矩陣，采用這兩個矩陣設(shè)計了三種空時編碼，包括無零元素Toeplitz碼(No-Zero-EntryToeplitzCode，NZE-TC)、無零元素重疊Alamouti碼（No-Zero-Entry Overlapped Alamouti Code，NZE-OAC)和無零元素嵌入Alam

8、outi碼(No-Zero-Entry Embedded Alamouti Code，NZE-EAC)。它們都能獲得全分集性能和較好的誤碼率性能，且碼字矩陣中不包含零元素，具有較低的峰均功率比。
　　 (3)針對有兩個發(fā)射天線的LTE-Advanced系統(tǒng)，有入提出了兩個三時隙STBC方法，包括混合空時分組碼(HybridSTBC，H-STBC)以及準正交空時分組碼（Quasi-orthogonal STBC，QOSTBC）。然

9、而，H-STBC碼只能獲得部分分集，而QOSTBC碼存在高譯碼復(fù)雜度的缺點。為了解決這個問題，我們提出了一個三時隙空時分組碼(three-time-slotspace-time block code，TTS-STBC)。它采用坐標交織和星座旋轉(zhuǎn)技術(shù)，具有全分集，全速率和低譯碼復(fù)雜度的性能。比QOSTBC方法在誤碼率和譯碼復(fù)雜度方面有更好的性能。
　　 (4)針對時變衰落信道，設(shè)計了一種全速率無零元素的坐標交織正交空時碼(No-Z

10、ero-Entry Coordinate Interleaved Orthogonal Design，NZECIOD)。它在時變衰落信道上使用時具有良好的性能，并具有低譯碼復(fù)雜度。研究了新的衡量參數(shù)(—)不同的干擾指數(shù)，用于衡量時變衰落信道對空時分組碼的影響。仿真結(jié)果表明，對于時變衰落信道，NZECIOD與其他STBC碼相比具有更魯棒的性能。具有完全消除零值和平衡功率分布的特性，NZECIOD碼在實際應(yīng)用中與全速率CIOD碼相比效果更好