MIMO-OFDM無(wú)線通信系統(tǒng)中高速傳輸技術(shù)研究.pdf

1、盡管迄今為止已經(jīng)涌現(xiàn)出了大量的通信技術(shù)，盡管通信系統(tǒng)經(jīng)過(guò)了一代又一代的演進(jìn)，但是歸根到底通信的不斷發(fā)展不外乎在追求兩個(gè)最根本的目的--更高的傳輸速率和更高的傳輸可靠性。現(xiàn)在是第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的時(shí)代，人們正在體驗(yàn)著碼分多址技術(shù)（CDMA）所帶來(lái)的方便快捷，然而在移動(dòng)通信的研究領(lǐng)域和工業(yè)領(lǐng)域卻正在醞釀著新的技術(shù)革命，那就是以正交頻分復(fù)用技術(shù)（OFDM）為核心的下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)。在3GPP LTE標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)以正交頻分多址（OFDMA）和單

2、載波頻分多址（SC-FDMA）的形式將OFDM和單載波頻域均衡（SC-FDE）技術(shù)確立為物理層的傳輸方式，并且在基站端和移動(dòng)臺(tái)配備多根天線來(lái)發(fā)揮多天線技術(shù)（MIMO）的優(yōu)勢(shì)，這預(yù)示著OFDM、SC-FDE和MIMO技術(shù)在下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)中的核心地位。本論文將針對(duì)這三種技術(shù)，以更高的傳輸速率為目的，提出一些傳輸方案設(shè)計(jì)和相應(yīng)的均衡算法。
　　 OFDM憑借其特有的并行傳輸結(jié)構(gòu)可以達(dá)到較高的傳輸速率和頻帶利用率，同時(shí)借助于循環(huán)前綴

3、的結(jié)構(gòu)有效地消除了多徑干擾的影響，并且利用頻域均衡處理可以很容易地補(bǔ)償信道引起的失真，恢復(fù)出數(shù)據(jù)信息。SC-FDE與OFDM的結(jié)構(gòu)非常類(lèi)似，同屬于循環(huán)前綴輔助傳輸系統(tǒng)，在高速傳輸和對(duì)抗多徑方面與OFDM有異曲同工之妙。然而由于循環(huán)前綴不攜帶額外的信息數(shù)據(jù)，那么它的引入必然會(huì)降低系統(tǒng)的頻帶利用率和功率效率。針對(duì)這一問(wèn)題，本文對(duì)無(wú)循環(huán)前綴的OFDM系統(tǒng)和SC-FDE系統(tǒng)進(jìn)行了研究，針對(duì)各自的信號(hào)特點(diǎn)分別提出了相應(yīng)的turbo均衡算法來(lái)對(duì)抗系

4、統(tǒng)中的干擾和噪聲。本文為兩種系統(tǒng)分別設(shè)計(jì)了基于最小均方誤差（MMSE）準(zhǔn)則的單抽頭均衡器，改進(jìn)了軟信息的計(jì)算方法，并且引入了一些簡(jiǎn)化處理降低了算法的復(fù)雜度。與現(xiàn)有算法相比，本文提出的算法以復(fù)雜度略有增加的代價(jià)獲得了更為優(yōu)秀的誤碼性能。
　　 隨后，本文將無(wú)循環(huán)前綴的OFDM系統(tǒng)分別與MIMO技術(shù)中的空間復(fù)用技術(shù)和空間分集技術(shù)結(jié)合起來(lái)，對(duì)無(wú)循環(huán)前綴的H-BLAST OFDM系統(tǒng)和空頻分組編碼（SFBC）OFDM系統(tǒng)進(jìn)行研究。引入了

5、空間復(fù)用技術(shù)，天線間干擾或者層間干擾則不可避免，同時(shí)各層OFDM傳輸塊內(nèi)的塊間干擾和子載波間干擾不僅影響本層信號(hào)，還會(huì)影響其它各層的信號(hào)。而將SFBC技術(shù)引入進(jìn)來(lái)后，面對(duì)著頻率選擇性嚴(yán)重的多徑信道，則會(huì)出現(xiàn)SFBC碼內(nèi)干擾。面對(duì)著更為復(fù)雜的干擾環(huán)境，本文為無(wú)循環(huán)前綴的H-BLAST OFDM系統(tǒng)提出了基于信號(hào)干擾噪聲比（SINR）最大化的頻域合并均衡器，為SFBC-OFDM系統(tǒng)提出了基于MMSE準(zhǔn)則的單抽頭頻域均衡器。兩系統(tǒng)的接收端同樣

6、基于turbo均衡原理，利用干擾抑制、均衡處理和軟信道譯碼三者迭代工作來(lái)改善系統(tǒng)的誤碼性能。簡(jiǎn)化處理也引入到兩種MIMO-OFDM系統(tǒng)中來(lái)降低均衡算法的復(fù)雜度。仿真結(jié)果表明，本文算法可以有效應(yīng)對(duì)各種干擾，獲得較好的誤碼性能。
　　 對(duì)于空間發(fā)射分集技術(shù)如Alamouti方案來(lái)說(shuō)，一般是通過(guò)在發(fā)射端配置多根天線并且合理地設(shè)計(jì)空間編碼方案來(lái)得到發(fā)射分集增益的，但是其傳輸速率卻不能隨著發(fā)送天線的增加而增大。本文將提出一種高速空間發(fā)射分

7、集傳輸方案，或者可以稱為空間分集、復(fù)用增益融合方案，由于該方案基于SFBC分集技術(shù)，因此我們將提出的方案稱為SFBC-SM。該方案可以使MIMO系統(tǒng)在保持空間分集增益優(yōu)勢(shì)的同時(shí)獲得更高的傳輸速率，與雙SFBC等融合方案相比無(wú)需增加額外的天線配置。本文還對(duì)SFBC-SM OFDM系統(tǒng)提出了兩步迭代均衡接收算法，首先利用MMSE均衡來(lái)獲得調(diào)制符號(hào)的初始估計(jì)，然后利用串行干擾刪除對(duì)天線間干擾進(jìn)行抑制同時(shí)配合SFBC譯碼來(lái)更新符號(hào)估計(jì)。隨后又將