MIMO無線通信系統(tǒng)中的空時(shí)編碼方法研究.pdf

1、未來的無線通信系統(tǒng)的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)無所不在的、高速、可靠的移動(dòng)多媒體傳輸。由多發(fā)射和多接收天線組成的多輸入多輸出（MIMO，Multiple-Input Multiple-Output）技術(shù)正是在不犧牲發(fā)射功率和信號(hào)帶寬的條件下，達(dá)到這一目標(biāo)的有效技術(shù)之一。MIMO技術(shù)在無線通信鏈路兩端均使用多個(gè)天線，可以充分利用無線傳播中的多徑傳輸，使頻譜利用率和鏈路可靠性得到極大的提高。與MIMO技術(shù)緊密相關(guān)的就是空時(shí)編碼。 在現(xiàn)有的空時(shí)編碼方

2、案中，空時(shí)格形碼（STTC，Space-Time Trellis Coding）和空時(shí)分組碼（STBC，Space-Time Block Coding）已被第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)采納。然而，要實(shí)現(xiàn)STTC和STBC在實(shí)際工程中的應(yīng)用，仍有許多問題有待解決，例如降低STTC的譯碼復(fù)雜度、改善STTC發(fā)射分集增益、以及如何在STBC中有效的引入編碼增益等。針對(duì)以上問題，本文結(jié)合網(wǎng)格編碼調(diào)制（TCM，Trellis coding modulati

3、on）技術(shù)，研究了在衰落信道下高增益的空時(shí)編碼的方法。具體工作概括如下： 1．研究了超正交空時(shí)網(wǎng)格碼（SOSTTC，Super-Orthogonal Space-Time Trellis Code）和超準(zhǔn)正交空時(shí)網(wǎng)格碼（SQOSTBC，Super-Quasi-Orthogonal Space-Time Trellis Code）的網(wǎng)格圖特性，提出了一種基于合并網(wǎng)格傳輸路徑的超正交空時(shí)網(wǎng)格編碼方法。新方法研究了2×2正交空時(shí)分組碼

4、和4×4準(zhǔn)正交空時(shí)分組碼之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系，并利用二重TCM（2-TCM）編碼器構(gòu)造出可用于四發(fā)射天線條件下的滿速率、SOSTTC：并將2×2正交空時(shí)分組碼矩陣結(jié)合星座圖旋轉(zhuǎn)的方法，使得新方法在獲得高的編碼增益同時(shí)，獲得滿分集增益。試驗(yàn)結(jié)果表明，在相同仿真條件下，新方法獲得的編碼增益比現(xiàn)有的基于四發(fā)射天線的超準(zhǔn)正交空時(shí)分組編碼方法提高2dB以上。 2研究表明，將TCM技術(shù)與STBC結(jié)合起來可以進(jìn)一步提高多天線系統(tǒng)的性能。本文研究了空

5、時(shí)編碼系統(tǒng)在編碼增益，分集增益和傳輸能量效率的限定下最大化傳輸速率的問題，提出了一種在保留TCM編碼方法校驗(yàn)位冗余的同時(shí)，還可獲得滿速率的級(jí)聯(lián)空時(shí)分組TCM編碼方法。新方法通過引入具有不同功率分集因子的正交發(fā)射碼字矩陣，并給出新的最大似然（ML，Maximum Likelihood）譯碼算法，從而使得新方法在獲得滿速率的同時(shí)還可以獲得滿分集增益。MATLAB仿真結(jié)果表明，在相同的編碼狀態(tài)數(shù)下，新方法在編碼增益上比現(xiàn)有的滿速率SOSTTC

6、提高1dB左右。 3．研究表明在多天線系統(tǒng)中，可以利用級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)來逼近信道容量。本文根據(jù)交織的STBC串行級(jí)聯(lián) TCM編碼設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，提出了一種STBC級(jí)聯(lián)不對(duì)稱網(wǎng)格編碼調(diào)制（A-TCM，Asymmetic Trellis coding modulation）的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，并推導(dǎo)出在空時(shí)分組碼級(jí)聯(lián)不對(duì)稱8PSK調(diào)制的TCM情況下最優(yōu)的星座圖旋轉(zhuǎn)角度。仿真和分析結(jié)果表明，在相同的頻譜效益和譯碼復(fù)雜度的情況下，相比傳統(tǒng)空時(shí)分組碼串行級(jí)

7、聯(lián)TCM的方法，這種串行級(jí)聯(lián)不對(duì)稱星座圖A-TCM方案可進(jìn)一步提高了系統(tǒng)性能。 4．理論和實(shí)踐研究表明，當(dāng)網(wǎng)格編碼方法中存在并行路徑時(shí)，相對(duì)于一般的 TCM技術(shù)，采用多重網(wǎng)格編碼調(diào)制（MTCM，Multi-Trellis coding modulation）技術(shù)可獲得很好的分集增益。本文提出了基于Frobenius范數(shù)的空時(shí)多網(wǎng)格編碼（ST-MTCM）方法。在新方法中，通過確定ST-MTCM方法的網(wǎng)格圖中每個(gè)網(wǎng)格分支上傳輸?shù)淖顑?yōu)

8、T×N碼字矩陣結(jié)構(gòu)，并采用Ungerboeck的星座擴(kuò)展和集合分割思想，從而在獲得滿分集增益的同時(shí)，也得到了最優(yōu)的編碼增益。仿真結(jié)果表明，相對(duì)于傳統(tǒng)的空時(shí)多網(wǎng)格編碼方案，這種新的方法可以獲得很好的性能改善：并且，網(wǎng)格分支傳輸矩陣正交性的確定，極大簡(jiǎn)化了好碼的搜尋過程，無需要針對(duì)不同的信道衰落條件設(shè)計(jì)不同的編碼方案。 5．研究了 TCM以及多重網(wǎng)格編碼調(diào)制（MTCM，Multi-Trellis coding modulation）