可靠的高數(shù)據(jù)速率無線通信關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、利用無線信道空域、時(shí)域、頻域的三維空間信息，緊密結(jié)合正交頻分復(fù)用（OFDM）、多輸入多輸出（MLMO）、空時(shí)編碼、自適應(yīng)資源分配、自動(dòng)重復(fù)請求（ARQ）、波束形成等技術(shù)，可以使得通信系統(tǒng)在有限的帶寬上達(dá)到更高的發(fā)射功率利用率、更高的頻譜效率，保證可靠的通信質(zhì)量。本文針對未來軍用無線通信系統(tǒng)，從系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)層次并考慮低復(fù)雜度實(shí)現(xiàn)，探討如何獲得更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和鏈路可靠性的問題。本文主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)包括以下幾個(gè)方面：
　　 ⑴為了達(dá)到可

2、靠的、高速率傳輸以及低解碼復(fù)雜度的目的，首先，研究全速率、全分集的空時(shí)分組碼設(shè)計(jì)方法。采用基于坐標(biāo)交織正交設(shè)計(jì)方法，提出一種2×2 MIMO瑞利準(zhǔn)平穩(wěn)平坦衰落信道低最大似然解碼復(fù)雜度的空時(shí)分組碼。其次，基于以上碼設(shè)計(jì)理論研究和認(rèn)識，進(jìn)一步地將這種優(yōu)秀的坐標(biāo)交織正交設(shè)計(jì)技術(shù)引入實(shí)用的系統(tǒng)設(shè)計(jì)之中，并結(jié)合網(wǎng)格碼技術(shù)和空時(shí)分組碼技術(shù)，提出可達(dá)到高分集增益同時(shí)極大地提高碼字錯(cuò)誤率性能的網(wǎng)格空時(shí)分組編碼MIMO-OFDM系統(tǒng)，仿真結(jié)果表明，提出的

3、網(wǎng)格空時(shí)分組碼的性能顯著地超出參照系統(tǒng)。
　　 ⑵為了達(dá)到實(shí)際無線通信網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)化吞吐量的目標(biāo)，本文研究單用戶情形下的網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)化問題。首先研究SISO-OFDM系統(tǒng)的資源分配問題，然后將研究結(jié)果擴(kuò)展到MIMO-OFDM系統(tǒng)。針對實(shí)際應(yīng)用的多天線系統(tǒng)發(fā)射端不能利用完全的信道狀態(tài)信息的問題，采用次優(yōu)的預(yù)濾波技術(shù)，應(yīng)用不同預(yù)濾波系數(shù)構(gòu)成一個(gè)發(fā)射波束，提出一種發(fā)射端自適應(yīng)MLMO信道的功率分配算法。為了解決編碼MIMO-OFDM系統(tǒng)以子載

4、波誤比特率為目標(biāo)的最優(yōu)化問題，提出最優(yōu)貪心功率分配算法以及次優(yōu)貪心功率分配算法，將最優(yōu)貪心功率分配算法修改成自適應(yīng)分組錯(cuò)誤率算法。仿真結(jié)果表明，提出的自適應(yīng)算法對系統(tǒng)性能的改善是顯著的。
　　 ⑶目前的OFDM通信系統(tǒng)物理層設(shè)計(jì)通常是基于均勻比特和功率分配的傳輸模式，其系統(tǒng)性能還有進(jìn)一步改善的潛力。本文針對收發(fā)兩端有完全的信道狀態(tài)信息的情形，開展了H-ARQ OFDM網(wǎng)絡(luò)吞吐量最大化自適應(yīng)資源分配方面的理論研究，研究自適應(yīng)分配比

5、特及功率問題，提出編碼自適應(yīng)ARQ重傳協(xié)議的多載波系統(tǒng)的比特和功率分配算法。研究在慢變信道上應(yīng)用選擇性重復(fù)（SR）、N次往返（GBN）以及停止.等待（SAW）這三種類型的ARQ協(xié)議的系統(tǒng)吞吐量。提出幾種求解離散比特和功率分配問題的方法。有以下主要研究結(jié)果：適當(dāng)?shù)男旁氡乳g隙值（等價(jià)于目標(biāo)誤比特率）的注水解等于等誤比特率功率分配松弛問題的解，它在吞吐量意義上是近優(yōu)的，同時(shí)復(fù)雜度低；吞吐量表示比特率和誤比特率之間的折中；對于目標(biāo)誤比特率，最大

6、化吞吐量可以由聯(lián)合最大化比特率實(shí)現(xiàn)，這個(gè)問題的解是注水解，然后，調(diào)整目標(biāo)誤比特率。本文給出選擇這個(gè)目標(biāo)誤比特率的方法，并解析地說明信噪比間隙值依賴于以下幾個(gè)因素：所用的卷積碼、幀長度、所采用的ARQ協(xié)議類型、可利用的發(fā)射功率以及子載波增益的同調(diào)和幾何中值。
　　 ⑷傳統(tǒng)的H-ARQ協(xié)議不能有效地利用MIMO系統(tǒng)為空間分集提供的維的問題，為了提高通信可靠性，本文提出一種應(yīng)用于多天線慢變信道上基于Alamouti碼的空時(shí)分組編碼H-

7、ARQ傳輸方法。這種技術(shù)利用MIMO信道空間和時(shí)間分集，提高H-AR-Q分組傳輸?shù)男?。這種方法應(yīng)用Alamouti碼的全分集以及分組合并方法提供的更多增益，為通信提供可靠性。分析空時(shí)編碼MIMO-HARO的分組錯(cuò)誤率，推導(dǎo)基于Alamouti碼的H-ARQ協(xié)議的多維成對錯(cuò)誤概率；仿真結(jié)果表明，提出的方法在性能上優(yōu)于傳統(tǒng)的Chase合并（CC）?；贏lamouti碼的H-ARQ協(xié)議的增益得益于低的分組錯(cuò)誤率以及接收機(jī)軟輸出最大似然檢測

8、的低復(fù)雜度。
　　 ⑸目前已報(bào)道的大多數(shù)多用戶MIMO波束形成的次優(yōu)傳輸方法僅是基于發(fā)射機(jī)有可利用的完全信道狀態(tài)信息的假設(shè)，在實(shí)用上很難實(shí)現(xiàn)。針對發(fā)射端有部分信道狀態(tài)信息的MIMO-OFDM下行鏈路，并且考慮到盡可能地減少多用戶MIMO-OFDM系統(tǒng)中用于控制的開銷及信號處理復(fù)雜度，提出兩種次優(yōu)傳輸解決方案：①基于每簇用戶選擇的方法，將它應(yīng)用于有限反饋多用戶MIMO-OFDM下行鏈路，簇長度經(jīng)過最優(yōu)化處理，獲得非常逼近于系統(tǒng)的和

9、速率；②基于每個(gè)子載波每個(gè)天線的用戶選擇，采用空間復(fù)用傳輸以及來自用戶的預(yù)后處理信噪比反饋值，用戶在每個(gè)子載波上應(yīng)用線性迫零處理。仿真并比較分析這兩個(gè)低復(fù)雜度空間復(fù)用傳輸方案的性能。
　　 ⑹針對多蜂窩MIMO系統(tǒng)中，上行鏈路導(dǎo)符往往受到來自其他小區(qū)的用戶信號干擾使得導(dǎo)符失去正交性，這些非正交導(dǎo)符必然影響小區(qū)基站信道估計(jì)的質(zhì)量。為了減弱因這種導(dǎo)符損壞引致的可達(dá)速率下降，提出基于多小區(qū)預(yù)編碼技術(shù)，這種技術(shù)降低小區(qū)內(nèi)和小區(qū)間的干擾，