基于陣列信號(hào)處理的空時(shí)編碼技術(shù)研究.pdf

1、基于MIMO的空時(shí)編碼技術(shù)可望在不犧牲發(fā)射功率和信號(hào)帶寬的條件下，滿足未來無線通信中高速數(shù)據(jù)率傳輸?shù)男枨?。在現(xiàn)有的空時(shí)編碼方案中，貝爾分層空時(shí)(BLAST，BellLabsLayeredSpace-Time)結(jié)構(gòu)和空時(shí)分組編碼(STBC，Space-TimeBlockCoding)已被第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)采納。然而，要實(shí)現(xiàn)BLAST和STBC在實(shí)際工程中的應(yīng)用，仍有許多問題亟待解決，例如提高STBC的發(fā)射速率、改善BLAST的抗衰落性能以

2、及提高空時(shí)碼在相關(guān)衰落信道中的傳輸性能等。針對(duì)以上問題，本文結(jié)合陣列信號(hào)處理的方法，研究了兩種獨(dú)立衰落信道下的空時(shí)編碼結(jié)構(gòu)和相關(guān)衰落信道下空時(shí)編碼的實(shí)現(xiàn)方案。主要工作概括如下：1.針對(duì)STBC發(fā)射速率較低的問題，提出了一種基于分組干擾抑制算法的分層空時(shí)分組編碼方案——LSTBC(LayeredSpace-TimeBlockCoding)。發(fā)射機(jī)首先對(duì)天線進(jìn)行分組，每組進(jìn)行獨(dú)立的空時(shí)分組編碼來提高系統(tǒng)的發(fā)射速率；接收機(jī)采用分組干擾抑制算法

3、實(shí)現(xiàn)每組獨(dú)立的最大似然解碼；給出了LSTBC的一種簡(jiǎn)單的信道估計(jì)方法。理論分析和仿真結(jié)果表明：在同等條件(相同的傳輸信道、頻帶利用率、天線配置和發(fā)射功率)下，LSTBC的性能要遠(yuǎn)優(yōu)于BLAST，與STBC相比，LSTBC在低信噪比區(qū)域也優(yōu)于STBC。針對(duì)頻率選擇性衰落信道，提出了兩種基于OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)的LSTBC的實(shí)現(xiàn)方案，分別采用奇異值分解和子載波選擇矩陣算法

4、來實(shí)現(xiàn)組干擾抑制。其中基于子載波選擇矩陣的方案有效克服了奇異值分解方案無法應(yīng)用于下行傳輸?shù)娜秉c(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了單天線接收。 2.針對(duì)BLAST抗衰落性能差的問題，提出了一種基于直接序列擴(kuò)頻DSSS(DirectSequenceSpreadSpectrum)的分層空時(shí)結(jié)構(gòu)——DSSS-BLAST。在保持BLAST分層傳輸結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，發(fā)射機(jī)對(duì)每路信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)頻處理；接收機(jī)通過解擴(kuò)抑制共信道干擾、分離各路發(fā)射信號(hào)，實(shí)現(xiàn)各路信號(hào)的獨(dú)立檢測(cè)，并采

5、用RAKE接收以獲得最佳的檢測(cè)性能。通過采用擴(kuò)頻和RAKE接收，DSSS-BLAST同時(shí)獲得了擴(kuò)頻增益和接收分集增益，并使得信道估計(jì)也變得較為簡(jiǎn)單。理論分析和仿真結(jié)果表明：在同等條件下，DSSS-BLAST的性能要遠(yuǎn)優(yōu)于BLAST，并且實(shí)現(xiàn)了單天線接收，解決了BLAST無法應(yīng)用于下行傳輸?shù)膯栴}。除了研究DSSS-BLAST在頻率選擇性信道下的實(shí)現(xiàn)方案，還將DSSS-BLAST的設(shè)計(jì)思想應(yīng)用于LSTBC，結(jié)合差分空時(shí)編碼方案，提出了一種無

6、需信道估計(jì)、可實(shí)現(xiàn)單天線接收的分層差分空時(shí)檢測(cè)方案。 3.研究了信道衰落的相關(guān)性對(duì)空時(shí)分組碼性能的影響。采用“單環(huán)”信道模型，研究了發(fā)射天線間距、接收天線間距與相關(guān)系數(shù)之間的關(guān)系；根據(jù)發(fā)射分集和接收分集之間的聯(lián)系，得到了相關(guān)衰落信道下空時(shí)分組碼誤碼率的解析表示。 Monte-Carlo仿真驗(yàn)證了誤碼率公式的正確性，利用所得到的公式代替Monte-Carlo仿真，計(jì)算了不同相關(guān)系數(shù)以及天線間距下空時(shí)分組碼的誤碼率，結(jié)果表明

7、：基于獨(dú)立衰落信道設(shè)計(jì)的空時(shí)分組碼在相關(guān)衰落信道下也具有一定的穩(wěn)健性。 4.針對(duì)發(fā)射衰落相關(guān)、接收衰落獨(dú)立的下行傳輸信道，提出了一種基于特征波束形成的空時(shí)編碼結(jié)構(gòu)——空時(shí)特征波束編碼(STEBC，Space-TimeEigenbeamCoding)。發(fā)射機(jī)對(duì)空域協(xié)方差矩陣進(jìn)行特征值分解，利用所得到的特征向量作為發(fā)射陣列的加權(quán)向量，在空間形成相互正交的特征波束來承載空時(shí)碼。分集技術(shù)和波束形成技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，使得STEBC同時(shí)獲得了

8、陣列增益和分集增益，并通過降維處理大大降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度，因此STEBC特別適合于發(fā)射端路徑較多的無線環(huán)境。實(shí)驗(yàn)仿真驗(yàn)證了不同條件下STEBC的有效性，結(jié)果表明：路徑數(shù)和發(fā)射陣元數(shù)的增加都可以提高STEBC的性能。我們還分析了信道估計(jì)誤差對(duì)STEBC性能的影響，證明了信道估計(jì)誤差對(duì)發(fā)射端的特征波束形成不會(huì)造成影響。最后，將DSSS-BLAST應(yīng)用于下行相關(guān)衰落信道，提出了一種基于DSSS的分層空時(shí)特征波束編碼結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有與獨(dú)立衰落信