空時(shí)分集及預(yù)編碼性能研究.pdf

1、由Telatar和Foschini奠基的MIMO系統(tǒng)信息論證明了，MIMO系統(tǒng)能夠獲得數(shù)倍于單天線系統(tǒng)的信道容量。這一新理論打破了由Shannon建立的無(wú)線通信系統(tǒng)的理論架構(gòu)，推動(dòng)了各種傳統(tǒng)通信技術(shù)向MIMO技術(shù)的快速轉(zhuǎn)變。在眾多MIMO技術(shù)熱點(diǎn)問題中，系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)的另一個(gè)重要評(píng)估指標(biāo)誤碼率，也受到研究者的極大關(guān)注。由于MIMO系統(tǒng)的隨機(jī)信道矩陣的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，涉及許多比較深層次的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)問題，MIMO系統(tǒng)的誤碼率的理論研究一直進(jìn)展緩慢。本

2、文對(duì)這個(gè)問題進(jìn)行了深入的研究。同時(shí)，本文還研究了MIMO系統(tǒng)正交空時(shí)編碼的預(yù)編碼問題。 本文研究了一類MIMO系統(tǒng)，其時(shí)間分集通過符號(hào)重發(fā)實(shí)現(xiàn)。在同一塊周期內(nèi)，每次發(fā)射天線的發(fā)射增益和接收天線的接收增益可以不同。系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)發(fā)射天線的發(fā)射增益，來(lái)控制信號(hào)的發(fā)射功率；通過調(diào)節(jié)接收天線的接收增益，來(lái)最大化接收信號(hào)的信噪比。根據(jù)天線發(fā)射功率控制的描述方式，我們將系統(tǒng)分為三類：空間發(fā)射分集系統(tǒng)、跡約束系統(tǒng)、特征值約束系統(tǒng)。符號(hào)的多次發(fā)射

3、權(quán)重向量構(gòu)成了該符號(hào)在各天線的發(fā)射權(quán)重矩陣。在一個(gè)塊內(nèi)若有多個(gè)不同的符號(hào)需要發(fā)射，可以為各符號(hào)選取恰當(dāng)?shù)臋?quán)重矩陣以形成需要的空時(shí)分組編碼。 在該系統(tǒng)誤碼率的研究中，本文根據(jù)所得誤差函數(shù)的一個(gè)等價(jià)有限積分形式，利用有限積分中被積函數(shù)的特殊性，將一個(gè)復(fù)雜的隨機(jī)函數(shù)的均值問題轉(zhuǎn)化為可以較容易解決的一類隨機(jī)函數(shù)的均值問題。同時(shí)，引入了Karhunen—Loeve變換，將相關(guān)的系統(tǒng)子信道系數(shù)向量，轉(zhuǎn)化為元素間不相關(guān)的系數(shù)向量。在此基礎(chǔ)之上

4、，研究了該空時(shí)分集系統(tǒng)在不同功率約束下，信道獨(dú)立的瑞利衰落系統(tǒng)和信道相關(guān)的瑞利衰落系統(tǒng)的平均誤碼率問題，得到了五個(gè)方面的主要結(jié)果：(1)空間發(fā)射分集系統(tǒng)的平均誤碼率公式；(2)到第j接收天線的所有信道衰落系數(shù)構(gòu)成一個(gè)向量，若該向量與到第k接收天線的所有信道衰落系數(shù)構(gòu)成的向量具有線性關(guān)系，本文得到了在這個(gè)信道條件下跡約束系統(tǒng)平均誤碼率公式；(3)特征值約束系統(tǒng)的平均誤碼率公式；(4)在信道矩陣發(fā)射相關(guān)情況下，特征值約束系統(tǒng)的系統(tǒng)誤碼率公式

5、及上下界；(5)在信道矩陣接收相關(guān)情況下，特征值約束系統(tǒng)的系統(tǒng)誤碼率公式及上下界。 在正交空時(shí)編碼的預(yù)編碼研究中，作者引入了誤差函數(shù)的復(fù)合隨機(jī)變量函數(shù)的期望的估計(jì)不等式，得到了正交空時(shí)編碼系統(tǒng)平均誤碼率的一個(gè)新的上界。基于該上界，提出了正交空時(shí)編碼系統(tǒng)的一個(gè)預(yù)編碼準(zhǔn)則，形成了預(yù)編碼矩陣對(duì)應(yīng)的最優(yōu)化問題。在發(fā)射天線數(shù)不大于空時(shí)分組的空間維數(shù)的情況下，得到了Kronecker積和非Kronecker積形式的發(fā)射相關(guān)相應(yīng)的預(yù)編碼矩陣。