多天線系統(tǒng)的分集復用折衷性能及天線選擇技術研究.pdf

1、無線通信多天線(MIMO)技術是分別在發(fā)送端和接收端采用多天線系統(tǒng)的通信技術，為提高無線通信系統(tǒng)的容量或可靠度提供了重要的解決方案。 多天線系統(tǒng)可以用作空間多路復用系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的帶寬效率，也可以用作分集系統(tǒng)，用來提高系統(tǒng)的性能，如何在分集和復用之間取得很好的折衷性能是空時編碼必須處理的問題。另外，如何全面地評價基于分集或復用增益的兩類空時方案系統(tǒng)也是一個值得研究的問題。 無論采用哪種方式使用多天線，和單入單出系統(tǒng)相比，

2、多天線系統(tǒng)的復雜性和成本更高。因此，在保持多天線系統(tǒng)的性能前提下，如何降低系統(tǒng)的復雜性和成本是一個重要的研究課題。目前，除高效的編碼方法外，天線選擇(AS)方法引起了研究者的廣泛關注。天線選擇技術，就是在發(fā)送端和接收端安裝了比射頻鏈路更多的天線元件，根據一定的準則從全部可用的天線中選擇最佳的天線子集發(fā)送和接收信號。 本文在研究多天線技術的基礎上，針對多天線系統(tǒng)面臨的上述問題，對多天線系統(tǒng)的分集復用折衷性能及天線選擇技術進行了深入

3、的研究，取得了以下幾個方面的研究成果： 1)提出了一種并行級聯(lián)空時格碼(PC—STTC)方案，可以在空時格碼的復雜度和性能之間取得折衷，仿真驗證了其性能并進行了外信息轉移(EXIT)圖表分析；提出并驗證了空時Turbo格碼(ST—Turbo—TCM)天線選擇系統(tǒng)：基于OOC交織器的空時傳輸方案，給出了其迭代接收機結構，并驗證分析了其性能。 2)分析了線性彌散碼(LDC)方案的分集復用折衷性能。LDC編碼結構的不唯一性使得

4、它可以在保證容量增益的同時取得很好的分集增益，為了進一步的研究和揭示LDC在多天線信道中的性能，本文著力于分析LDC在慢衰落和快衰落信道下的分集復用增益性能。分析結果表明，慢衰落信道下LDC方案對于任意的空間復用增益，都可以得到嚴格意義上最優(yōu)的分集增益，即可以取得最優(yōu)的分集復用增益折衷性能?？焖ヂ湫诺老翷DC可以同時取得空間和時間分集增益。 3)分析得出了嚴重衰落信道環(huán)境下的分集復用折衷性能函數。分集復用增益折衷函數可以全面的評

5、估多天線系統(tǒng)性能，然而大部分研究結果基于Rayleigh衰落信道。本文基于嚴重衰落復多變量t分布(CMT)信道模型，推導了其分集復用折衷性能函數，研究結果表明信道的最大特征值及信道模型的自由度(CMDF)，即衰落的程度，與分集復用性能密切相關。如果信道模型的自由度趨于無窮大，則嚴重衰落信道的折衷函數與Rayleigh衰落信道的折衷函數趨于一致。 4)在天線選擇研究的基礎上提出了一種新的天線選擇算法。天線選擇算法在天線選擇系統(tǒng)中具

6、有重要作用，其目標是找到信道矩陣，它比同等陣列的信道矩陣提供更好的信道容量或錯誤性能。本文提出了一種基于最優(yōu)化信道容量的天線選擇算法，該算法利用調整后的Tanimoto系數來表征信道矩陣行(列)向量的相關度。根據計算出的相關度，該算法選擇出具有最小相關程度和最大向量范數的天線子集。與性能最優(yōu)的選擇算法相比，該算法在保證性能的前提下具有很低的復雜度；與隨機選擇算法相比較，該算法可以提高系統(tǒng)容量和平均信噪比(SNR)。 5)研究了非

7、理想信道估計下天線選擇系統(tǒng)的性能。天線選擇系統(tǒng)的性能分析對于認識和設計天線選擇系統(tǒng)具有重要的意義，然而，大部分研究成果假設了在發(fā)送端或接收端能準確地獲得信道參數。本文給出了非理想信道估計下天線選擇系統(tǒng)的性能，分別使用兩種不同的方法得出了其誤符號率(SER)性能，仿真結果表明，無論在理想或有誤差的信道信息下，本文所提出的理論結果都逼近于實際的系統(tǒng)性能。數值分析結果表明，在低SNR區(qū)域提高信道估計的準確程度比增加可供選擇的天線數目更能提高系