MIMO無線通信系統(tǒng)中復(fù)正交空時分組編碼的研究.pdf

1、當前無線通信的發(fā)展正處于最為關(guān)鍵的時期，人們持續(xù)增長的需求與有限頻譜資源之間的矛盾成為研究高頻譜利用率技術(shù)的動力和挑戰(zhàn)。眾多新技術(shù)中，基于多天線的多輸入多輸出(MIMO)無線通信系統(tǒng)已顯示出無盡的潛力，成為充分利用空間資源的必然途徑。MIMO技術(shù)是3G及未來移動通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)，它利用信道的多徑效應(yīng)能夠有效地提高信道容量，能極大改善無線通信的可靠性。作為MIMO構(gòu)架核心環(huán)節(jié)的空時編碼技術(shù)，是一種新興而頗具潛力的方案，能夠有效提高無線

2、頻譜利用率。它充分利用了MIMO信道的發(fā)射分集技術(shù)，具有質(zhì)量高、可靠性強、運行速度快、易于實現(xiàn)，系統(tǒng)開銷低等特點，得到了人們的廣泛關(guān)注，并且已經(jīng)納入了3GPP(3G合作項目)標準，由此可見其重要性。 最近幾年，由于第三代移動通信系統(tǒng)要求具有更高的話音質(zhì)量和比特率數(shù)據(jù)服務(wù)，使用空時編碼的發(fā)射分集受到了格外的重視?？諘r編碼是無線通信的一種新的編碼和信號處理技術(shù)，它使用多個發(fā)射和接收天線進行信息的發(fā)射和接收，可以改善無線通信系統(tǒng)的信道

3、容量和數(shù)據(jù)速率?？諘r編碼在不同天線發(fā)射的信號之間引入時域和空域相關(guān)，使得在接收端可以進行分集接收。與不使用空時編碼的系統(tǒng)相比可以在不犧牲帶寬的情況下獲得更高的編碼增益。在接收機結(jié)構(gòu)相對簡單的情況下空時編碼的結(jié)構(gòu)可以有效提高無線系統(tǒng)的通信容量。 目前，針對空時編碼的研究主要側(cè)重于兩個方面：其一，優(yōu)化空時編碼解碼算法本身，如減少運算的復(fù)雜度，或者設(shè)計一種新的編碼矩陣和算法；其二是將空時編碼和其他技術(shù)的結(jié)合，形成各種高速無線通信傳輸方

4、案，典型的是將空時編碼與調(diào)制技術(shù)和信道編碼結(jié)合提出各種性能比較優(yōu)異的方案。 本文首先介紹了MIMO無線通信系統(tǒng)的研究背景以及空時編碼技術(shù)的基本概念和分類，突出介紹空時分組編碼技術(shù)并與其他編碼技術(shù)做比較以表明研究的必要性和必然性。然后本文在復(fù)正交空時分組編碼矩陣的設(shè)計，編解碼算法的優(yōu)化以及減少編解碼運算復(fù)雜度方面做了大量的研究。本文的主要內(nèi)容和創(chuàng)新結(jié)果概括如下： 第一，介紹了MIMO無線通信系統(tǒng)的研究背景，分析了各種空時編

5、碼技術(shù)的特點、主要研究熱點、研究進展和基本問題等等；然后敘述本論文的創(chuàng)新點及研究成果，指出了本文的研究方向。 第二，介紹了正交設(shè)計理論，并分析了基于正交設(shè)計和準正交設(shè)計的空時分組編碼矩陣的性質(zhì)特點以及研究進展。 第三，介紹了哈達瑪(Hadamard)矩陣的性質(zhì)，以及研究進展并應(yīng)用于復(fù)正交空時分組編碼矩陣關(guān)于最小解碼時延的開放性問題的證明中，用數(shù)學(xué)理論證明了復(fù)正交空時分組編碼矩陣中關(guān)于四的倍數(shù)天線下具有最小解碼時延的假設(shè)。

6、即本文創(chuàng)新點一。 第四，利用復(fù)正交空時分組編碼矩陣中非零元素組成正交對的對數(shù)一定和復(fù)正交空時分組編碼矩陣本身的特性等條件設(shè)計矩陣，對于n=2m-1和n=2m(m為自然數(shù))根天線運用m次迭代就可以完成矩陣；四的倍數(shù)根天線運用m/2次迭代就可以完成矩陣。設(shè)計的矩陣均具有目前可知的相應(yīng)天線數(shù)下最大碼率和最小解碼時延。即本文創(chuàng)新點二。 第五，提出了一種奇數(shù)天線復(fù)正交空時分組編碼矩陣的快速設(shè)計方法，結(jié)合相關(guān)文獻中n=2m矩陣可以由