论文摘要
线性离散码（Linear Dispersion Codes,LDCs）是近年来提出的一种新型空时编码方法,它在MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）无线通信系统中的应用及其增强技术是本文研究的主要问题。本文首先对有限反馈条件下的线性离散码系统进行建模,在此基础上从单用户MIMO系统,多用户MIMO系统以及新型MIMO小区三种无线通信系统的角度来论述线性离散码在未来移动通信系统中的应用。本文首先提出一种带有限反馈的线性离散码系统传输模型,研究MIMO系统中,在无差错且有限速率反馈信道条件下,线性离散码的设计与发射码本选择准则。其基本思想是在发射端和接收端都存储一个有限的线性离散码本集合,接收机首先根据信道变化和代价函数最小化准则,选择出最优的线性变换矩阵,并将对应的码本序号反馈给发射端。发射端则按照此最优矩阵进行线性离散码的编码与传输。数值仿真结果表明,在3发2收MIMO系统中,使用较低复杂度的线性接收机,只需要3-4比特的反馈就可以达到最大似然（ML）接收机的性能。基于单用户MIMO小区中的有限反馈线性离散码系统,本文还提出基于格拉斯曼子空间压缩理论的码本设计方法。该方法在经典的BLAST最优压缩的基础上,通过简单的数学变换,映射到最优的有限反馈LDCs码本。该设计方法,可以保证有限集中各元素的最小距离最大化。特别地,对2发2收MIMO系统,如果反馈比特为4,所提方案与最优预编码码本表现出相近的性能;相比于随机搜索码本,表现出明显的性能增益。另外,在单用户MIMO系统中,本文还提出了一种基于线性离散码的发射天线选择（LDC-TAS）方案。在准静态信道环境下,本文比较了所提方案的三种天线选择准则:最大信道增益准则,最大容量准则和最大化最小后验SNR准则。在不同的调制方式环境下,最大化最小后验SNR准则比其他两种准则表现出更好的性能。在相同的频谱效率下,与BLAST-TAS相比,所提方案表现出明显的分集增益;在低信噪比环境下,与STBC-TAS相比,仍有一定的性能增益。在多用户MIMO系统中,本文基于线性离散码,提出一种适合于上行多用户MIMO系统的线性离散多址接入（LDDMA）方案。在这种新颖的多址方案中,每个用户的信息符号通过用户识别矩阵在空时二维扩展。文章基于容量最大准则,提出一种简单的随机搜索算法来生成用户识别矩阵集合。相比于传统的BLAST系统和时分LDCs系统,在不同天线配置下,LDDMA系统表现出极大的增益。针对LDDMA系统,本文还研究在线性迫零接收机条件下,多用户选择分集与调度算法。对于用户子集选择算法,遍历搜索是最优的,但它所引起的繁重的计算复杂度,很难在实际中应用。基于此考虑,本文提出三种次优的贪婪选择准则。另外,本章还提出一种推广的调度算法:针对不同用户的信道特性,一个用户可以被分配到若干个用户识别矩阵,或者完全不被激活。仿真结果表明:最大最小后验SNR准则可以提供较好的BER性能。最后,本文讨论了新型无线通信小区结构中三种空时编码的性能比较与分析。分析了三种空时编码方法:正交空时分组码,VBLAST和线性离散编码在不同的信道配置环境下的性能。数值仿真表明:新型的正三角形小区结构中,在各种频谱效率和解码算法下,LDCs相对于OSTBC和VBLAST都表现出较好的性能。