空时编码在MIMO无线通信系统中的应用研究

论文摘要

近年来随着移动通信技术的迅猛发展,由于多入多出(MIMO)技术能大幅度增加无线通信系统的频谱利用率和提高传输可靠性,从而得到了越来越多的关注。MIMO技术核心是空时编码(STC)。空时编码主要分为三种:分层空时码(BLAST)、空时格码(STTC)和空时块码(STBC)。本文主要对分层空时码和空时块码这两种编码方式在设计准则、传输速率、分集增益、接收合并、比特差错率和信道容量等方面进行了较为详尽的研究。本文深入研究分层空时码(BLAST)分别在选择合并、最大比合并和等增益合并,三种接收方案下的接收信噪比,结合加性白高斯噪声信道仿真分析了SISO、SIMO和MIMO情况下符号差错率。在深入研究空时块码(STBC)Rayleigh衰落性能的基础上,利用特征函数和简化近似的方法推导了Rice和Nakagami独立衰落下空时块码系统准确的比特差错率表达式和平均容量表达式,并进行了不同系统参数情况下的性能仿真,得出的结果验证了理论推导的正确性。这些结果大部分是闭式结果,能比较准确地衡量空时块码的性能,并对不同衰落的性能做了相互比较,其结果对空时块码的实际应用具有一定的指导意义。实际的信道是时变的,分析了空时块码在时间选择性衰落信道中产生误差地板效应的主要原因是存在码间干扰(ISI),在此基础上提出了两种能消除误差地板效应的译码合并方案,并对这两种方案的复杂度和信噪比增益进行了比较。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 移动通信发展概况
• 1.2 多天线系统的特征及目前发展
• 1.3 本文主要工作内容
• 第二章 MIMO 系统的基本原理
• 2.1 多天线系统的信息论基础
• 2.1.1 多天线系统概述
• 2.1.2 MIMO 通信的理论基础
• 2.1.3 MIMO 的优势
• 2.2 天线接收分集
• 2.3 空时编码
• 2.3.1 分层空时码（ BLAST ）
• 2.3.2 空时格码（STTC）
• 2.3.3 空时块码（ STBC ）
• 2.4 本章小结
• 第三章 MIMO 系统的信道模型
• 3.1 信道模型
• 3.2 天线分集
• 3.3 分集合并技术
• 3.3.1 选择合并（SC）
• 3.3.2 最大比合并（MRC）
• 3.3.3 等增益合并（EGC）
• 3.4 V-BLAST 在 MIMO 中的应用
• 3.5 本章小结
• 第四章 空时块码的研究
• 4.1 STBC 编译码原理
• 4.1.1 STBC 的编码过程
• 4.1.2 STBC 的译码算法
• 4.2 无线通信衰落特性
• 4.3 本章小结
• 第五章 MIMO 系统在平坦衰落信道中的性能
• 5.1 RAYLEIGH 衰落下空时分组码系统的性能
• 5.1.1 Rayleigh 衰落下的比特差错率
• 5.1.2 Rayleigh 衰落下的信道容量
• 5.2 RICE 衰落下空时分组码系统的性能
• 5.2.1 Rice 衰落下的比特差错率
• 5.2.2 Rice 衰落下的信道容量
• 5.3 NAKAGAMI 衰落下空时分组码系统的性能
• 5.3.1 Nakagami 衰落下的比特差错率
• 5.3.2 Nakagami 衰落下的信道容量
• 5.4 本章小结
• 第六章 时间选择衰落信道中空时块码译码的研究
• 6.1 移动通信的传播媒介的特点
• 6.1.1 快衰落
• 6.1.2 多普勒扩展（时间选择性衰落）
• 6.2 信号模型
• 6.3 基于 ALAMOUTI 的译码方案
• 6.3.1 译码算法
• 6.3.2 性能分析
• 6.4 改进的译码方案
• 6.4.1 改进的译码合并方案1
• 6.4.2 改进的译码合并方案2
• 6.5 本章小结
• 参考文献
• 致谢
• 研究生学习期间发表论文一览
• 附 录