MIMO无线通信系统中复正交空时分组编码的研究

论文摘要

当前无线通信的发展正处于最为关键的时期，人们持续增长的需求与有限频谱资源之间的矛盾成为研究高频谱利用率技术的动力和挑战。众多新技术中，基于多天线的多输入多输出(MIMO)无线通信系统已显示出无尽的潜力，成为充分利用空间资源的必然途径。MIMO技术是3G及未来移动通信系统中的关键技术，它利用信道的多径效应能够有效地提高信道容量，能极大改善无线通信的可靠性。作为MIMO构架核心环节的空时编码技术，是一种新兴而颇具潜力的方案，能够有效提高无线频谱利用率。它充分利用了MIMO信道的发射分集技术，具有质量高、可靠性强、运行速度快、易于实现，系统开销低等特点，得到了人们的广泛关注，并且已经纳入了3GPP(3G合作项目)标准，由此可见其重要性。 最近几年，由于第三代移动通信系统要求具有更高的话音质量和比特率数据服务，使用空时编码的发射分集受到了格外的重视。空时编码是无线通信的一种新的编码和信号处理技术，它使用多个发射和接收天线进行信息的发射和接收，可以改善无线通信系统的信道容量和数据速率。空时编码在不同天线发射的信号之间引入时域和空域相关，使得在接收端可以进行分集接收。与不使用空时编码的系统相比可以在不牺牲带宽的情况下获得更高的编码增益。在接收机结构相对简单的情况下空时编码的结构可以有效提高无线系统的通信容量。 目前，针对空时编码的研究主要侧重于两个方面：其一，优化空时编码解码算法本身，如减少运算的复杂度，或者设计一种新的编码矩阵和算法；其二是将空时编码和其他技术的结合，形成各种高速无线通信传输方案，典型的是将空时编码与调制技术和信道编码结合提出各种性能比较优异的方案。 本文首先介绍了MIMO无线通信系统的研究背景以及空时编码技术的基本概念和分类，突出介绍空时分组编码技术并与其他编码技术做比较以表明研究的必要性和必然性。然后本文在复正交空时分组编码矩阵的设计，编解码算法的优化以及减少编解码运算复杂度方面做了大量的研究。本文的主要内容和创新结果概括如下： 第一，介绍了MIMO无线通信系统的研究背景，分析了各种空时编码技术的特点、主要研究热点、研究进展和基本问题等等；然后叙述本论文的创新点及研究成果，指出了本文的研究方向。

论文目录

• 声明
• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 MIMO无线通信系统概述
• 1.2 MIMO系统的传输方案
• 1.2.1 空间复用
• 1.2.2 发射分集
• 1.2.3 空间复用还是发射分集
• 1.3 空时编码技术
• 1.3.1 编码技术分类和基本问题
• 1.3.2 研究进展
• 1.3.3 有待研究的热点问题
• 1.4 本文的研究对象及创新点
• 1.5 本文的结构和安排
• 1.6 本章参考文献
• 第2章 正交设计与空时分组编码
• 2.1 正交设计
• 2.1.1 实数正交设计
• 2.1.2 复数正交设计
• 2.2 空时分组编码的正交设计
• 2.2.1 实信号正交设计
• 2.2.1 复信号正交设计
• 2.3 空时分组编码的准正交设计
• 2.4 正交空时分组编码的研究进展
• 2.5 结论
• 2.6 本章参考文献
• 第3章 哈达玛矩阵与最小解码时延
• 3.1 预备知识
• 3.2 H-矩阵的正交性
• 3.3 H-矩阵的存在性
• 3.4 复正交空时分组编码中的H-矩阵
• 3.4.1 最小解码时延问题的提出
• 3.4.2 最小解码时延问题的证明
• 3.4.3 COSTBC最小解码时延例证
• 3.5 结论
• 3.6 本章参考文献
• 第4章 参数已知的COSTBC矩阵设计
• 4.1 引言
• 4.2 COSTBC矩阵构造法
• 4.2.1 定义
• 4.2.2 COSTBC矩阵的设计方法
• 4.3 COSTBC矩阵的构造实例
• 4.3.1 奇数天线结构化矩阵构造法
• 4.3.2 偶数天线结构化矩阵构造法
• 4.3.3 四的倍数天线结构化矩阵构造法
• 4.4 结论
• 4.5 本章参考文献
• 第5章 奇数天线COSTBC矩阵设计
• 5.1 引言
• 5.2 COSTBC矩阵构造法
• 5.2.1 奇数天线COSTBC矩阵构造法
• 5.2.2 结合偶数天线生成法实现COSTBC矩阵设计
• 5.2.3 结合其他方法实现COSTBC矩阵设计
• 5.3 码率计算公式
• 5.4 复正交空时分组编码矩阵构造实例
• 5.5 结论
• 5.6 本章参考文献
• 第6章 总结与展望
• 6.1 本文的研究成果总结
• 6.2 进一步的研究工作
• 缩略词
• 结束语
• 致谢
• 本文作者已发表、录用和在审的文章
• 个人简历及科研工作