无线通信系统中增强编码技术的研究

论文摘要

本文主要从当前无线通信领域的需求和面临的问题出发，致力于研究近年来在无线移动通信系统中受到广泛关注的几种增强差错控制编码技术，主要包括空时编码(STC)和混和自动重发请求(HARQ)技术。这两种增强编码技术已经在第三代移动通信系统中得到了应用。 通信系统中的差错控制方法基本可分为两大类，即前向纠错编码(FEC)和自动重传请求(ARQ)。在现代无线通信系统中，这两种技术都得到了广泛应用和发展。目前的研究热点之一——空时编码就是前向纠错编码技术在多天线系统中的扩展。而随着无线通信技术的快速发展，前向纠错编码和自动重传请求也在不断地进行融合，产生了混合自动请求重传。 我们首先在第二章中研究了差分Unitary空时编码在快衰落信道下的性能，推导了有关的理沦结果。在实际的通信环境中，要对包括多个相瓦独立的发射和接收天线的天线阵列进行信道估计，需要牺牲比在单天线系统下更多的频谱效率，特别是在快速移动的环境中，会大大增加系统的开销。在这样的情况下，不需要信道估计的差分多天线处理技术具有特别的优越性。传统的差分Unitary空时编码调制都假定在发射两个连续的矩阵的过程中，信道状况基本保持不变。在快衰落信道下，当发射天线的数目比较大的时候，这个条件将很难得到满足，从而将影响系统的性能。针对这个问题，本文提出一种新的差分Unitary空时编码调制方法，此方法通过改变发送符号的顺序来减小快衰落信道的影响，从而提高系统在快衰落信道下的性能。与传统的差分Unitary空时编码调制方法比较，理论分析和仿真结果均表明，在快衰落信道下，本文提出的差分Unitary空时编码调制方法可获得明显的性能增益，能够显著降低系统的成对差错概率和误比特率。 我们研究了引入到多天线系统中的多重网格编码技术，可以在获得空时分集的基础上又获得了信道编码增益。第三章提出了一种新颖的多重网格编码正交发送方法来实现衰落信道下的发射分集。这种方法从一组正交向量中选取不同的向量来作为不同发射天线的特征波形，从多重网格编码器输出的多个符号分别与正交向量相乘，然后从不同的天线上发射出去。在接收端，接收机通过将接收信号与这些正交向量相关来分离出从不同发射天线上发射出来的信号。该方法既可以用在相关接收的系统中，也可以用在差分调制的系统中。通过分析可以看到，基于最优的循环群码的网格编码Unitary空时调制是多重网格编码正交发送的一种特例。本文还提出了两个比传统的网格编码Unitary空时调制更好的设计方案，仿真结果验证了多重网格编码正交发送方法在这两个例子中都获得了比传统的网格编码Unitary空时调制更好的性能。 除了空时编码技术之外，混合自动重发请求是另外一种比较重要的增强差错控制编码技术。混合自动重传请求是高速下行分组接入(HSDPA)和高速上行分组接入(HSUPA)中的关键技术。混合自动重发请求的基本出发点就是可变速率的编码设计和混合自动重发请求机制的优化。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 插图目录
• 表格目录
• 第1章 绪论
• §1.1 研究背景
• §1.2 移动通信系统中差错控制编码技术
• 1.2.1 前向纠错编码技术
• 1.2.2 自动重传请求和混合自动重传请求技术
• 1.2.3 第三代移动通信系统中的增强编码技术
• §1.3 本文的结构及主要贡献
• 第2章 快衰落信道下的差分Unitary空时编码调制
• §2.1 引言
• 2.1.1 空时编码背景介绍
• 2.1.2 Alamouti空时分组码
• 2.1.3 差分空时分组码背景介绍
• §2.2 原理
• 2.2.1 衰落信道模型
• 2.2.2 Unitary空时群码
• 2.2.3 差分Unitary空时编码调制（DUSTM）
• 2.2.4 新的差分Unitary空时编码调制方法
• §2.3 性能分析和仿真结果
• §2.4 结论
• 第3章 多天线系统中的多重网格编码调制
• §3.1 引言
• §3.2 网格编码调制原理简介
• 3.2.1 TCM简介
• 3.2.2 多重网格编码调制技术（MTCM）简介
• §3.3 多天线系统中的多重网格编码正交发送的原理
• §3.4 多重网格编码正交发送方法的分析和设计
• §3.5 结论
• 第4章 基于概率密度演变的Turbo码的穿刺矩阵的优化设计
• §4.1 引言
• §4.2 RCPC和RCPT原理简介
• 4.2.1 RCPC原理简介
• 4.2.2 RCPT原理简介
• §4.3 高斯近似的似然值概率密度演化分析Turbo解码
• 4.3.1 Turbo码简介
• 4.3.2 高斯近似的似然值概率密度演化分析Turbo解码
• 4.3.3 对称/不对称Turbo码的分析
• §4.4 高斯信道下最优的RCPT码字和性能仿真结果
• 4.4.1 高斯信道模型
• 4.4.2 对参考文献[13]中Encoder A的RCPT的分析
• 4.4.3 对3G协议中Turbo码的穿刺矩阵的分析
• §4.5 衰落信道下最优的RCPT码字和性能仿真结果
• 4.5.1 单天线衰落信道
• 4.5.2 多天线衰落信道
• §4.6 结论
• 第5章 自适应增量冗余HARQ技术
• §5.1 引言
• §5.2 HARQ简介
• 5.2.1 HARQ概述
• 5.2.2 HARQ基本分类
• 5.2.3 HARQ中的三种基本重传机制
• 5.2.4 基于RCPT的增量冗余HARQ技术
• §5.3 一种自适应的增量冗余的HARQ技术
• §5.4 性能分析和仿真结果
• §5.5 结论
• 第6章 结束语
• §6.1 全文总结
• §6.2 本文的主要贡献
• §6.3 需要进一步研究的问题
• 附录A 快衰落信道下差分Unitary空时编码调制成对差错概率的理论推导
• 参考文献
• 攻读博士学位期间的研究成果和项目经历
• 致谢