分布式无线通信系统中的线性离散码研究

论文摘要

无线移动通信的快速发展要求高速率和高频谱效率,这带来了分布式无线通信系统的广泛研究,在分布式无线通信系统中引入MIMO（Multiple Input and Multiple Output）技术,可以有效的提高小区的容量和可靠性,而线性离散码（Linear Dispersion Codes, LDC）是分集增益和复用增益的折衷,且应用灵活,因而,在分布式无线通信系统中,线性离散码的研究有重要意义。一方面,基于集中式MIMO设计的传统LDC码字并不适用于分布式无线通信系统;另一方面,在MIMO增强技术中,传统LDC发送天线选择（LDC-TAS）算法都是基于LDC高阶等效系统进行的,复杂度很高;而多种编解码链路共存的混合空时编码方式可以进一步利用天线选择丢弃的发送链路,但带来了系统复杂性;从调制方式的角度进行考虑,已有自适应调制空时编码（AM-STC）算法仅仅通过数值仿真给出低阶调制优于高阶调制的结论。因此,本文首先提出了分布式LDC（D-LDC）码字设计;接着,针对上述MIMO相关技术分别提出了低复杂度LDC-TAS算法,多速率LDC编码,以及AM-STC编码的理论分析等增强技术。首先,在分布式无线通信系统中,本文基于分布式天线到接收端之间不等的平均信道增益,提出了分布式LDC码字设计,并通过最小化LDC线性变换矩阵的列相关性来近似逼近码字的迹正交要求,使搜索复杂度相对于传统LDC码字的基本搜索算法有了质的降低。在分布式小区边缘,相比于传统LDC编码,D-LDC编码表现出明显的性能增益。为研究低复杂度的LDC-TAS算法,本文分别从可以获得较好的系统性能的最大最小后验信噪比和最优容量天线选择算法出发,提出了基于信道矩阵子集遍历搜索的最大最小特征值TAS和最大近似容量TAS,并进一步提出了复杂度更低的矩阵消元TAS,结果表明,3种所提算法中,矩阵消元TAS的复杂度最低,且性能与最大近似容量TAS相当,接近于最优容量TAS的性能。在分布式交叉覆盖区边缘,最大最小特征值TAS受最小平均信道增益的影响较大,可靠性变差,而矩阵消元TAS受最小平均信道增益的影响较小,在交叉覆盖区边缘也能表现出良好的性能,在分布式无线通信系统中有很好的实用性。为了使天线选择丢掉的信道得到进一步利用,本文还提出了多速率LDC编码算法。首先提出了通过发送不同调制方式的符号来实现多速率LDC编码,但需要基于误码率公式调整不同调制符号之间的功率,复杂度较高,所以我们进一步提出了采用同样调制方式的多速率LDC码字设计方法,与传统LDC编码相比,该方法仅是LDC基矩阵的改变,不增加编解码复杂度。为了获得更好的系统可靠性,在多速率LDC码字和传统LDC-TAS之间进行自适应选择,在复杂度相同的情况下,可以获得比传统LDC多模天线选择更好的性能。从自适应调制角度进行考虑,本文基于星座点受限的近似容量公式从理论上证明了满足速率要求的低阶调制方式比高阶调制方式更有效,弥补了以往研究中仅仅根据数值仿真得到该结论的不足,并提出了基于瞬时信道信息的自适应调制空时编码（AM-STC）算法,可以有效的提高低信噪比下的频谱效率。最后,本文从码字存储空间,反馈数据量,算法复杂度和误码率性能几个方面对D-LDC编码以及低复杂度的LDC-TAS,多速率LDC编码,AM-STC等增强技术进行了比较,提出了分布式无线通信系统中低复杂度高可靠性的算法选择结果,具有很好的实用性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 所有图和表的列表
• 主要符号对照表
• 第1章 绪论
• 1.1 分布式无线通信系统
• 1.1.1 分布式无线通信系统的发展
• 1.1.2 分布式空时编码技术
• 1.2 线性离散码的发展及码字设计
• 1.2.1 线性离散码的发展及优缺点
• 1.2.2 线性离散码码字设计及分析
• 1.3 本文的结构和主要贡献
• 第2章 DWCS 中分布式 LDC 码字设计
• 2.1 引言
• 2.2 传统LDC 码字分析
• 2.3 D-LDC 码字设计及分析
• 2.3.1 D-LDC 码字设计
• 2.3.2 复杂度分析
• 2.4 数值仿真
• 2.5 小结
• 第3章 低复杂度的 LDC 发送天线选择算法
• 3.1 引言
• 3.2 发送天线选择系统模型
• 3.3 低复杂度的发送天线选择算法
• 3.3.1 最大最小特征值天线选择算法
• 3.3.2 基于近似容量的天线选择算法
• 3.3.3 复杂度分析
• 3.4 数值仿真
• 3.5 小结
• 第4章 多速率 LDC 编码算法研究
• 4.1 引言
• 4.2 偏移LDC 编码
• 4.3 多速率LDC 码字设计
• 4.3.1 多速率LDC 码字的构造及分析
• 4.3.2 多速率LDC 码字设计
• 4.4 自适应多速率LDC 编码
• 4.5 数值仿真和分析
• 4.5.1 SPC 条件下的多速率LDC 编码性能
• 4.5.2 PPC 条件下的多速率LDC 编码性能
• 4.6 小结
• 第5章 自适应调制空时编码研究
• 5.1 引言
• 5.2 星座点受限的近似容量分析
• 5.3 自适应调制空时编码
• 5.4 数值仿真与分析
• 5.4.1 采用STBC 和BLAST 编码的AM-STC 仿真
• 5.4.2 采用LDC 编码的AM-STC 仿真
• 5.4.3 AM-STC 与TAS-AM-STC 间的误码率性能比较
• 5.5 小结
• 第6章 各算法的比较与分析
• 6.1 引言
• 6.2 各算法的比较与分析
• 6.2.1 码字存储空间
• 6.2.2 反馈数据量
• 6.2.3 算法复杂度
• 6.2.4 误码率性能
• 6.3 小结
• 第7章 总结
• 参考文献
• 攻读博士学位期间的研究成果
• 攻读博士学位期间的项目经历
• 致谢