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【作 者】
徐昌庆
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【学位年度】2006
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【学位授予单位】上海交通大学
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【导师姓名】宋文涛
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【 关键词 】无线通信多输入多输出正交频分复用符号间干扰
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【摘 要】
在具有丰富散射环境的信道中，多输入多输出（Multiple Input Multiple Otrtput，MIMO）技术能在不增加发射功率或系统带宽的情况下大大地提高系统容量和传输可靠性。研究表明：多天线高斯广播信道的容量与单用户多天线信道容量呈现出相同的线性增加趋势，因此非常适合超3G/4G移动通信系统高速率大容量的业务要求。另一方面，在支持高速多媒体业务的宽带无线通信系统中，正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）技术被认...
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在具有丰富散射环境的信道中，多输入多输出（Multiple Input Multiple Otrtput，MIMO）技术能在不增加发射功率或系统带宽的情况下大大地提高系统容量和传输可靠性。研究表明：多天线高斯广播信道的容量与单用户多天线信道容量呈现出相同的线性增加趋势，因此非常适合超3G/4G移动通信系统高速率大容量的业务要求。另一方面，在支持高速多媒体业务的宽带无线通信系统中，正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）技术被认为是对抗符号间干扰的有效解决方案。因此，结合以上两种技术的MIMO—OFDM系统有望成为未来陆地公用移动通信系统的有力竞选方案。国内外的研究人员已在该领域开展了不少开拓性和启发性的研究工作。在这些研究工作的基础上，本文对部分关键技术展开进一步的深入研究，并在某些方面提出新的思想或算法。 MIMO相干信道的容量问题是备受人们关注的问题。存在相关衰落的信道容量与信道的衰落模型紧密相关。针对不同的情况，本文引入了几种典型的无线MIMO信道的抽象模型。其中适合窄带MIMO信道的有：无衰落视距（Line of Sight，LOS）传输模型；有限散射Rayleigh衰落模型；辐射跟踪模型。针对MIMO—OFDM系统，研究了基于OFDM调制的宽带信道模型。通过对以上模型的详细分析，揭示了信道扩展时延、收发天线阵列内的天线距离与天线排列、无线电波的发射角与入射角以及散射的扩展角度等物理参数对信道衰落相关特性的影响。而天线元的空间间隔是决定信道间的相关值大小的一个最主要参数。由于观察到指定相关系数的方法并不能体现天线上距离和偏离角度对信道容量的影响，本文还提出了一种估算相关系数的方法，并应用此种方法仿真了改进后的信道容量，得到了比原算法更接近信道容量上限的结果，同时较好地反映出天线到达角和天线之间的距离与信道容量之间的关系，弥补了指数相关矩阵在不能表现天线元特性与信道容量之间关系上的不足。 由于空时编码集多天线发射分集和编码于一体，能够有效地提高无线频谱资源利用率。本文从空时码的设计准则入手，研究了空时网格编码与空时分组编码方案，并对各种空时编码方案进行了仿真。由于空时编码主要针对平坦衰落信道，而实际高速传输无线信道通常具有频率选择性，因此本文提出了一种新的分组空频编码，该编码结合了星座预编码和频带分组技术，并采用归一化复正交设计（Generalized Complex Orthogonal Design，GCOD）构造分组空频码，使系统能在时变宽带频率选择性信道中取得良好的编码性能和最大分集增益，而且误码性能优，具有较低的编译码复杂度和较小解码时延。 本文对低密度奇偶校验码（Low Density Parity Check Codes，LDPC）的译码方法作了深入的研究。基于归一化最有效BP（Uniformly Most Powerful BP，UMP—BP）译码算法中繁杂的对数似然比（Logarithm Likelihood Rate，LLR）计算问题，本文提出了两种改进的修正方法：逐点平均值曲线修正和正比例函数拟合修正方法。仿真结果表明：这两种改进的UMP—BP方法，不仅在计算复杂度上小于原UMP—BP算法，而误码率性能与目前最优的BP译码算法相似，从而实现了低误码率和低复杂度的统一。通过对（Gallager B，GB）译码算法进行详细的分析和研究，本文给出了规则码与非规则码EXIT函数的表达式，并且根据切换点的分析得到EXIT函数的分段表达式、等价切换计算方法；根据GB算法EXIT函数的表达式，进行了阈值和收敛性的分析，提出了GB算法阈值的简单求解方法及逼近的修正项：基于GB算法的切换和位翻转操作，本文还提出了新的GB译码算法—扩展切换系列算法，并可以将扩展切换系列算法推广到一般的切换型算法、阈值的简化计算方法等。 同步和信道估计是MIMO—OFDM系统需要解决的又一类关键技术。本文研究了基于相关度量的时间同步和频偏估计方法，分析了其性能；导频辅助是目前被最广泛采用方法，但为了提高传输效率，往往只在部分子载波上发送导频码，而对于没有发送导频码的子载波，现有的导频序列结构仅根据信道的频域相关性进行信道估计，性能不够理想。利用信道在频域和时域的相关性，本文提出了一种薪的导频序列结构，利用该导频序列，可以有效地提高信道估计的性能，且计算复杂度较低，可以满足高速数据传输的实时性要求。另外，利用载波间干扰（Inter Carrier Interference，ICI）系数矩阵为酉阵这一性质，本文设计了一种特殊的导频序列用于消除ICI。同加窗法和自消除法相比，本文提出的方法不仅避免了复杂的矩阵求逆运算，而且在频偏较大（相对频偏大于0．35）时具有更好的误码率性能，在信嗓比较低时优于其他两种算法，并且没有额外的频带效率损失。 本文还介绍了基于EM—MAP算法的MIMO—OFDM系统信号Turbo检测技术，针对LDPC信道编码进行了性能仿真。
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【文献类型】
学位论文
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