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MIMO中的空时编码技术研究

作　者: 王博
导　师: 张辉
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: MIMO 空时编码 V-BLAST Turbo SD-MAP联合迭代检测译码
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

MIMO(Multi-Input Multi-Output,多输入多输出系统)泛指采用多发射、多接收天线的无线通信系统,它可以在有限的频谱资源、不增加发射功率前提下,以较小的系统复杂度换来性能的大幅提升,因此MIMO技术成为当今无线通信研究的热点,也是未来无线通信的发展趋势。空时编码技术是MIMO中的关键技术,能够改善系统的BER性能、实现数据高速传输。BLAST空时复用技术属于空时编码技术的一个分支,充分利用多径信道的容量,是真正可以实现频谱高效利用的新一代无线通信技术。大名鼎鼎的Turbo码因其逼近香农限的性能,自1993年提出以来一直是信道编码技术的研究热点。迭代译码的思想也被广泛采纳,很多被人们疏漏的编码方案也因此被重新研究,并取得了优异的性能,如乘积码和LDPC码。由于BLAST系统的高速传输需要建立在可靠通信的前提下,所以BLAST与这些性能优异的信道编码级联的通信系统理所当然的成为热门课题。传统的BLAST检测技术和译码判决分离的系统,由于不能充分利用软信息,所以误码性能较差。受TCM技术的启发,联合检测技术越来越广泛的在收端被用来恢复原始信息,并给系统性能带来可观的提升。论文讨论了V-BLAST的多种检测技术,包括ML(Maximum Likelihood,最大似然)算法、ZF(Zero Forcing,迫零)算法、MMSE(Minimum Mean Square Error,最小均方误差)算法、IIC(Iterative Interference Cancelling,迭代干扰消除)算法,还有SD(Sphere Decoding,球译码)算法和软输出SD算法等。基于栅格理论的SD算法是一种次优算法,在保证接近ML算法性能的同时,降低检测复杂度;软输出SD算法通过在球形域保留多个栅格点来计算接收矢量的软信息,从而避免了硬判决SD中软信息的丢失,改善系统性能。重点研究了采用IJDD(Iterative Joint Detection and Decoding,联合迭代检测译码)的Turbo和V-BLAST级联系统,将软输出SD检测和Turbo的迭代MAP译码相结合,实现了较传统的检测判决分离系统更优的性能。空时编码的另一个分支以取得分集增益为目的,包括STTC(空时格码)和STBC(空时块码)。STTC将网格编码技术(TCM)与发射分集技术相结合,可以获得满分集增益和编码增益,抗衰落性能最优,但STTC好码搜索较困难,译码复杂度也较高。STBC作为性能与复杂度折中的一种编码方案,利用正交设计原理,可以在保证满分集增益的同时大大降低译码复杂度,它的译码仅为简单的线性合并。论文简单讨论了STTC、STBC编译码的基本理论,并对一些简单的空时码级联系统进行了研究。STTC、STBC与BLAST的级联系统,也是研究的热门课题。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-15
  1.1 研究背景  9-11
  1.2 研究内容  11-13
  1.3 主要工作  13-15
第二章 MIMO理论基础及其关键技术研究  15-25
  2.1 无线通信的信道特性  15-19
    2.1.1 无线信道的脉冲响应函数  15
    2.1.2 无线信道的相关参数  15-18
    2.1.3 无线信道的统计特性  18-19
  2.2 MIMO信道建模  19-21
    2.2.1 准静态平坦衰落MIMO信道的简化Jakes模型  20-21
    2.2.2 频率选择性衰落MIMO信道的抽头延迟线模型  21
  2.3 MIMO信息论基础  21-25
第三章空时编码技术概述  25-43
  3.1 空时格码  25-32
    3.1.1 空时格码设计准则及最大似然译码  25-28
    3.1.2 空时格码设计准则的优化  28-32
  3.2 空时分组码  32-37
    3.2.1 2 发射天线的Alamouti发射分集方案  32-34
    3.2.2 多发射天线的STBC方案  34-36
    3.2.3 4-分集度半速率2-STBC  36-37
  3.3 BLAST及其检测算法  37-43
    3.3.1 三种不同构造的BLAST系统  37-38
    3.3.2 V-BLAST检测算法研究  38-43
第四章信道编码相关技术研究  43-51
  4.1 Turbo编译码技术  43-47
    4.1.1 Turbo编码  43-44
    4.1.2 Turbo迭代译码  44-47
  4.2 Turbo乘积码(TPC)编译码技术  47-51
    4.2.1 TPC编码  47-48
    4.2.2 基于PML的TPC迭代译码  48-51
第五章采用IJDD级联Turbo码的V-BLAST系统  51-63
  5.1 软输出SD算法的研究  51-57
    5.1.1 QRM-MLD算法  51-53
    5.1.2 输出软判决的最短路径SD  53-54
    5.1.3 输出软判决的深度优先SD  54-57
  5.2 采用SD-IJDD级联Turbo码的V-BLAST系统  57-63
    5.2.1 Turbo和V-BLAST级联系统模型  57-59
    5.2.2 仿真结果与分析  59-63
第六章结束语  63-65
致谢  65-67
参考文献  67-70

MIMO中的空时编码技术研究

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