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准正交空时分组码的改进研究

作　者: 顾鲜婷
导　师: 姚建国
学　校: 南京邮电大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: MIMO空时系统准正交空时分组码 Givens矩阵差分酉空时编码差分准正交空时分组码
分类号: TN911.22
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

空时分组码(STBC)是多输入多输出(MIMO)系统中重要的信道编码技术之一。由于STBC具有编码结构和信道估计相对简单,译码复杂度相对较低,且能够提供完全的空间分集增益等优势,近些年来它已得到广泛的研究与应用。当发送天线数大于2时,到达满分集的复OSTBC无法实现全速率传送,针对这一问题,Jafarkhani等人提出了全速率准正交空时分组码(QOSTBC)的概念及构造方法。这类空时分组码的解码要求接收端必须己知信道的状态信息(CSI),因此在接收端进行信道估计是必要的。但是信道估计会增加系统的成本和复杂性,并且当处在接收端高速移动、信道状态快速变化的环境中时,快衰落使得接收端不能进行准确地信道估计,有时甚至根本无法进行估计。由此产生了一种不需要CSI的差分空时编码,它利用两个相邻的接收信号矩阵进行差分解码。但要实现差分空时码的编码和解码,其编码矩阵则需要满足一定的约束条件(例如差分酉空时编码要求其传输矩阵是酉矩阵)。由于正交空时分组码(OSTBC)本身就能够达到差分编码的约束条件,因此近几年关对差分OSTBC的研究是占了差分空时码的大部分比重。但是,按照Jafarkhani的思想设计的QOSTBC一般不是酉矩阵,因此不能直接实现QOSTBC的差分编码。如何设计出全速率且高性能的差分QOSTBC成为近几年研究的一个热点和难点。同样,本文也深入研究了QOSTBC的差分编码。首先,本文根据空时编码设计的秩准则原理,为了得到满分集增益的QOSTBC,将Jafarkhani码与Givens矩阵旋转及星座旋转相结合,设计出一种全速率满分集QOSTBC的编译码方案。系统仿真结果显示,此编码方案的系统性能比传统QOSTBC有显著的提高。其次,本文提出了一种基于M-PSK调制的差分QOSTBC方案,这种方案通过引入旋转因子将QOSTBC构造成酉矩阵,这样我们就可以对QOSTBC进行差分编码。此新方案拥有较大的欧氏距离并且在多接收天线系统下可以提高系统的传输性能,但由于不能实现全分集,与其它差分QOSTBC方案相比,在单接收天线系统下其传输性能却略有下降。最后,本文提出了另一种新的差分QOSTBC,此编码方案不但能够达到全分集,取得比基于旋转因子的差分QOSTBC更好的误码性能,而且其译码复杂度也要比Jafarkhani码的联合译码的复杂度低的多。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
缩略语词汇  7-8
目录  8-10
第一章绪论  10-14
  1.1 研究背景及意义  10-11
  1.2 空时编码概述及现状分析  11-13
  1.3 主要内容和章节安排  13-14
第二章无线信道的特征和MIMO 空时系统原理  14-27
  2.1 无线通信信道的传输特性  14-19
    2.1.1 无线信道的基本特征  14-16
    2.1.2 衰落信道的分类  16-18
    2.1.3 分集技术  18-19
  2.2 MIMO 空时系统原理  19-25
    2.2.1 MIMO 空时系统模型  19-21
    2.2.2 MIMO 系统的信道容量  21-24
    2.2.3 MIMO 空时系统错误性能  24-25
  2.3 空时编码的设计准则  25-26
  2.4 本章小结  26-27
第三章空时分组码  27-45
  3.1 正交空时分组码  27-34
    3.1.1 Alamouti 空时编码方案  27-31
    3.1.2 正交空时分组编码设计  31-34
  3.2 传统的准正交空时分组码  34-38
    3.2.1 TBH 码  35-36
    3.2.2 Jafarkhani 码  36-37
    3.2.3 译码方案  37-38
  3.3 改进的全速率满分集QOSTBC  38-43
    3.3.1 Givens 矩阵旋转  38-39
    3.3.2 矩阵旋转与星座旋转结合的QOSTBC  39-41
    3.3.3 译码方案  41-42
    3.3.4 系统仿真与分析  42-43
  3.4 本章小结  43-45
第四章差分空时编码  45-55
  4.1 差分Alamouti 编码  45-48
    4.1.1 差分Alamouti 的编码结构  45-47
    4.1.2 差分译码方案  47-48
  4.2 差分酉空时编码  48-54
    4.2.1 酉空时编码的原理与性能  49-50
    4.2.2 基于酉空时码的差分码  50-54
  4.3 本章小结  54-55
第五章差分准正交空时分组码  55-66
  5.1 基于旋转因子的差分 QOSTBC 码  55-58
    5.1.1 差分酉空时编码  55-57
    5.1.2 差分译码  57-58
  5.2 一种新的差分准正交空时分组码  58-62
    5.2.1 基于 QOSTBC 的差分酉空时调制编码  58-61
    5.2.2 新编码方案的差分译码方法  61-62
  5.3 性能分析与比较  62-63
  5.4 仿真结果分析  63-64
  5.5 本章小结  64-66
第六章结论与展望  66-68
  6.1 论文总结  66-67
  6.2 展望  67-68
致谢  68-69
参考文献  69-73
硕士期间发表的论文  73

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