模拟空时码在超宽带通信中的应用研究

论文摘要

近年来，冲激无线电超宽带和空时编码引起了学术界的极大兴趣。冲激无线电超宽带具有的优势包括：增强的多址接入能力、低功耗低复杂度的基带处理以及短距离高速传输的潜能；而空时编码作为一种有效的发射分集技术，能够显著提升系统性能。已有研究表明，将空时分组码引入到超宽带通信中会极大地提高误比特率性能和抵抗定时抖动的能力。但是关于这个课题的工作还很不完善，有待深入。有鉴于此，本论文将专门讨论应用于超宽带通信中的空时分组码：模拟空时码(因为涉及到符号内波形编码)，主要贡献是提供了一个系统化的解决方案，包括定时捕获、盲信道估计、子空间检测以及性能提升。 由于采用低功率的极短脉冲作为信息载体，时间同步成为超宽带通信必须面对的关键挑战之一。针对这个问题，文中提出了一种基于训练符号的低复杂度的快速同步算法。利用接收信号波形之间特殊的相关关系，该算法只需要简单的逐符号积分—堆存运算，从而降低了复杂度，提高了捕获速度。 模拟空时码的相关接收需要接收端知道信道信息，尽管训练数据可以用来估计信道，但是这种方法会降低数据吞吐率或者增加收发信机的复杂度。而且不可避免的信道估计误差往往会导致一定的性能损失。因此有必要寻找有效的非相关接收方法。首先，文中提出了一种计算复杂度较低的信道盲估计方法。利用模拟空时码的特性，估计出信道矩阵，并将该信道矩阵用于最大似然接收机，从而恢复出发送符号。其次，给出了模拟空时码的子空间检测方法。在接收端不需要信道估计，利用信号子空间和噪声子空间正交的性质，建立一个二次型，最小化该二次型就能得到发送信号的估计。另外，为了降低计算复杂度，还给出了与子空间方法等价的线性接收机。 当发射端已知信道状态信息时，单发单收系统可以采用预瑞克／后瑞克结构来提高系统性能。受此启发，文中给出了适合超宽带通信的两种多天线瑞克／后瑞克方案(方案1，2)。预瑞克和后瑞克的加权矢量可通过使接收端的信噪比最大化得到。另外，方案2可推广得到奇异值分解多天线预瑞克／后瑞克，该方案着眼于信道容量的最大化。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 超宽带技术的特点和应用前景
• 1.2 超宽带通信的研究现状
• 1.3 论文选题依据及主要研究工作
• 1.4 论文的组织结构
• 第二章 超宽带通信中的模拟空时码
• 2.1 引言
• 2.2 信道模型
• 2.3 单发单收超宽带系统
• 2.3.1 脉冲波形
• 2.3.2 调制
• 2.3.3 接收机
• 2.4 模拟空时码
• 2.4.1 编码方案I
• 2.4.2 编码方案II
• 2.4.3 Alamouti方案
• 2.5 小结
• 第三章 模拟空时码的同步
• 3.1 引言
• 3.2 系统模型
• 3.3 同步捕获
• 3.4 仿真与性能分析
• 3.5 小结
• 第四章 模拟空时码的信道盲估计
• 4.1 引言
• 4.2 系统模型
• 4.3 盲空时解码
• 4.3.1 预编码的Alanlouti空时码特性分析
• 4.3.2 信道矩阵的盲估计
• 4.3.3 性能分析
• 4.3.4 推广
• 4.4 仿真结果与讨论
• 4.4.1 信道估计性能
• 4.4.2 误比特率性能
• 4.5 小结
• 第五章 模拟空时码的子空间检测
• 5.1 引言
• 5.2 模拟空时码的子空间检测（一）
• 5.2.1 预编码的模拟 Alamouti空时码
• 5.2.2 子空间检测1
• 5.2.3 线性接收机的盲估计
• 5.2.4 仿真结果与讨论
• 5.3 模拟空时码的子空间检测（二）
• 5.3.1 子空间检测2
• 5.3.2 性能分析
• 5.3.3 后续数据处理
• 5.3.4 推广
• 5.3.5 仿真结果与讨论
• 5.4 小结
• 第六章 多天线预瑞克/后瑞克
• 6.1 引言
• 6.2 多天线预瑞克/后瑞克方案1
• 6.3 多天线预瑞克/后瑞克方案2
• 6.3.1 系统模型
• 6.3.2 奇异值分解多天线预瑞克/后瑞克
• 6.3.3 仿真结果与讨论
• 6.4 小结
• 第七章 全文总结
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 攻读博士学位期间从事的科研活动以及发表的论文