分布式发射天线信号优化关键技术研究

论文摘要

分布式发射天线MIMO是第四代移动通信系统的显著特征。在分布式发射天线系统中,发射天线部署于不同的地理位置,这可能导致不同发射天线的信号不同时到达接收天线,也可能导致不同发射天线与同一根接收天线之间的多径信道具有不同的信道参数。分布式信道的这一特点决定了分布式发射天线MIMO信号的设计与检测有别于传统集中式MIMO。为此,本文研究分布式发射天线MIMO的发射信号优化技术,一方面,设计适用于分布式发射天线MIMO的发射信号,利用分布式信道的特点改善系统性能;另一方面,改进那些不适用于分布式信道的传统集中式MIMO技术,使其能够抑制发射天线分布所带来的影响。首先,提出了分布式发射天线VBLAST-OFDM空频功率扩展方法:将数据符号分别在不同的发射天线和不同的子载波上功率扩展,利用分布式发射天线间的相对时延提高发射分集度。通过推导联合最大似然检测的成对错误概率,理论证明了空频功率扩展能改善发射分集度。在两径等增益瑞利衰落信道中的仿真表明:两发两收,BPSK调制,误比特率为10-3时,提出方法有2dB的信噪比增益。其次,考虑不同分布式发射天线与同一接收天线之间信道多径数不相同的场景,提出了分布式发射天线STBC-OFDM子载波分组方法:通过最小化成对错误概率上界设置分组长度和分组间隔。在两发一收（信道分别为ITU-R M.1225步行测试信道A、B）,BPSK调制下的仿真结果表明:误比特率为10-3时,与集中式的子载波分组方法相比,提出方法有1.5dB的信噪比增益。最后,在平坦瑞利衰落信道中,针对迫零检测接收机,提出了分布式发射天线VBLAST发射功率分配方法:在总发射功率恒定的约束下,最小化块平均误比特率设置发射功率值。在四发四收,BPSK调制下的仿真结果表明:误比特率为10-3时,提出方法与等功率分配相比,有大于1dB的信噪比增益。本文研究了分布式发射天线MIMO的发射信号优化问题,具体为:VBLAST- OFDM发射分集度改善、STBC-OFDM子载波分组优化和VBLAST发射功率分配。研究结果可应用于基于分布式发射天线的第四代无线通信系统。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 图目录
• 表目录
• 缩略词表
• 主要数学符号表
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 本文主要研究内容和贡献
• 1.3 论文结构及内容安排
• 第二章 分布式发射天线MIMO发射信号设计研究现状
• 2.1 分布式发射天线MIMO-OFDM
• 2.1.1 MIMO
• 2.1.2 OFDM
• 2.1.3 分布式发射天线
• 2.2 VBLAST 发射分集改善问题
• 2.2.1 线性预编码
• 2.2.2 循环延迟分集
• 2.3 MIMO-OFDM 子载波分组优化问题
• 2.4 VBLAST 功率分配问题
• 2.4.1 最大化容量功率分配
• 2.4.2 最小化误比特率功率分配
• 2.5 小结
• 第三章 分布式发射天线VBLAST-OFDM功率扩展
• 3.1 引言
• 3.2 系统模型
• 3.2.1 发射机模型
• 3.2.2 信道模型
• 3.2.3 接收机模型
• 3.3 性能分析
• 3.3.1 等效信道分析
• 3.3.2 成对错误概率分析
• 3.4 功率扩展矩阵设计
• 3.5 数值和仿真结果
• 3.5.1 频率选择性
• 3.5.2 联合ML 检测性能
• 3.5.3 SIC-ML 检测性能
• 3.6 检测算法复杂度分析
• 3.7 小结
• 第四章 分布式发射天线STBC-OFDM子载波分组优化
• 4.1 引言
• 4.2 系统模型
• 4.2.1 发射机模型
• 4.2.2 信道模型
• 4.2.3 接收机模型
• 4.3 成对错误概率分析
• 4.4 子载波分组优化
• 4.4.1 分组长度选取
• 4.4.2 分组间隔选取
• 4.5 数值和仿真结果
• 4.5.1 分组间隔影响
• 4.5.2 有效性验证
• 4.6 小结
• 第五章 分布式发射天线VBLAST发射功率分配
• 5.1 引言
• 5.2 系统模型
• 5.2.1 发射机模型
• 5.2.2 信道模型
• 5.2.3 接收机模型
• 5.3 误比特率分析
• 5.4 最优功率分配
• 5.5 数值和仿真结果
• 5.5.1 有效性验证
• 5.5.2 相对时延影响
• 5.6 小结
• 第六章 全文总结
• 6.1 本文贡献
• 6.2 下一步工作的建议和未来研究方向
• 附录A
• 附录B
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历
• 本文作者已发表、录用和在审文章
• 在攻读博士学位期间参加的科研项目