无线通信中差分空时分组码技术研究

论文摘要

空时编码（STC）将信道编码技术与天线分集技术相结合,大幅度的增加了无线通信系统的容量,为无线传输提供了分集增益和编码增益,并且能够提供远高于传统单天线系统的频带利用率,为解决无线信道的带宽问题提供了一条新的解决途径。差分空时码是一种适应未来通信快变衰落信道的空时编码,与一般的空时码不同的是,它的译码不需要已知信道状态信息（CSI）。但要实现差分空时编解码需要对编码矩阵提出约束条件,对传输的信号矩阵进行差分处理。由于正交的空时分组码（STBC）本身满足差分编码的约束条件,因此近几年关于差分空时码的研究主要集中在差分空时分组码（DSTBC）上。本文研究了DSTBC的编译码原理,给出了DSTBC的系数矢量集的设计准则,分析了传统的DSTBC的性能并给出了相应的仿真结果。针对两发射天线,改进了传统的编译码方案中系数矢量映射,解决了星座扩展的问题,同时提供了编码增益,仿真结果也显示了其优越性;对于四发射天线,在复信号调制时由于传统的编码方案不满足系数矢量单位长度的设计准则,因此只适合实信号星座调制,本文通过信号实虚部分离的方法,提出了改进的适合复信号星座调制的编译码算法,并通过性能仿真验证了此方案的有效性。最后,为了解决在频率选择性衰落信道下的分集问题,采用了空时编码与正交频分复用（OFDM）相结合的技术,获得了频率分集,并消除了由于多径时延引起的码间干扰。通过分析STC-OFDM系统在频率选择性衰落信道中的性能,并提出了DSTBC-OFDM系统结构,仿真结果表明该结构具有良好的性能,不仅可以获得空间分集带来的分集增益,而且可以获得频率选择性衰落信道带来的分集增益。研究结果显示差分空时分组码在性能上比已知准确CSI的相干检测方案要差3dB,但在付出性能代价的同时,差分空时分组码在编译码端摆脱了对CSI的依赖,因此有其特定的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 空时编码研究现状与进展
• 1.3 论文的组织结构
• 第2章 无线通信中的信道特征
• 2.1 无线通信中的传输衰减
• 2.1.1 路径损耗
• 2.1.2 阴影衰落损耗
• 2.1.3 多径衰落损耗
• 2.2 多径衰落信道
• 2.2.1 频率选择性衰落
• 2.2.2 时间选择性衰落
• 2.2.3 空间选择性衰落
• 小结
• 第3章 空时编码的设计准则及分类
• 3.1 空时信道模型
• 3.2 空时编码的设计准则
• 3.2.1 Rayleigh衰落信道
• 3.2.2 Rician衰落信道
• 3.3 第一类空时编码
• 3.3.1 分层空时码
• 3.3.2 空时网格码
• 3.3.3 空时分组码
• 3.3.4 仿真结果与分析
• 3.4 第二类空时码
• 3.4.1 酉空时码
• 3.4.2 差分空时码
• 小结
• 第4章 差分空时分组码研究
• 4.1 传统的差分空时分组码
• 4.1.1 差分编码
• 4.1.2 差分译码
• 4.1.3 仿真结果与分析
• 4.2 多天线下的差分空时分组编码
• 4.2.1 差分编码
• 4.2.2 差分译码
• 4.2.3 仿真结果与分析
• 4.3 高性能的差分空时分组码设计
• 4.3.1 系数矢量集设计准则
• 4.3.2 改进的无星座扩展的差分空时分组码
• 4.3.3 基于复信号星座四天线的差分空时分组码
• 4.3.4 仿真结果与分析
• 小结
• 第5章 差分空时分组码在宽带OFDM系统中的应用
• 5.1 OFDM基本原理
• 5.1.1 串并变换
• 5.1.2 子载波调制
• 5.1.3 DFT实现
• 5.1.4 保护间隔
• 5.1.5 OFDM系统的优缺点
• 5.2 MIMO-OFDM系统中的空时编码
• 5.2.1 STC-OFDM系统
• 5.2.2 STC-OFDM系统性能分析
• 5.3 结合OFDM系统的差分空时分组码
• 5.3.1 DSTBC-OFDM系统模型
• 5.3.2 DSTBC-OFDM系统的编译码方案
• 5.4 仿真结果与性能分析
• 5.4.1 改进的无星座扩展的DSTBC在OFDM系统中的性能
• 5.4.2 不同多径数对DSTBC-OFDM性能的影响
• 5.4.3 不同信道衰减对DSTBC-OFDM性能的影响
• 5.4.4 不同时间延迟对DSTBC-OFDM性能的影响
• 5.4.5 典型SUI信道下DSTBC-OFDM的性能
• 小结
• 总结与展望
• 全文总结
• 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文