（通信与信息系统专业论文）vblast系统中的检测、迭代及ldpc码的设计.pdf

摘要 v - b l a s t 技术是第三代和第四代移动通信系统实现高数掘速率，提高传 输质量的重要途径。本文对基于v - b l a s t 技术的通信系统中的检测技术、硬 判迭代接收技术、t u r b o 接收技术、l d p c 码( 检测、硬判迭代接收、t u r b o 接 收技术及l d p c 码) 的优化进行了深入研究，主要工作如下： 1 发射端预处理串行干扰抵消检测。在丌环一】：作模式下，推导了p s k 调制迫 零串行干扰抵消的精确误比特率解析解，赴此基础上优化各发射天线之问 的功率和传输速率分配，使符才：接收端做i ：q 定玖序迫零串行干扰抵消的误 比特率性能最优。数值计算结粜和仿瑶结粜表wj ，发射端经过如此的颅处 理之后，接收端n 固定次序排譬f 扰抵消可提供 r l h p 序串行干： 尤抵消相当 的性能，而复杂度较排序串行于扰抵消骶个数量级，同刚列信道估训洪 差的鲁棒性也优于排序串行干挑抵消。啦矗絮血和其它一些提高串仃二f = 扰 抵消性能的方案联合使用，绐台仍然训以获得比较满意的结果。 2 水平编码和垂直编码在硬判反馈迭代时的性能分析。这部分工作的主要内 容是研究准静态信道条件f ，水平编码年垂日编码在硬判反馈迭代接收州 的性能。 首先结合水平编码和唾卣编魁给h jr 。链j 排序串行 二扰抵消的迭 代接收方案。 接着通过仿真汁细分 ij 謦 = i 水t l j 编鹏f | j 币| ， 编“r5 的性能。”j 以发现： t1 ) 串行实现并行f ：优抵消的水f ? 编码儿能烂优 并行实现并 j ：i 执 抵消的水平编码：( 2 ) 1 ，e 一阽能彳j 不? ；j ! 剃j 史献 j18 j 所述的水甲 编码要优r 垂直编码，。i 们帕优钌款决j ：接：心机的迭代接收方案；f ： j 当vb i ，a 州和卷积码结合并在接收喘采用蚀判反馈送代时，存在错议 扩散现象，这时约束长度短的卷积码性能优r 约束长度长的卷积码。 最后给h 了一种减少错误扩散影响的方策。 3 基于软千扰抵消的t u r b o b l a s t 接收机的设计这部分r 作包括部分： 第一，提出将关于码字比特的后验概率信息( 而4 i 是传统的外赋信息) 从 外解码器反馈至内解码器，e x i t 图定性分析结粜利仿真结果表明这样的 改进明显地提高了接收机的性能，同时又不增加任何计算复杂度；第二， 利用发射信号随机过程的遍历特性，避免了每个符号周期采样时刻都求取 软干扰抵消所需要的权向量，而只需要在每一帧中求m 次，这样极大地降 低了复杂度，付出的代价只是性能上的少许损失：第三，通过对o u t a g e 容 量的分析发现，采用于扰完全被消除时接收机性能作为软干扰抵消的性能 界是不紧的。 4 ，l d p c 码在多天线环境下的设计。采用基于密度进化的l d p c 码设计方法， 将不规则l d p c 码的设计工作延伸到2 发2 收多天线信道。研究结果表明， 随着不规则l d p c 码码字比特节点生成多项式最高阶次的增加，所设计的 l d p c 码噪声门限值非常接近香农限。通过仿真比较了本文所设计的l d p c 码、r i c h a r d s o n 等人设计的l d p c 码以及t u r b o 码在准静态平衰落信道、 不相关平衰落信道及相关平衰落信道中的有限码长性能。 关键词：v - b l a s t ，检测，串行干扰抵消，排序串行干扰抵消，并行干扰抵消， t u r b o b l a s t ，软干扰抵消，e x i t 图，水平编码，垂直编码，信道容量，l d p c 码，密度进化。 a b s t r a c t v - b l a s tt e c h n i q u e sa r e k e ys c h e m e sf o ra c h i e v i n gh i g h d a t ar a t ea n d p e r f o r m a n c ei n3 gm o b i l ec o m m u n i c a t i o n sa n db e y o n d i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，w e m a i n l yf o c u so nt h et o p i c so fd e t e c t i o n ，i t e r a t i v er e c e i v e rw i t hh a r d d e c i s i o nf e e d b a c k ， t u r b or e c e i v e ra n dt h eo p t i m i z a t i o no fl d p cc o d e t h em a i nc o n t e n t sa r ea sf o l l o w s ： 1 i m p r o v i n gt h ep e r f o r m a n c eo fs u c c e s s i v ei n t e r f e r e n c ec a n c e l l a t i o nd e t e c t i o n i no p e n l o o pm o d e ，w ef i r s t l yd e r i v et h ea n a l y t i c a lb i te r r o rr a t es o l u t i o no f z e r o f o r c i n gs u c c e s s i v ei n t e r f e r e n c ec a n c e l l a t i o n ，t h e n ，b yo p t i m i z i n gt h ep o w e r a l l o c a t i o na n dt r a n s m i s s i o nr a t es e t t i n ga m o n gd i f f e r e n tt r a n s m i t t e r , t h eo p t i m a l b e rp e r f o r i i l a n c ei so b t a i n e da tt h es i cb a s e dr e c e i v e r t h ed e s i g na n d s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h ep e r f o r m a n c ei sa l m o s tt h es a g n ea st h et r a d i t i o n a l o s i c w h i l et h ec o m p l e x i t yi sl o w e rt h a no s i c a d d i t i o n a l l y ，t h ep r o p o s e d s c h e m ei sr o b u s tt ot h ec h a n n e le s t i m a t i o ne r r o r , f u r t h e r m o r e s a t i s f y i n gr e s u l t s c a ns t i l lb eo b s e r v e dw h e ns o m em e t h o d st h a ta r ed e s i g n e dt oi m p r o v et h e p e r f o r m a n c eo fs i c 、a r ea p p l i e dt h ep r o p o s e ds c h e m e 2p e r f o r m a n c ea n a l y s i so fh o r i z o n t a lc o d i n g ( h c ) a n dv e r t i c a lc o d i n g ( v c ) i n t h ei t e r a t i v er e c e i v e rw i t hh a r d d e c i s i o nf e e d b a c k i t e r a t i v er e c e i v e rc a n s i g n i f i c a n t l yi m p r o v et h ep e r f o r m a n c eo fc o d e dv - b l a s fs y s t e m i nq u a s i - s t a t i c r a y i e i g hf a d i n gc h a n n e l ，w el i r s t l yp r o p o s es o m e i t e r a t i v ed e t e c t i o na n d d e c o d i n gs c h e m e sb a s e do no s i cs e c o n d l y ，t h ep e r f o r m a n c eo fh o r i z o n t a l c o n v o l u t i o n a lc o d i n g ( h c c ) a n dv e r t i c a lc o n v o l u t i o n a lc o d i n g ( v c c ) i s e v a l u a t e dt h r o u g hs i m u l a t i o n i tl so b s e r v e dt h a tt h es e r i a lp i ci sb e t t e rt h a n p a r a l l e i p i cf o rh c a d d i t i o n a l l y , a n l i k et h ec o n c l u s i o n d r a w ni ns o m e r e f e r e n c e st h a th ci sb e t t e rt h a nv c ，w es h o wt h ei t e r a t i v er e c e i v e rs t r u c t u r e g r e a t l ya f f e c tt h ep e r f o r m a n c eo fh ca n dv c e s p e c i a l l y t h e r ee x i s t st h ee r r o r p r o p a g a t i o nf o rh c ca n dv c co nt h ei t e r a t i v er e c e i v e rw i t hh a r d - d e c i s i o n f e e d b a c k f i n a l l y ，as o l u t i o ni sg i v e nt ow e a kt h ea f f e c t i o no f e r r o rp r o p a g a t i o n 3 s o f ti n t e r f e r e n c ec a n c e l l a t i o nb a s e dn r b o b l a s t f i r s t l y , t h ep e r f o r l t l a n c eo f s o f ti n t e r f e r e n c ec a n c e l l a t i o nb a s e di n n e rd e c o d e , o ft u r b o b l a s ts y s t e m m a i n l yd e p e n d so nt h ee s t i m a t i o np r e c i s i o no fi n t e r f e r e n c e ，s ot h ep o s t e r i o r i i n f o r m a t i o n ，n o tt h ee x t r i n s i ci n f o r m a t i o n ，i sp r o p o s e dt ob ef e e d b a c kf r o mo u t e r d e c o d e rt oi n n e rd e c o d e r w i t ht h eh e l po fe x t r i n s i ci n f o r m a t i o nt r a n s f e rf e x i t ) c h a r ta n ds i m u l a t i o n i ti so b s e r v e dt h a tt h er e c e i v e rp e r f o r l n a n c ei so b v i o u s l y i m p r o v e dw i t h o u ta n ya d d i t i o n a lc o m p l e x i t y s e c o n d l y , u s i n g t h e e r g o d i c c h a r a c t e ro ft r a n s m i t t e ds i g n a l ，t h ew e i g h tv e c t o rf o rs o f ti n t e r f e r e n c e l j j 人学博i ：学位论义 c a n c e l l a t i o nd e t e e t o rk e e pc o n s t a n ti ne a c hf r a m e t h u st oa v o i ds o l v i n gw e i g h t v e c t o ra te a c hs a m p l i n gi n s t a n c e b ys o ，t h ec o m p l e x i t yi sg r e a t l yd e c r e a s e da t t h ec o s to fal i t t l el o s so fp e r t b r m a n c e f i n a l l y ，t h r o u g ht h ea n a l y s i so fo u t a g e c a p a c i t y ，w ep o i n t e d o u tt h a tt h e p e r f o r m a n c eb o u n d ，a s s t t m e dt h a t t h e i n t e r f e r e n c ei st h o r o u g h l yc a n c e l l e d ，i sn o tt i g h t 4 d e s i g n a n d o p t i m i z a t i o n o fl o wd e n s i t yp a r i t y c h e c k ( l d p c ) c o d e so n m u l t i a n t e n n ac h a n n e l s i nt h i sp a r tw ee x t e n dt h ed e s i g na n do p t i m i z a t i o no f l d p cc o d e st om u l t i a n t e n n ac h a n n e l su t i l i z i n gt h em e t h o dc a l l e dd e n s i t y e v o l u t i o n t h ed e s i g n e di r r e g u l a rl d p cc o d e sg r e a t l ya p p r o a c ht h es h a n n o n 1 i m i ta st h em a x i m a lv a r i a b l ed e g r e ei n c r e a s e s t h r o u g hs i m u l a t i o n w ec o m p a r e t h ep e r f o r m a n c eo ff i n i t e 1 e n g t hl d p cc o d e sa n d 下u r b oc o d eo nt h eq u a s i s t a t i c i d e a l i n t e r l e a v e da n dc o r r e l a t e df l a t ，f a d i n gc h a n n e l s k e yw o r d s ： v b l a st ，d e t e c t i o n ，s u c c e s s i v ei n t e r f e r e n c ec a n c e l l a t i o n ， o r d e r e ds u c c e s s i v ei n t e r f e r e n c ec a n c e l l a t i o n ，p a r a l l e li n t e r f e r e n c ec a n c e l l a t i o n ， t u r b o b l a s s o f ti n t e r f e r e n c ec a n c e l l a t i o n ，e x i tc h a r t ，h o r i z o n t a lc o d i n g ，v e r t i c a l c o d i n g ，c h a n n e lc a p a c i t y , l d p cc o d e s ，d e n s i t ye v o l u t i o n a m c a m p s a w g n b e c b i c b l a s t b p c d m a c r c d a m p s d ，b l a s t e x i t f u t u r e g p r s g s m h s d p a i b i c l p j t u j e p i t l a p p r l d p c l l r m a p m i m o m l s d m m s e m r c m u d n m t 0 f d m o s i c o t d p 1 c 缩略语 a d a p t i v em o d u l a t i o na n dc o d i n g a d v a n c e dm o b i i ep h o n es e r v i c e a d d i t l v ew h i t eg a u s s i a nn o i s e b i n a r ye r a s u r ec h a n n e l b a c k w a r di t e r a t i v ec a n c e l l a t i o n b e l l l a b o r a t o r i e sl a y e r e ds p a c e t i m e b e l i e f p r o p a g a t i o n c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s c y c l i cr e d u n d a n c yc h e c k i n g d i g i t a la d v a n c e dm o b i l ep h o n es e r v i c e d i a g o n a lb l a s t e x t r i n s i ci n f o r m a t i o nt r a n s f e r f u t u r et e c l m o l o g i e sf o ru n i v e r s a lr a d i o e n v i r o n m e n t g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e s g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l e r e l e c o m m u n i c a t i o n s h i g hs p e e dd o w n l i n kp a c k e ta c c e s s i m p r o v e db i c i n t e m e tp r o t o c o i i n t e r n a t i o n a jt e l e e o m m u n i c a t i o n su n i o n j o i n t e x t r i n s i ca n dp o s t e r i o r ii n f o r m a t i o n t r a n s f e r l o gap o s t e r i o r ip r o b a b i l i t yr a t i o l o wd e n s i t yp a r i “c h e c k l o g l i k e l i h o o dr a t i o m a x i m u md p o s t e r i o r i m u l t i p l e - i n p u tm u l t i p l e - o u t p t i t m a x i m a ll i k e l i h o o ds e q u e n c ed e r e c t i o n m i n i m a lm c a ns q u a r ee r r o r m a x i m a lr a t i oc o m b i n a t i o n m u l t i u s e rd e t e c t i o n n o r t he u r o p e a nm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o n m u l t i p l e x i n g 0 r d e r e ds u c c e s s i v ei n t e r f e r e n c ec a n c e l l a t i o n o r t h o g o n a lt r a n s m i td i v e r s i t y p a r a l l e li n t e r f e r e n c ec a n c e l l a t i o n v 】通廊渊制编心 先进移动电活业务 加性自高斯噪声 _ 二进制删除信道 向扁迭代抵消 贝尔实验室分层空时结 构 信念传播 码分多址 循环冗余校验 数字先进移动电话业务 对角b l a s t 外赋信息传输 适合通用无线环境的朱 米传输技术 通用无线分组业务 全球移动通信系统 高速下行分组接入 改进b i c 网间协议 国际电信联盟 联合外赋和后验信息传 输 o g 后验概率比 低密度奇偶校验 t o g 似然比 最大厉验概率准则 多输入多输出 最大似然序列检测 最小均方误差 最火比合并 多用户检测 北欧移动通信 正交频分复用 排序串行干扰抵消 止交发射分集 并行干扰抵消 人学博f 。学位沦 p s k q a m q o s s i c s i c s i s o s i s o s t s s t t d t d m a 丁d s c d m a v _ b l a s t v s f o f c d m a 、v l a n w w r f z f p h a s es h i f tk e y i n g q u a d r a t u r ea m p l i t u d em o d u l a t i o n q u a l i t yo f s e r v i c e s u c c e s s i v ef n t e r f e r e n c ec a n c e l l a t i o n s o f ti n t e r f e f e n c ec a n c e l l a t i o n s i n g l ei n p u ts i n g l eo u t p u t s o f ti ns o f to u t s p a c e t i m es p r e a d i n g s p a c e - t i m et r a n s m i td i v e r s i t y t i m ed i v i s i o nm u l t i p l ea e c e s s t i m ed i v i s i o ns y n c h r o n o u sc d m a v e n i c a lb l a s t v a r i a b l es p r e a d i n gf a c t o r o r t h o g o n a lf r e q u e n c y a n dc o d ed i v i s i o nm u l t i p l e x i n g w i r e l e s sl o c a la r e an e t w i r e l e a sw o r l dr e s e a r c hf o r u m z e r of o r c i n g 相移键控 止交幅度调制 服务质苗 串行干扰抵消 软干扰抵消 单输入单输j n 软输入软输 u 空时扩展 空时发射分集 时分多址 叫分同步c d m a 堆直b l a s t 可变扩 鼬| j 冈f 的止变频 率码分复用 无线局域网 世界无线研究论坛 迫零 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下- 进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外。论文中不包含其他入已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：日期： 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印 件和电子文档可以采用影印、缩印或其他复制手段保存沦文。本人电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括 刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：导师签名 第1 章绪论 随着人类科学技术的进步、社会经济的发展和生洒水、p 的提高，通信作为信 息获取和交流的重要工具，已在当令信息化时代扮演着童要的角色。如今，通信 技术下朝着通信技术的最高曰标一个人通信迈进。廖i 汨“个人通信”就足 任何人在任何地方、任何时间、可以同任何人进行任何形式的通信。作为实现个 人通信的重要手段之一，无线蜂窝移动通信系统已经从最初的第一代发展到如今 的第三代。目前，人们已经丌始了第四代移动通信系统关键技术的研究。 1 1 论文研究背景 具有代表性的第一代蜂窝系统有北美的a m p s 、北欧的n m t 、西德的c 4 5 0 ， 它们都只提供话音服务，且均采用调频模拟通信方式。由于模拟系统具有容量小、 频谱利用率低、保密性能差以及不同系统不能兼容等不足，很快被第二代数字移 动通信系统取代。 第二代系统所要达到的个人通信目标是高用户容量、低传输功耗、全球漫游 平1 1 d , 区间的无痕切换。在第二代系统中，这些目标通过高效的语音压缩编码、差 错控制编码、带宽调制、多址接入等技术得以实现。第二代系统从多址技术上划 分主要有基于时分多址( t d m a ) 的欧洲的g s m ，北美的i s 5 4 ( d a m p s ) ，和 同本的p d c ，以及基于码分多址( c d m a ) 的q u a l c o m m 公司的i s 9 5 。从技术 的角度来说，一般认为c d m a 在频谱效率、小区切换等方面更具有优势，但由 于g s m 标准在国际化方面的优势，使它占据了全球范围内的绝大部分市场。由 于第二代移动通信系统只支持语音通信和有限的数据通信能力，完全不能满足用 户对于高速率数据传输的需要。在这种情况下，第二代移动通信的增强版出现了， 如作为g s m 的演化，g p r s ( 通用无线分组业务) 采用分组交换方式代替传统 g s m 的电路交换方式，使得在理论上能达到的最高传输速率为1 1 5 k b i t s s ，但由 于各种原因使得实际系统的最高传输速率只能达到2 0 k b i t s s 。i s 一9 5 也出现了一 系列的演化版，如i s 9 9 、i s 6 5 7 、i s 9 5 b 、i s 。9 5 c 和i s 一9 5 h d r 等。各种第二代 大学博1 学位论芷 移动通信系统的增强版具有。个共同的特点，就是可以支持i p 业务。 第二代移动通信系统商业运作的成功推动了市场对更高数据速率和更高的 频谱利用率的的追求，从而使得第三代移动通信系统应运而生。1 t u 将第三代移 动通信系统称为i m t - 2 0 0 0 ，而在欧洲第三代移动通信系统被称为u m t s ( 仝球 移动通信系统) 。目前，国际上有关第三代移动通信系统标准的融合和讨论已经 完成。陆地系统采用三种主流体制，即w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 和t d s c d m a ，其 中w c d m a 和c d m a 2 0 0 0 的商用产品已经成熟，在日本、韩国、香港等地区已经 投入商用，目前正等待在全球范围大规模的运营。第一代移动通信系统要实现r 列目标【l 一6 】： 全球普及和全球无缝漫游的系统 具有支持多媒体业务的能力。i t u 规定的第三代移动通信无线传输技 术要求在快速移动环境，最高速率达1 4 4 k b i t s s ；室外到室内或步行环 境，最高速率达3 8 4 k b p s ：室内环境，最高速率达2 m b i t s s 高频谱效率( 2 b i t s s h z ) 移动通信系统的传输质量达到或者接近有线系统的传输质量 增加分组交换业务 增加非对称传输模式 其它还有诸如低成本、高保密性、便于向第四代过渡演进等特点。 然而，第三代移动通信系统仍然存在诸多缺点，如由于用户间的干扰导致进 一步增加系统容量非常困难，世界范围的标准没有统一等。这些缺点使第三代移 动通信系统无法满足未来通信的需要，因此近年来一些大学和公司已经开始了第 四代移动通信系统( 4 g ) 的研究【7 1 0 。比如在欧洲由a l c a t e l 、e r i c s s o n 、n o k i a 和s i e m e n s 发起的无线世界研究论坛( w w r f ) ，其目的是为了给世界范围的合 作提供一个平台，参加者包括公司、机构、学校、运营商：在日本n t t d o c o m o 移动通信公司从1 9 9 8 年就开始了第四代的研究，并已经完成了基于可变扩频因 子、正交频分与码分复用( v s f o f c d m a ) 技术的、传输速率达到下行1 0 0 m b i t s 、 上行2 0 m b i t s 的实验系统；中国的f u t u r e 计划是由政府资助6 所大学进行的 关于未来移动通信的研究；北美的l u c e n t 、m o t o r o l a 、n o r t e l 和f l a r i o n 也在紧 锣密鼓的进行研究和现场实验。虽然各个研究单位关于4 g 的观点目前还处于讨 论阶段，但以下的一些有关未来移动通信系统的技术特征已经得到较为广泛的认 第1 章鳍论 口j 7 1 0 ： 高数据速率( 移动环境高达1 0 0m b p s 的数据速率，低速环境l g b p s ) 高系统容量 高频段 以数据业务为主 i p 地址的个人化 高的频谱利用率和功率效率 与固定公共网与专用网的“无缝”连接 为满足这些技术需求，第四代移动通信系统必将在网络结构、系统理论及关 键技术等方面具有全新的面貌，具体表现为： 在网络结构方面，将采用全i p 、分伽式、a dh o c 和多层的无线宽带个 人通信新体制和新模式，以对抗2 g h z 以上电波传输特性的挑战，并适 应未来移动通信以数据业务为主的需求； 盘传输体制方面，传统的单载波时分多址和码分多址技术难以直接推j 1 到宽带传输，必须采用多载波并行传输体制，而高度灵活的多载波传输 方案的设计是第四代移动通信系统设计的关键之一； 在无线资源管理方面，如何在多用户背景下动态分配空、时、频、码资 源以保证最佳的q o s 将是非常有挑战性的； 在空中接口方面，将采用分布式的接入方式，多天线技术具有至关重要 的作用。由于无线频谱是一种有限的资源，功率的提高也受到诸多因素 的限制，采用多天线技术可以增加信道的容量而不占用额外的带宽和消 耗额外的发射功率，因此采用多天线技术是第三代和第四代移动通信系 统实现高数据速率、系统容量。提高传输质量的重要途径【7 l o 】。 利用多天线技术提高系统容量主要有阻下三种途径： 1 智能天线技术 智能天线是一种天线阵列处理技术，完成对接收信号的空间滤波功能，它通 过调整一组相关固定天线单元的相位关系，将天线阵的主波束方向对准目标用 户，而将零点方向对准干扰用户，从而达到抑制干扰、提高容量的目的【1 1 ，1 2 】。 人学博i ：学位论文 在i s 一9 5 和t d 。s c d m a 系统中智能天线技术都获得了不同方式的应用【13 ，1 4 1 。 2 空间分集技术 空间分集的目的是克服无线传输中的信道衰落。它的原理是利用多天线实现 同一发射信号的多路独立传输，由于多路传输信号同时处于衰落的概率相对于单 路传输信号大大降低，所以会大大提高传输性能。3 g p p 己经采用了空时发射分 集( s t t d ) 及闭环发射分集方式( c l o s e dl o o pt r a n s m i td i v e r s i t y ) 作为w c d m a 系 统中的发射分集方案 1 5 ，1 6 ，而3 g p p 2 则采用空时扩展( s t s ) 和正交发射分集 ( o t d ) 作为c d m a 2 0 0 0 系统中的发射分集方案1 1 7 ，1 8 ，1 9 。 t a r o k h 的正交空时码、空时格码 2 0 ，h a s s i b i 的线性弥散码 2 1 】，d a m e n 的 对角代数空时码 2 2 ，2 3 ，以及g a m a l 的线形代数空时1 1 马 2 4 1 ，探讨的就是如何在 空时两维空间中获得分集度和速率的较好折衷。g i a n n a k i s 等人提出了“空时频 码”的概念 2 5 1 ，其研究目的是在正交频分复用( o f d m ) 的多天线系统中，如何 在空、时、频三维空间中达到分集度、速率和复杂度的较好折衷。 3 空间复用技术 空间复用就是在接收端和发射端都使用多根天线，从而使得容量随 m i n m ，n 的增加而线性增加，这罩m 和分别是发送天线和接收天线的数目。 这种信道容量的增加不需要占用额外的带宽，也不需要消耗额外的发射功率，因 此是提高信道和系统容量的一种非常有效的手段。例如，贝尔实验室提出的垂直 分层空时结构( v b l a s t ) 就是利用多发送和多接收天线提高系统容量的典范 2 6 】。由于对无线通信理论的突出贡献，b l a s t 技术获得了2 0 0 2 年度美国t h o m a s e d i s o n ( 爱迪生) 发明奖。不仅如此，朗讯科技在该技术产品化方面也取得了很 大进展。2 0 0 2 年1 0 月世界上第一颗b l a s t 芯片在朗讯公司贝尔实验室问世， 随即成为业界焦点。这一芯片支持最高4 x 4 的天线配置，可处理的最高数据速率 达到1 9 2 m b p s 。 本文就是以g b l a s t 系统为研究目标，研究和探讨如何提商它的数据速率 和传输质量。 第l 章结论 1 2v - b l a s t 技术研究概况 移动通信系统中的m t m o 技术指的是利用多发射、多接收天线进彳亍无线传 输的技术。当各天线间距离足够远，各个发射天线到各个接收天线间的信号传输 可视为互相独立时，所采用的多天线可称为分立式多天线，应用于空问分集的多 天线就属于这种情况。若各天线间距离很近，各个发射天线到各个接收天线问的 信号传输是相关的，系统利用多天线合成波束的方向性改善传输性能，则所采用 的多天线属于天线阵列范畴，可称为集中式多天线，智能天线技术就是集中式多 天线的一个典型应用。本文讨论的v b l a s t 技术特指基于分立式多天线的 m i m o 技术。 下面简单总结一下移动通信中v b l a s t 技术的研究现状。 1 2 1 检测技术的研究 检测一般是指在接收端对基带信号进行处理以恢复发射符号的一个过程。如 果把不同的发射天线看成c d m a 系统中不同的用户，则v _ b l a s t 系统的检测算 法和c d m a 系统中的多用户检测( m u d ) 算法非常类似，因此许多多用户检测算 法的思想可以用于v _ b l a s t 系统的检测，但是这并不是简单的移植，本文第二_ 章将详细叙述它们之间的区别。 基于最大似然准则的检测算法在性能上是最优的，但其计算复杂度却随天线 数及调制阶数的增加呈指数级增长。所以如何在计算复杂度和检测性能之间取得 好的折衷一直是此类研究的一个热点。从检测的机理上可以将检测算法分为两大 类：一类是最大似然检测的近似，如球形检测 2 7 】，这样的检测方法从减少最大 似然检测中穷尽搜索的次数出发，同时保证性能尽量逼近最大似然；另类则从 矩阵求逆的角度出发，如迫零检测、m m s e 检测，以及在此基础t 引入其它 些准则形成的检测算法，如：排序串行干扰抵? 肖( 0 8 i c ) 2 8 ，2 9 、并行多级检n 3 0 等，这样的一些检测方法相对于最大似然具有复杂度低，但性能损失较大的特点。 1 2 2 多天线系统信道容量分析 对多天线系统的容量分析，能对实际系统的设计起到指导作用，所以在多天 线系统的容量分析方面，前人做了很多研究工作。多天线系统的容量分析一般都 ，n 大学博士学位论文 要针对具体的物理信道进行，如：t e l a t a r 3 1 1 考虑的是高斯信道、以及不相关的 瑞利平衰落信道中的遍历容量；f o s c h i n i 3 2 考虑的则是瑞利平衰落信道中的 o u t a g e 容量；m a r z e u a 3 3 】研究了信道相关时间对容量的影响：c h i a n i 、 m o u s t a k a s 3 4 ，3 5 考虑的则是不同天线的传输信道之间存在相关的情况，这显然 更接近于实际。m u l l e r 3 6 年t j 用s i l v e r s t e i n 3 7 关于随机矩阵特征值的渐进分布， 给出了多天线系统容量在天线数目比较大时的解析表达，但当矩阵维数有限，只 有矩阵元素为复高斯随机变量时这种容量才有解析表达式。 1 - 2 3 信道估计 信道估计是无线通信中的一个重要环节，针对不同的多天线信道如何设计用 于估计信道的训练序列在目前仍然是一个有待进一步研究的问题。特别是当多大 线技术和多址技术( 如o f d m ) 结合时，随着天线数目的增加，需要发射更长 的训练序列，这使得传输的效率下降。 h a s s i b i 3 8 把信道估计的精度和系统容量相结合，t 不相关平坦衰落信道背 景下，给出了信道相关时间、信号能量、导频信号能量、导频位置、以及导频信 号长度如何配置才能使得系统的容量达到最优的结论。 b a r h u m i 3 9 研究了m i m o o f d m 系统中基于最小二乘的最优信道估计，指 出等功率、等间隔放置的移相正交序列具有最小的均方误差。b a r h u m i 还探讨了 当信道相关时间比较长( 也就是信道变化比较慢) 时减小导频开销的可能性。 迭代信道估计是目前研究的一个热点问题 4 0 , 4 1 , 4 2 】，将解码之后的序列重 新编码、调制，然后再重新进行信道估计，这可等效看成是增加了导频序列的长 度，由此得到的更加精确的信道信息可以帮助检测器和信道解码器得到更准确的 发射信息估计值。 另外值得一提的是，盲多天线信道估计的方法也是当前研究的一个热点 4 3 ，4 4 ，4 5 。 1 2 4 t u r b o 技术 自从1 9 9 3 年t u r b o 码 4 6 1 的出现以来，人们发现通过在不同模块之间交换软 信息，可以使得系统达到接近香农限的优异性能，t u r b o 迭代的思想也因此在通 6 第l 帝绪设 信的许多方面都得到了应用，如：t u r b ot c m 4 7 】、l u r b o 均衡f 4 8 】、t u r b o 审时 码 4 9 、7 f u r b ob l a s t 5 0 ，5 l ，5 2 。 t u r b o 迭代在结构上可以分为串行绂联和并行级联两种，t u r b o 码属于并行 级联，而t u r b ob l a s l 、则属于串行级联的范畴。不州t u r b ob l a s t 方案的最大 区别就在检测部分如何获得解码器所需要的软信息，h o c h w a l d 5 1 1 采用的是球形 检测器列表的方法，s e l l a t h u r a i 5 0 采用的则是软干扰抵消的方案，l e k 5 2 采用 的是排序串行干扰抵消的方案，a b e 5 3 ，5 4 考虑的是如何在频率选择性信道中实 现基于软干扰抵消的t u r b