（通信与信息系统专业论文）keyhole及分布式信道下多天线关键技术研究.pdf

摘要 摘要 空时编码技术是下一代移动通信的关键技术，众多研究人员已对其构造准 则、设计方法和性能分析等方面进行了广泛而深入的研究。在各种空时编码技术 中，正交空时分组码以其编译码简单和满分集增益两大优势尤为引人注目，本文 重点分析了它在一种特殊信道k e y h o l e 信道下的性能。另一方面，采用分布式 发射天线结构的空分复用系统，由于其容量优势受到越来越多的关注，本文也将 研究其检测算法。 论文首先介绍了多入多( m u l t i p l e - i n p u tm u l t i p l e - o u t p u t ，m i m o ) 系统的历 史、现状和趋势，重点总结了m i m o 系统两大实现技术一空时编码和空分复用 的研究现状。其次通过对k e y h 0 1 e 信道和分布式天线系统的简要分析，初步得出 了k e y h o l e 信道对正交空时分组码系统性能的影响，以及分布式天线系统相对传 统集中式天线系统的优势。 针对r a y l e i g hk e y h o l e 信道下正交空时分组码无错误概率闭合表达式的问 题，第二章分析了正交空时分组码在r a y l e i g hk e y h o l e 信道下采用m - q a m ( m - r a yq 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 ) 和m - p s k ( m - r a yp h a s es h i f tk e y i n g ) 调制方 式的符号比特错误概率。首先针对具有任意收发天线数的系统，根据中断概率 的渐近表达式分析了r a y l e i g hk e y h o l e 信道所能提供的最大分集增益；然后基于 矩生成函数的分析方法，导出了符号比特错误概率的闭合表达式，并进一步得 出了其在收发天线数不相等条件下的简单渐近表达式。 第三章将r a y l c i g hk e y h o l e 信道拓展到更具一般性的独立非同分布 n a k a g a m ik e y h o l e 信道，通过分析矩生成函数，推导出了正交空时分组码在胁 q a m 和m - p s k 两种调制方式下的误符号率的准确表达式，以及误符号率的简单 渐近表达式。 受n a k a g a m ik e y h o l e 信道下渐近性能分析方法的启发，第四章进一步推导 出了独立非同分布n a k a g a m im i m o 信道中正交空时分组码在m - q a m 和m - p s k 两种调制方式下的误符号率渐近表达式，它可快速准确地评估正交空时分组码在 高信噪比区域的误符号率性能。 第二、三、四章重点研究了空时编码技术。第五章则针对空间复用技术，研 究了分布式发射天线系统的信号检测问题。根据系统的接收机模型，提出了一种 摘要 基于排序的乔列斯基( c h o l e s k y ) 分解的信号检测方法，性能优于已有的信号检测 方案，并且具有较低的复杂度。 最后一章总结了全文，并指出了继续进行的相关研究工作和未来的研究方 向。 关键词：多入多出，空时编码，k e y h o l e ，符号错误概率，分布式天线 n a b s t r a c t a b s t r a c t a sak e yt e c h n o l o g yi nt h en e x tg e n e r a t i o no fw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o ns y s t e m s ， s t c s ( s p a c e - t i m ec o d e ) h a v eb e e nc o n s i d e r e db ym a n yr e s e a r c h e r s ，w h of o c u so nt h e c o n s t r u c t i o nc r i t e r i a , d e s i g nm e t h o d ，a n dp e r f o r m a n c ea n a l y s i so v e rd i f f e r e n tf a d i n g c h a n n e l s a m o n gt h e s ec o d i n gs c h e m e s ，o r t h o g o n a ls t b c ( s p a c e - t i m eb l o c kc o d e ) a t t r a c t sm a n ya t t e n t i o n sd u et oi t s s i m p l ed e c o d i n gc o m p l e x i t ya n df u l ld i v e r s i t y p e r f o r m a n c e ，a n di t sp e r f o r m a n c ew i l lb es t u d i e do v e ras p e c i a lk e y h o l ec h a n n e li nt h i s p a p e r o nt h eo t h e rh a n d ，d u et ot h ea d v a n t a g eo fc a p a c i t y , d i s t r i b u t e da n t e n n as y s t e m s s h a l la l s ob es t u d i e d c h a p t e r1 f i r s ti n t r o d u c e sc u r r e n tr e s e a r c hs c o p ea n dd e v e l o p m e n to fm i m o ( m u l t i p l e - i n p u tm u l t i p l e o u t p u t ) s y s t e m s ，e s p e c i a l l yt h es p a c e - t i m em u l t i p l e x i n ga n d s p a c e t i m ec o d i n ga r ef o c u s e d n e x tt h ek e y h o l ef a d i n gc h a n n e l sa n dd i s t r i b u t e d m i m os y s t e m sa r es h o w nc o n c i s e l y , a n dt h ei m p a c to fk e y h o l eo nt h ep e r f o r m a n c eo f s t cs y s t e m sa n dt h ea d v a n t a g eo fd i s t r i b u t e dm i m os y s t e m sa lea l s op o i n t e do u t b e c a u s et h e r ea r en o te x p l i c i tc l o s e - f o r m e ds o l u t i o n sf o re r r o rr a t ep e r f o r m a n c eo f o r t h o g o n a ls t b cs y s t e m si nr a y l e i g hk e y h o l ec h a n n e l s ，i nc h a p t e r2 ，w ea n a l y z et h e s e r b e r ( s y m b o le r r o rr a t e b i te r r o rr a t e ) p e r f o r m a n c eo fo r t h o g o n a ls t b ci n r a y l e i g hk e y h o l ec h a n n e l sw i mm - q a m ( m - r a yq 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 ) a n dm - p s k ( m - r a yp h a s es h i f tk e y i n g ) m o d u l a t i o n s a c c o r d i n gt ot h ee x p r e s s i o no f o u t a g ep r o b a b i l i t y , t h ed i v e r s i t yg a i no f s u c hc h a n n e l si sp r o v i d e d b a s e do nt h em g f ( m o m e n tg e n e r a t i o nf u n c t i o n ) m e t h o d , t h ee x a c tc l o s e - f o r m e ds e re x p r e s s i o n sa r e d e r i v e d e s p e c i a l l y , w h e nt h en u m b e ro ft r a n s m i ta n dr e c e i v ea n t e n n a si sd i f f e r e n t ， a s y m p t o t i cs e re x p r e s s i o n sa r ea l s op r o v i d e d i nc h a p t e r3 ，t h ew o r ki nc h a p t e r2i se x t e n d e dt om o r eg e n e r a lc 捆f f l s e ，i e ，f r o m r a y l e i g hk e y h o l ee h a n n d st on a k a g a m ik e y h o l ec h a n n e l s p e r f o r m a n c ea n a l y s i so f o r t h o g o n a ls t b c sw i t hm - q a m m - p s km o d u l a t i o n si sp r e s e n t e di nn o n - i d e n t i c a l l y d i s t r i b u t e dn a k a g a r n ik e y h o l ec h a n n e l s t h r o u g ht h em g fm e t h o d ，t h ee x a c ta n d a s y m p t o t i cs e re x p r e s s i o n sa r ed e r i v e d a c c o r d i n gt ot h es i m i l a ra n a l y s i sm e t h o d sa ss h o w ni nc h a p t e r3 ，t h ee r r o rr a t e i i i a b s t r a c t p e r f o r m a n c eo fo r t h o g o n a ls t b c s w i t hm - q a m m - p s km o d u l a t i o n si sa n a l y z e do v e r n o n - i d e n t i c a l l yd i s t r i b u t e dn a k a g a m im i m oc h a n n e l si nc h a p t e r4 i ts h o u l db en o t e d t h a tt h ec h a n n e l sw ef o c u si n t h i sc h a p t e ra r en o r m a lm i m oc h a n n e l s ，n o tk e y h o l e c h a n n e l s u s i n gt h em g fm e t h o d ，a th i g hs n r s ，t h ea s y m p t o t i cs e re x p r e s s i o n si n n o n i d e n t i c a l l yd i s t r i b u t e dn a k a g a m im i m o c h a n n e l sa r e p r o p o s e d d i f f e r e n tf r o mc h a p t e r2 ，3a n d4 ，w h e r e i ns p a c e t m ec o d i n gi so u re m p h a s i s ， s p a c e t i m em u l t i p l e x i n gi s s t u d i e di nc h a p t e r5 as i g n a ld e t e c t i o nm e t h o df o r d i s t r i b u t e da n t e n n as y s t e m si sp r e s e n t e d a c c o r d i n gt ot h es y s t e mm o d e li nt h er e c e i v e r , as o r t e d c h o l e s k yd e c o m p o s i t i o na l g o r i t h m i s s u g g e s t e d ，、h i c h h a sab e t t e r p e r f o r m a n c ea n dal o w e rc o m p l e x i t yt h a nt h ee x i s t i n ga l g o r i t h m w ed r a wac o n c l u s i o ni nc h a p t e r6 ，a n dp o i n to u tp o s s i b l er e s e a r c hd i r e c t i o n si n t h ef u t u r e k e yw o r d s ：m i m o ，s p a c e - t i m ec o d i n g ，k e y h o l e ，s y m b o le r r o rr a t e ，d i s t r i b u t e d a n t e n n a i v 图目录 图表目录 图1 1m i m o 系统示意图5 图1 2空间k e y h o l e 信道概念图1o 图1 3空间k e y h o l e 信道存在实例l o 图1 - 4k e y h o l e 信道和普通m i m o 信道容量对比1 1 图2 1正交s t b c 系统在k e y h o l e 信道下的系统模型1 6 图2 2q p s k 调制下g 4 在r a y l e i g hk e y h o l e 和r a y l e i g h 信道下s e r 3 2 图2 3q p s k 调制下g 4 在r a y l e i g hk e y h o l e 和r a y l e i g h 信道下b e r 3 2 图2 41 6 q a m 调制下g 4 在r a y l e i g hk e y h o l e 和r a y l e i g h 信道下s e r 3 3 图2 5 1 6 q a m 调制下g 4 在r a y l e i g h k e y h o l e 和r a y l e i g h 信道下b e r 3 3 图2 - 6 16 q a m 调制下g 2 在r a y l e i g hk e y h o l e 和r a y l e i g h 信道下s e r 3 4 图2 71 6 q a m 调制下g 2 在r a y l e i g hk e y h o l e 和r a y l e i g h 信道下b e r 3 4 图2 88 - p s k 调制下g 4 在r a y l e i g hk e y h o l e 和r a y l e i g h 信道下s e r 3 5 图3 1正交s t b c 系统在n a k a g a m ik e y h o l e 信道下的系统模型3 8 图3 2q p s k 调制下s t b c 在n a k a g a m ik e y h o l e 下s e r 性能4 9 图3 3 1 6 q a m 调制下接收天线数目对s e r 性能的影响4 9 图3 - 4 q p s k 调制下n a k a g a m i 信道m 衰落参数对系统性能的影响5 0 图3 5b p s k 调制下n a k a g a m i 信道功率参数对系统性能的影响5 0 图4 - 1r a y l e i g h 信道下两种算法s e r 的渐近性能比较5 8 图4 _ 2n a k a g a m i 信道的m 衰落参数对s e r 性能的影响5 8 图4 3n a k a g a m i 信道的功率参数分布对s e r 性能的影响6 0 图4 4n a k a g a m i 信道的肘衰落参数分布对s e r 性能的影响6 0 图5 1分布式m i m o 系统模型6 3 图5 2复杂度对比因子p 随每天线发射信号块长工的变化曲线7 1 图5 3场景1 中两种算法在不同接收天线数目下的误码率7 3 图5 4场景2 中两种算法在不同接收天线数目下的误码率7 3 表5 。1仿真条件7 2 表5 2不同分布时延场景7 2 v 主要数学符号及缩略词表 主要数学符号及缩略词表 论文中所用到的主要数学符号列表如下 符号类别 变量 矢量 矩阵 矢量转置，矩阵转置 单位矩阵 复数共轭 共轭转置 f r o b e n i u s 范数 模运算 矩阵的秩 欧氏矢量范数 不例字体和说明 a小写斜体 a小写粗体 a大写粗体 a r ，a r 0 r i mm x 聊阶单位阵 a0 0 寸 l i a i i 矩阵的f r o b c n i u s 范数 l a i 复数的模 r a n k ( a ) | i a | v i i i 主要数学符号及缩略词表 在论文中用到的主要英文缩写及其全称列表如下 3 g 3 g p p 4 g a w g n b 3 g b e r b l a s t b p s k c d f d a b d b l a s t d f t d s l d s p d t a v b l a s t - o i c d v b f l o p s g s m i d f t i i d i t u l s t c m b w 八 m g f m i m o m l m m s e m p s k m - q a m n o s t b c o p o s t b c 3 r dg e n e r a t i o n t h i r dg e n e r a t i o np a r t n e r s h i pp r o j e c t 4 t hg e n e r a t i o n a d d i t i v e 、h i t eg a u s s i a nn o i s e b e y o n d3 g b i te r r o rr a t e b e l ll a b sl a y e r e ds p a c e 1 m n e b i n a r yp h a s es l l i f ik e y i n g c u m u l a t i v ed i s t r i b u t i o nf u n c t i o n d i 百t a la u d i ob r o a d c a s t i n g d i a g o n a lb l a s t d i s c r e t ef o u r i e rt r a n s f o n n d i 西t a ls u b s c r i b e rl i n e d i 百t a ls i g n a lp r o c e s s i n g d i s t r i b u t e dt r a n s m i ta n t e n n a sv - b l a s to r d e ri n t e r f e r e n c e c a n c e l l a t i o n d i 垂t a lv i d e ob r o a d c a s t i n g f l o a t i n gp o i n to p e r a t i o n s g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l e c o m m u n i c a t i o n s i n v e r s ed i s c r e t ef o u r i e rt r a n s f o r m i n d e p e n d e n ti d e n t i c a l l yd i s t r i b u t e d i n t e m a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o n u n i o n l a y e r e ds p a c e t i m ec o d e m o b i l eb r o a d b a n dw i r e l e s sa c c e s s m o m e n tg e n e r a t i o nf u n c t i o n m u l t i p l e i n p u tm u l t i p l e - o u t p u t m a x i m u m l i k e l i h o o d m i n i m u mm e a r ls q u a r ee r r o r m - r a yp h a s es h i f tk e y i n g m r a yq u a d r a t u r ea m p l i t u d e m o d u l a t i o n n o n - o r t h o g o n a ls t b c o u t a g ep r o b a b i l i t y o r t h o g o n a ls t b c i x 第三代 第三代移动通信工作 组 第四代 加性白高斯噪声 后3 g 移动通信系统 比特错误概率 贝尔实验室分层空时 编码 二进制相移键控 累积分布函数 数字音频广播 对角分层空时码 离散傅立叶变换 用户数字线路 数字信号处理 分布式发射天线 v b l a s t 排序干扰抵 消 数字视频广播 浮点操作数 全球移动系统 离散傅立叶逆变换 独立同分布 国际电信联盟 分层空时码 移动宽带无线接入 矩生成函数 多输入多输出 最大似然 最小均方误差 m 维相移键控 m 维正交幅度调制 非正交空时分组码 中断概率 正交空时分组码 主要数学符号及缩略词表 p a p r p d f q o s q p s k r f s a s c h d s d m a s e r s i s 0 s n r s t b c s t c s t r c s v d t c m t d s c d m a u c h d v 二b l a s t w i k 似 w l a n w m a n w p a n w w r f z f p e a k t o a v e r a g ep o w e rr a t i o p r o b a b i l i t yd e n s i t yf u n c t i o n q u a l i t yo fs e r v i c e q u a d r a t u r ep h a s es h i f tk e y i n g r a d i of r e q u e n c y s m a r ta n t e n n a s o n e dc h o l e s k yd e c o m p o s i t i o n s p a c ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s s y m b o le r r o rr a t e s i n g l e - i n p u ts i n g l e - o u t p u t s i g n a l t o - n o i s er a t i o s p a c e , - t i m eb l o c kc o d e s p a c o - t i m ec o d e s p a c e - t i m et r e l l i sc o d e s i n g u l a rv a l u ed e c o m p o s i t i o n t r e l l i sc o d e dm o d u l a t i o n t i m ed i v i s i o n s y n c h r o n o u sc d m a u n s o r t e dc h o l e s k yd e c o m p o s i t i o n v e r t i c a l b e l ll a b sl a y e r e ds p a c e - t i m e w b r l di n t e r o p e r a b i l i t yf o rm i c r o w a v e a c c e s s w i r e l e s sl o c a la r e an e t w o r k w i r e l e s sm e t r o p o l i t a na r e an e t o w o r k w i r e l e s sp e r s o n a la r e an e t o w o r k 礴快i e s sw | o d dr e s e a r c hf o r u m z e r o f o r c i n g x 峰值与平均功率比值 概率密度函数 服务质量 四进制相移键控 射频 智能天线 排序的乔列斯基分解 空分多址 符号错误概率 单输入单输出 信噪比 空时分组码 空时码 空时格码 奇异值分解 格码调制 时分同步码分多址 不排序的乔列斯基分 解 贝尔实验室的垂直分 层空时编码 全球微波互联接入 无线局域网 无线城域网 无线个域网 无线世界研究论坛 迫零 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得电子科技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已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 躲鱼盈杰嗍硼年i 肌日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：岛强艺签名：丝邀厶 第一章绪论 第一章绪论 本章首先简述了论文工作的研究背景，回顾了m i m o ( m u l t i p l e i n p u tm u l t i p l e - o u t p u t ) 的研究现状与应用场景，然后通过对本论文的基本问题和主要目标的分 析，阐述了论文工作的组织结构和内容安排。 1 1 无线通信的发展和需求 我国移动通信产业发展是从8 0 年代开始，伴随着半导体技术、微电子技术 和计算机技术的发展，无线通信技术得到了迅猛的发展和广泛的应用，极大地推 动了社会的发展。在世界其他发达和发展中国家，无线通信产业已成为各国信息 基础建设中一个不可缺少的部分【1 】【2 1 。在我国，近几年的个人移动用户数目激 增，无线通信行业的大发展带动了整个通信产业，信息与通信产业在我国国民生 产总值中所占的比重也不断提高，逐渐成为经济发展的支柱型产业p j 。 目前，无线和移动通信技术的发展正处于前所未有的关键阶段。在无线接入 网方面，以i e e e8 0 2 1 l 系列为代表的无线局域网( w i r e l e s sl o c a la r e an e t w o r k ， w l a n ) 已经得到商业化应用，家庭网络( h o m e - n e t w o r k ) 、无线个人区域网 ( w i r e l e s sp e r s o n a la r e an e t w o r k ，w p a n ) 、无线城域网( w i r e l e s sm e t r o p o l i t a na r e a n e t o w o r k ，w m a n ) 和移动宽带无线接入( m o b i l eb r o a d b a n dw i r e l e s sa c c e s s ， m b w a ) 的关键技术和标准也在研发和制定中，一些无线应用的数据速率已经可 达到几十兆比特每秒。然而，与以光纤通信为代表的有线通信所能提供的数据速 率和服务质量( q u a l i t yo fs e r v i c e ，q o s ) 相比，无线通信网络和技术的发展显得相 当滞后。在个人移动通信方面，个人用户对数据传输速率和多种无线业务的需求 也在不断增加，除了传统的移动语音业务之外，人们期望能以较低的价格和更高 的数据速率获取i n t e m e t 接入服务和多媒体服务。此外，以g s m ( g l o b a ls y s t e m f o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s ) 为代表的第二代蜂窝移动通信系统频谱利用率较低， 可利用的无线频谱资源又趋于紧张，移动通信运营商在系统容量、网络覆盖、运 营成本等方面出现了一些新的问题和矛盾，导致运营商之间的竞争日益加剧。以 c d m a 为技术核心的第三代( 3 r dg e n e r a t i o n ，3 g ) 移动通信系统成为近十年移动通 信领域的主要焦点。同时为了解决日益增长的需求问题，第四代( 4 t hg e n e r a t i o n ， 电子科技大学博士学位论文 4 g ) 移动通信系统正受到业界越来越多的关注。 不断涌现的新技术，使全球频谱资源更趋紧张。随着数字技术的迅速成熟， 模拟通信系统占用的频段大量的空闲出来，这些新释放的频段成为各类技术争夺 的焦点；空间技术的发展使得外层空间的频谱争夺也逐渐激烈。虽然掌握并且运 用空间技术的只是少数国家，但现在多个国家已经意识到频谱资源的宝贵性，从 而要求分享使用外层空间频率所获得的利益。随着3 g 商用网络日益扩大，原有 的频谱不能满足市场需求，3 g 的频谱扩展又带来了新的矛盾。 4 g 从技术角度看来，其特点主要集中在新的频段新的技术。4 g 使用频带的 带宽将会是3 g 的1 0 倍，而使用比3 g 更为先进的技术，又可以使得传输速率提 高1 0 倍，预计4 g 移动通信系统在整个系统能力上将会比3 g 系统提高1 0 0 倍 【2 1 o 上述诸多方面的需求不断地推动着新型无线通信技术的产生、发展和应用。 尤其近几年来，无线数据和移动i n t e m e t 业务需求的持续增长，使得如何实现高 频谱利用率并支持分组业务的高速数据传输成为迫切需要解决的根本问题【l 】【3 1 ， 这对未来下一代无线通信网络和无线传输技术提出了巨大挑战。从技术角度看， 解决这一问题需要研究全新的无线网络结构和新型的无线传输技术【4 】。 1 2 无线通信中的关键技术 在过去的十年里，在无线通信领域受到较多关注的新兴技术主要有：码分多 址( c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ，c d m a ) t 4 】【5 】，正交频分复用( o r t h o g o n a l f r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ，o f d m ) 】- 【9 1 ，以及在无线链路发送和接收端使用 多个天线阵元构成的多入多( m u l t i p l e i n p u tm u l t i p l e - o u t p u t ，m i m o ) 通信结构涉 及的相关物理层技术【6 h 1 5 】。 c d m a 技术在9 0 年代的兴起和商业化应用，使得以c d m a 为技术核心的第 三代移动通信系统成为近十年里移动通信领域的主要焦点。目前，由我国大唐电 信公司提出并自主研发的t d s c d m a ( t i m ed i v i s i o n - s y n c h r o n o u sc d m a ) ，作为 为第三代移动通信技术三大标准之一，在中国即将实现商业化运营。然而，以 c d m a 构建的3 g 系统在下行( 从基站到移动台) 的数据传输仍然存在着数据速率 较低的瓶颈，其峰值数据速率( 2 m b s ) 仍然无法满足人们对宽带多媒体和移动 i n t e m e t 业务的需求1 4 1 。 o f d m 技术从在数字音频广播( d i g i t a la u d i ob r o a d c a s t i n g ，d a b ) 和数字视频 第一章绪论 广播( d i 百t a lv i d e ob r o a d c a s f i n g ，d v b ) 中的应用，逐渐扩大到i e e e8 0 2 1 l a g 、 h i g p e r l a n 2 、e t s i b r a n 、i e e e8 0 2 1 6m a n 和3 g p pl t e 1 6 】中，广泛的应用使 o f d m 成为近十年无线通信领域最热门的技术之一【6 】【9 1 。o f d m 能将频率选择性 衰落信道转换为一系列并行的窄带平坦衰落信道，在对抗多径衰落、抗窄带干扰 多址接入和信号处理方面显示出优势。更重要的是，类似用户数字线路( d i g i t a l s u b s c r i b e rl i n e ，d s l ) 的应用，o f d m 能在较小的带宽内提供较高的频谱利用 率。i e e e8 0 2 1 6 系列“全球微波互联接人( w o r l di n t e r o p e r a b i l i t yf o rm i c r o w a v e a c c e s s ，w i m a x ) ”中的8 0 2 1 6 d “点到多点的城域网( m e t r o p o l i t a na r e a n e t w o r k ，m a n ) 以及支持移动技术的8 0 2 1 6 e 都将采用o f d m 技术。o f d m 系 统主要有以下优点【1 7 】- 【2 0 】： ( 1 ) 高速数据流通过串并转换，使得每个子载波上的数据符号的持续周期相 对增加，从而可以有效地减小无线信道的时间弥散所带来的符号间干 扰。这样就降低了接收机内均衡的复杂度，有时甚至可以不采用均衡 器，仅通过插入循环前缀的方法消除符号间串扰带来的不利影响。 ( 2 ) o f d m 系统由于各个子载波之间存在正交性，允许子信道的频谱相互重 叠，因此与常规的频分复用系统相比，o f d m 系统可以最大限度的利用 频谱资源。 ( 3 ) 可以采用i d f t ( i n v e r s ed i s c r e t ef o u r i e rt r a n s f o r m ) 和d f t ( d i s c r e t ef o u r i e r t r a n s f o r m ) 方法来实现。对于子载波数很大的系统中，还可以采用快速傅 立叶变换( f f t ) 来实现。随着大规模集成电路技术与d s p ( d i g i t a ls i g n a l p r o c e s s i n g ) 技术的发展，i f f t 和f f t 的实现也相对更加容易。 ( 4 ) 无线数据业务一般都存在非对称性，即下行链路中传输的数据量远大于 上行链路中的数据传输量。另一方面，移动终端功率一般小于1 w ，在 大蜂窝环境下传输速率低于1 0 k b p s , - - 1 0 0 k b p s ；而基站发送功率可以较 大，可以提供几十兆比特每秒的传输速率。因此，无论从用户数据业务 的需求，还是从移动通信系统自身的要求考虑，都希望物理层支持非对 称高速数据传输，而o f d m 系统可以很容易的通过使用不同数量的子信 道来实现上行和下行链路中不同的传输速率。 但是，无线系统中频率偏移将导致o f d m 系统的子载波间相互干扰，从而降 低链路性能，并且o f d m 系统发送信号存在较高的峰值功率与平均功率比( p e a k t o - a v e r a g ep o w e rr a t i o ，p a p r ) ，使得o f d m 系统射频( r a d i of r e q u e n c y ，r f ) 单 元中功率放大器的功率效率受到限制。这两个因素目前仍然困扰着o f d m 在高速 电子科技大学博七学位论文 移动无线衰落信道中的应用。 多天线技术在无线通信中的应用显得更为广泛。回顾无线通信的发展历史， 从移动通信系统的蜂窝化和无线通信中天线分集的应用开始，对空间资源的利用 一直是提高无线系统频谱利用率的有效手段。过去的5 0 年里，人们对多天线技 术提高频谱利用率的认识和应用也在不断深入和发展，从早期利用多天线空间分 集和天线极化分集改善无线链路传输性能，到基于自适应信号处理方法开辟自适 应天线阵列处理理论，及智能天线( s m a r ta n t e n n a ，s a ) 、空分多址( s p a c ed i v i s i o n m u l t i p l ea c c e s s ，s d m a ) 被用于蜂窝通信，再到今天，国内外众多研究学者广泛关 注在发送端和接收端同时使用多个天线阵元的多入多出通信结构，从而实现了多 个数据流在相同时间和相同频带的传输和接收。 在3 g 应用开始之前，3 g p p ( t h i r dg e n e r a t i o np a r t n e r s h i pp r o j i e c t ) 和3 g p p 2 都 启动了能进一步提高3 g 系统容量、改善链路传输质量和提升数据速率的关键技 术研究，其中就包括了智能天线和m i m o 技术。同时，无线世界研究论坛 ( w i r e l e s sw o 订d r e s e a r c hf o r u m ，w w r f ) t 2 1 】和世界电信联盟( i n t e r n a t i o n a l t e l e c o m m u n i c a t i o nu n i o n ，r r u ) 也开展了面向2 0 1 0 年无线应用的后3 g 系统 ( b e y o n d3 g ，b 3 g ) 关键技术研究【5 】，2 0 0 7 年底的世乔无线电大会确定了i m t - a d v a n c e d 的使用频谱，玎u 的i m t - a d v a n c e d 技术征集函也已在2 0 0 8 年初发出 【2 1 ，第四代【3 】f 7 】【2 2 】【2 3 1 移动通信系统受到业界越来越多的关注。在物理层关键技术 的研究中，m i m o 技术被广泛看好，在i e e e8 0 2 2 0 工作组关于移动宽带无线接 入的研究计划中【2 4 1 ，也将m i m o 技术列为主要内容。我国于2 0 0 1 年启动了国家 高科技技术( 8 6 3 ) 重大项目“b 3 g 无线链路传输关键技术研究”，m i m o 技术也是 框架技术之一【l 】【2 】。目前，从国际国内的无线通信研究趋势的发展中可以发现， 在无线通信传输理论和技术领域，基于多天线( 包括天线阵列) 的信号处理、编 码、调制和资源管理等技术则处于研究和应用的最前沿【6 】- 【1 5 l 。高通( q u a l c o m m ) 公 司创始人a n 血e wv i t e r b i 博士在1 9 9 5 年曾经说过，“在多( 用户) 接入系统的发 展中，空域处理仍然是最有前途的，也是最后一个未开发的领域。 未来移动通信专家组组长尤肖虎教授在谈到4 g 时曾经说过【2 】，“我们在 一些基本技术上已经达成共识，这些技术包括以o f d m 为代表的多载波技术，以 m i m o 技术为代表的多天线技术以及采用口作为网络的基本构成技术，由 此可见，m i m o 技术在未来无线移动通信发展中起到了中流砥柱的作用。 综上所述，无线通信应用需求的持续增长直接推动着无线通信网络的发展和 无线通信新技术的诞生。而在众多新技术中，m i m o 技术作为未来一