（信号与信息处理专业论文）mimoofdm无线通信系统中迭代接收与自适应技术的研究.pdf

摘要 m i m o 。o f d m 无线通信系统中迭代接收与自适应 技术的研究 摘要 近年来，移动通信技术在全球范围内得到了迅猛的发展。市场需求的不断扩 大刺激着移动通信技术在数据速率和系统容量上的要求不断提升。但是，3 g 移 动通信技术提供的最高2 m b p s 的数据业务能力已经不能满足未来移动通信高速 数据业务以及多媒体业务的需求。在有限的频谱资源上提供高速、高质量的数据 传输业务将成为未来移动通信系统中无线传输技术必须解决的问题。 针对新的业务要求，近年来，宽带无线移动通信系统对传输技术的需求和应 用迅速增长。能够支持更高数据传输速率的新一代移动通信系统( b e y o n d3 g 4 g ) 已经成为研究的热点。而被广泛用于无线局域网络( w i r e l e s sl o c a la r e a n e t w o r k ， w l a n ) 和高清晰度电视( h i g hd e f i n i t i o nt v ，h d t v ) 地面传输等标准的正交频分 复用技术( o r t h o g o n a lf 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 ) 和近年来崭露头角 的多入多出技术( m u l t i p l ei n p u tm u l t i p l eo u t p u t ) ，被认为是b 3 g 4 g 通信系统 的有效、可行的实现方案。 本文以b 3 g “g 通信系统研究为背景，深入研究了基于m i m o - o f d m 技术 的无线移动通信系统中与迭代接收和自适应技术相关的若干关键问题。主要内 容包括：研究了双二元t u r b o 码译码器的终止迭代准则及自适应译码算法；研 究了t u r b o 乘积码的随机交织编译码方案；研究了一类基于整环上置换多项式 的交织器：研究了基于3 g p p 编码方案的交织器存储方法：针对g s t b c m i m o - o f d m 这种多天线多载波系统架构，研究了结合信道估计、m i m o 解调 与信道译码单元的迭代接收机设计方法。研究m i m o o f d m 系统中基于奇异 值分解的自适应技术。 首先，对m i m o 信道作了深入研究，分析了它的容量特性，空时编码方法 以及空时信号检测算法，并对信道编码中的t u r b o 码编译码方法进行分析，为 a b s t r a c t 后续提出的纠错码编译码方法以及迭代接收机设计的研究奠定了基础。 论文的重点之一是对多种纠错编码的研究和分析。双二元t u r b o 码和t u r b o 乘积码都是在一些无线通信标准中得到广泛应用的纠错码。在t u r b o 码译码算 法的基础上，论文推导了双二元t u r b o 码的译码算法，分析了软输入软输出译 码器的软信息统计值，通过仿真得到了终止迭代度量的门限值。并提出了一种 根据软信息值变化在l o g m a p 和m a x l o g m a p 算法之间进行切换的自适应译 码算法。该算法可以有效减少译码迭代次数，从而减小译码延迟并降低硬件复 杂度。另一方面，通过分析t u r b o 乘积码的译码错误原因，文中还给出了一种 简化的基于随机交织的t u r b o 乘积码编码方法。该编码方法有利于增大乘积码 的最小码重和减少最小码重的码字个数，因此可以有效地降低t u r b o 乘积码的 误码率，简化编码时的交织模式。 研究表明，交织器是t u r b o 码等纠错码中非常重要的组成部分。论文介绍 了交织器的基本原理，并给出了一些比较重要的交织器类型和设计准则。同时， 研究了一类基于整环上置换多项式的交织器，介绍了相关的数学理论和设计准 则。特别地，针对三次多项式，得到了置换多项式的判别方法和较好的交织图 样，并证明这类交织器都是最大无冲突的，为进一步的理论研究和硬件实现打 下了坚实的基础。为了在现有标准体系下实现高速t u r b o 译码，论文提出了一 种用于并行t u r b o 译码的交织器存储方案，可以有效地防止存储访问冲突，从 而可提高译码速率，并可以灵活地实现多种3 g p p 交织码长的片上配置。 论文的另一研究重点是针对一种特定的空时o f d m 系统架构( g s t b c m i m o o f d m ) ，提出了一种迭代接收机的设计方案。借鉴t u r b o 原理的思路， 此设计方案结合了信道估计、m i m o 解调与信道译码单元间的软信息交换，通 过在三者之间交互外信息使信号检测更加精确。而且针对系统特点，采用e m 算法等方法以减少矩阵求逆操作的复杂度，有利于提高系统的可实现性。论文 对影响迭代接收机性能的各个参数，如信道归一化多普勒频移、导频间隔、迭 代次数等进行了仿真，给出该迭代接收机的适用场合以及合适的接收机设置参 数。 在m i m o o f d m 系统中，自适应传输技术也是亟待解决的关键技术之一。 论文研究了基于奇异值分解的m i m o o f d m 系统的比特加载和功率分配问题； n 摘要 介绍了基于s v d 的m i m o o f d m 系统上的空频注水算法；研究了引入“平坦 频率限制”假设的简化算法，研究了基于“平坦频率限制”假设的简化算法，并从 理论上证明“平坦频率限制”假设的合理性；利用信道矩阵奇异值排序统计特性， 提出基于s v d 的m i m o o f d m 系统的改进比特分配方案与相应算法。相比基 于平坦频率限制假设的算法，虽然该算法的运算复杂度有所增加，但可以明显 减少功率损失，并且逼近最优注水方法的性能。同时还可以通过选择奇异值分 类数量，使之在运算量和性能之间进行折衷，具有一定的灵活性。 最后，论文进一步小结了所完成的研究工作和取得的一些成绩。并指出了 m i m o 0 f d m 系统中其他一些关键技术进一步研究的方向。 关键词： 移动通信，m i m o ，o f d m ，交织器，迭代接收机，自适应传输 i i i a b s t r a c t s t u d yo ni t e r a t i v er e c e p t i o n a n d a d a p t i v e t e c h n i q u e si nm i m o o f d m w i r e l e s s c o m m u n i c a t i o ns y s t e m s a b s t r a c t n o w a d a y sm o b i l ec o m m u n i c a t i o ns e r v i c e sh a v ed e v e l o p e ds i g n i f i c a n t l y t h e e x p a n d i n gm a r k e tr e q u i r e m e n ts t i m u l a t e st e c h n o l o g i c a ld e v e l o p m e n to nd a t ar a t ea n d s y s t e mc a p a c i t i e s ，h o w e v e r ，e v e nt h e2 m b p sd a t ar a t e i sn o ts u f f i c i e n tf o rs o m e h i g h - e n ds e r v i c e si n c l u d i n gv a r i o u sm u l t i m e d i aa p p l i c a t i o n si nt h en e a r f u t u r e s u p p l y i n gd a t at r a n s m i s s i o ns e r v i c e so fh i g hs p e e d a n dq u a l i t yo nl i m i t e db a n d w i d t h i st h em a j o rc o n c e r nt ob et a k e ni n t oa c c o u n tb yn e ww i r e l e s st r a n s m i s s i o n t e c h n o l o g i e so f t h en e x tg e n e r a t i o nm o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m s w i t ht h ed e m a n d i n gs e r v i c e sr e q u i r e m e n t s ，t h en e e d sa n da p p l i c a t i o n so fw i r e l e s s b r o a d b a n dt r a n s m i s s i o na r cb o o m i n g n o wt h eb e y o n dt h i r dg e n e r a t i o n ( b 3 g ) m o b i l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e ma n dt h ef u t u r ef o u r t hg e n e r a t i o n ( 4 g ) m o b i l ec o m m u n i c a t i o n s y s t e mt h a ta r ea b l et oa f f o r dh i g h e rt r a n s m i t t i n gd a t ar a t eh a v eb e e nw e l lc o n s i d e r e d a st h ep r o m i s i n gt e c h n i q u e sf o rb 3 g 4 g ，o r t h o g o n a lf 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 ) , w h i c hh a sb e e na p p l i e di nw i r e l e s sl a n ( w l a n ) a n dh i 曲d e f i n i t i o nt v ( a d t 、，) p r o t o c o l s , a n dt h ee m e r g i n gm u l t i p l ei n p u tm u l t i p l eo u t p u t ( m i m o ) ，h a v e b e e nr e g a r d e da se f f i c i e n ta n df e a s i b l es o l u t i o n st ob 3 g 4 gc o m n m n i c a t i o ns y s t e m s u p p o r t e db yt h en a t i o n a lk e y8 6 3p r o j e e to fc h i n a , f u t u r ea n db a s e do nt h e s t u d yo nb 3 g 4 gc o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，t h ed i s s e r t a t i o nw i l lf o c u so ns o m e i m p o r t a n ta s p e c t so fm i m o - o f d m b a s e dm o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，i n c l u d i n g a l la d a p t i v ed e c o d i n ga l g o r i t h mf o rc r s cd u ob i n a r yt u r b oc o d e s ；at u r b op r o d u c t c o d i n gs c h e m eb a s e do ne x t e n d e dh a m m i n gc o d ea n dr a n d o mi n t e r l e a v i n g ；ac r i t e r i o n f o rp e r m u t a t i o np o l y n o m i a lo v e ri n t e g e rr i n g sa n ds e v e r a lg o o dm c f ( m a x i m u m c o n t e n t i o nf r e e ) i n t e r l e a v e rp a t t e r n ；a ni t e r a t i v er e c e i v e rd e s i g nf o rg s t b cb a s e d a b s t r a c t m i m o o f d m a r c h i t e c t u r e ；s v d b a s e d a d a p t i v e t r a n s m i s s i o ns c h e m ef o r m i m o - o f d m s y s t e m s f i r s t l y ，t h em i m oc h a n n e li ss u m m a r i z e di nt 既 f f l s o fc a p a c i 锣，s p a c e - t i m e c o d i n ga n ds p a c e - t i m es i g n a ld e t e c t i o na l g o r i t h m t h et u r b oc o d e si sa l s oa n a l y z e d , a l lo fw h i c he s t a b l i s has o l i df o u n d a t i o nf o rt h es t u d yo fo t h e rc h a n n e lc o d e sa n d i t c r a t i v er e x i v e rd e s i g n s s e c o n d l y a s 龃i m p o r t a n tp a r to ft h ed i s s e r t a t i o n , s e v e r a l k i n d so fe r r o r c o r r e c t i n gc o d e sa r es t u d i e d d u ob i n a r yt u r b oc o d e sa n dt u r b op r o d u c tc o d e sa r e i n c r e a s i n g l yu s e di nw 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 t h ed e c o d i n ga l g o r i t h mf o r c r s cd u ob i n a r yt u r b oc o d e si sd e r i v e d a c c o r d i n gt 0t h es t a t i s t i c so ft h es o r i n f o r m a t i o no ft h ed e c o d e ro u t p u t , t h et h r e s h o l do ft h es t o p p i n gc r i t e r i o ni s d e t e r m i n e dt h r o u g hc o m p u t e rs i m u l a t i o n a na d a p t i v ed e c o d i n ga l g o r i t h mt h a t s w i t c h e sb e t w e e nt h el o g m a pa n dm a x - l o g - m 印a l g o r i t h mb a s e do nt h es o r i n f o r m a t i o nc h a n g ei sp r o p o s e d t h i sa l g o r i t h mc a ne f f e c t i v e l yr e d u c ei t e r a t i o n n u m b e r , d e c o d i n gd e l a ya n dh a r d w a r ec o m p l e x i t y a ne n c o d i n gs c h e m ef o rr a n d o m i n t e r l e a v e dt u r b op r o d u c tc o d e si sp r o p o s e d ，w h i c h , b yi n c r e a s i n gt h em i n i m u m h a m m i n gd i s t a n c ea n dd e c r e a s i n gt h en u m b e ro fc o d e w o r d so f t h i sd i s t a n c e ，l o w e r s i t sb i te r r o rr a t ea n ds i m p l i f i e st h ee n c o d i n gs c h e m e p r e v i o u ss t u d yh a ss h o w nt h a ti n t e r l e a v e ri sa ni n t e g r a lp a r ti ns o n l ek i n d so f g l t o rc o r r e c t i n gc o d e s ，s u c ha st u r b oc o d e s t h ed i s s e r t a t i o ni n t r o d u c e st h e p r i n c i p l ea n dd e s i g nc r i t e r i o nf o ri n t e r l e a v e ra n dg i v e ss o m ei m p o r t a n ti n t e r l e a v e r t y p ea n dd e s i g nm e t h o d s at y p eo fi n t e r l e a v e rb a s e do np e r m u t a t i o np o l y n o m i a l o v e ri n t e g e rr i n g si ss t u d i e da n di t sr e l a t e dm a t h e m a t i c a lt h e o r e ma n dd e s i g n c r i t e r i o na r es t u d i e d s p e c i f i c a l l y ，ad e c i s i o nt h e o r e mi sp r o v e da n ds o m e i n t e r l e a v e rp a t t e r n sw i t hg o o dp e r f o r m a n c ea n dm c fp r o p e r t ya r eg i v e n ，w h i c h p a v e st h ef o rf u r t h e rt h e o r e t i cs t u d ya n dh a r d w a r ei m p l e m e n t a t i o n t oi m p l e m e n ta l l i g hs p e e dt u r b od e c o d e ri nc u r r e n ts t a n d a r d s ，an e wi n t e r l e a v e rs t o r a g es c h e m e f o rv a r i a b l eb l o c kl e n g t h3 g p ps t a n d a r di n t e r l e a v e ri sp r o p o s e d ，w h i c ha v o i d s s t o r a g ec o n t e n t i o n ，i n c r e a s e sd e c o d i n gt h r o u g h p u ta n df a c i l i t a t e sf l e x i b l eo n - c h i p v a b s t r a c t c o n f i g u r a t i o nf o rv a r i a b l es i z e so f 3 g p pi n t e r l e a v e r t h i r d l y , t h ed i s s e r t a t i o ns t u d i e st h ei t e r a t i v er e c e i v e rd e s i g n ss u i t e df o r a s p e c i f i cm i m o - o f d ma r c h i t e c t u r e ( g s t b cb a s e dm i m o o f d m ) b o r r o w i n g f r o mt u r b op r i n c i p l e ，t h i ss c h e m ec o m b i n e st h ee x t r i n s i ci n f o r m a t i o ne x c h a n g e a m o n gt h e c h a n n e le s t i m a t o r , m i m od e m o d u l a t o ra n dc h a n n e ld e c o d e r ，w h i c h r e f i n e st h es i g r l a ld e t e c t i o nt h r o u g hm u l t i p l ei t e r a t i o n s a ne ma l g o r i t h mi sa l s o p r o p o s e dt o r e d u c et h e c o m p l e x i t yi nm a t r i xi n v e r s i o na n de a s et h es y s t e m i m p l e m e n t a t i o n t h i st h e s i sd i s c u s s e st h r o u g hs i m u l a t i o nt h ep a r a m e t e r st h a th a v e i m p a c to nt h ep e r f o r m a n c eo ft h ei t e r a t i v er e c e i v e r , s u c ha sf a d er a t e ，p i l o ts y m b o l s p a c i n ga n di t c r a t i o nn u m b e ra n dg i v e st h ea p p l i c a b l ee n v i r o n m e n ta n dr e a s o n a b l e s e t u pf o rt h er e c e i v e r a d a p t i v et r a n s m i s s i o nt e c h n i q u ei sa l s oak e yt e c h n i q u ew o r t hg r e a ta t t e n t i o n s v d ( s i n g u l a rv a l u ed e c o m p o s i t i o n ) b a s e dm i m o - o f d ms y s t e mi sp r e s e n t e da n d a d a p t i v eb i ta l l o c a t i o ns c h e m e sf o rs v db a s e dm i m o - o f d ms y s t e m sa r es t u d i e dt o a c h i e v eo p t i m a l a v e r a g ep o w e rc o n s u m p t i o n c l a s s i cw a t e r - f i l l i n ga l g o r i t h mi s e x t e n d e dt ot h em i m o - o f d ms y s t e ma n dt h ef r e q u e n c yf l a tc o n s t r a i n ti si n l x o d u c c d r e s u l t i n ga ni m p r o v e da l g o r i t h mw i t hr e d u c e dc o m p l e x i t y b yd e d u c i n gt h eo r d e r e d m a r g i n a lp d fa n dc e n t r a l i z a t i o np r o p e r t yo fw i s h a r tm a t r i x ss i n g u l a rv a l u e s t h e w o r s t - c a s ea n a l y s i so ft h es c h e m ei s g i v e na n dt h er a t i o n a l i t yo ft h ei l s eo ft h e c o n s t r a i n ti sp r o v e d an e w s i m p l eb i ta l l o c a t i o ns c h e m ei sp r o p o s e d ，w h i c ha c h i e v e s n e a r - o p t i m a lp e r f o r m a n c eb ye x p l o i t i n gt h eo r d e r e ds t a t i s t i c so fc h a n n e lm a 圩i x s s i n g u l a rv a l u ea tt h ec o s to fm i n o rc o m p l e x i t yi n c r e a s e t h i ss c h e m ea l s oh a st h e f l e x i b i l i t yi nt r a d e o f fb e t w e e nt h ep e r f o r m a n c ea n dc o m p u t a t i o nc o m p l e x i t yb y s e l e c t i n gt h ec l a s s e so f e i g e n v a l u e s f i n a l l y ，t h ed i s s e r t a t i o ns u m m a r i z e st h er e s e a r c hw o r ka n ds o m ep r o g r e s s e sa n d p o i n t so u ts o m ef u r t h e rr e s e a r c hd i r e c t i o n so fo t h e rt e c h n i q u e si nm i m o - o f d m s y s t e m s k e y w o r d s ：m o b i l ec o m m u n i c a t i o n ，m i m o 。o f d m ，i n t e r l e a v e r ，i t e r a t i v e r e c e i v e r ，a d a p t i v et r a n s m i s s i o n v i 英文缩略语表 3 g 3 g p p 4 g a w g n b 3 g b e r b l a s t c d m a c p c r s c c s i d a b d c t d s p d v b t d f t d b l a s t f d m a f f t f p g a f l l n 瓜e g i g s m 英文缩略语表 1 1 1 i r d - g e n e r a t i o n t h i r d - g 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 f o u r t hg e n e r a t i o n a d d i t i v eg a m s i 幻w h i r en o i s e b e y o n d1 1 1 i r dg e n e r a t i o nm o b i l e e o m m u n i c a t i o i l 8 b i te r r o rr a t e b e l ll a b o r a t o r i e sl a y e r e ds p a c et i m e c o d e d i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s c y c l i cp r e f i x c i r c u l a rr e c u r s i v es y s t e m a t i cc o d e c h a n n e is t a t ei n f o r m a t i o n d i g i t a la u d i ob r o a d c a s t i n g d i s c r e t ec o s i n et r a n s f o r i l l d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s o r d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n g t e r r e s t r i a l d i s c r e t ef o u r i e rt r a n s f o r i l l d i a g o n a lb l a s t f r e q u e n c y - d i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s f a s tf o u r i e rt r a n s f o r n l f i e l dp r o g r a m m a b l eg a t ea r r a y f u t u r et e c h n o l o g yf o ru n i v e r s a l r a d i oe n v i r o n m e n t g u a r di n t e r v a l 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 v i i 第三代 第三代合作伙伴计划 第四代 加性高斯白噪声 超三代移动通信 误码率 分层空时结构 码分多址 循环前缀 循环递归系统码 信道状态信息 数字音频广播系统 离散余弦变换 数字信号处理器 陆地数字视频广搔系统 离散傅里叶变换 对角分层空时码 频分多址 快速傅里叶变换 现场可编程门阵列 未来无线通信技术 保护间隙 全球移动通信系统 a b s t r a c t g s t b c h - b l a s t h d t v i c i c i 球f t m t 2 0 0 0 i t u i s i l d p c l l r l m m s e l s m a p m c m m i m o m 屯 m m s e m p s k o f d m p c c c p d f p i c p m l p s i n r q a m g r o u p w i s e s p a c e - t i m eb l o c kc o d e h o r i z o n t a lb l a s t h i g ad e f i n i t i o nt v i n t e f f e r o a c ec a n c e l l a t i o n i n t e r e a r d e ri n t e r f e r e n c e i n v e r s ef a s tf o u r i e rt r a n s f o r m t h et h i r dg e n e r a t i o ni n t e r n a t i o n a l m o b i l et e l e e o m m u n i c a t i o n s2 0 0 0 i n t e r n a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o nu n i o n i n t e r s y m b o li n t e r f e r e n c e l o w - d e n s i t yp a r i t y - c h e e k l o gl i k e l i h o o dr a t i o l e a s tm i n i m a lm e a ns q u a r e se s t i m a t e l e a s ts q u a r e m a x i m u map o s t e d o f i m u l t i c a r r i e rm o d u l a t i o n m u l t i p l ei n p u tm u l t i p l eo u t p u t m a x i m u ml i k e l i h o o d m i n i m u mm e a ns q u a r e de r r o r m p h a s es h i f tk e y i n g 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 p a r a l l e lc o n c a t e n a t e dc o n v o l u t i o n a l c o d e s p r o b a b i l i t yd e n s i t yf t m e 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 p s e u d om a x i m u ml i k e l i h o o d p o s ts i g n a l - t o - i n t e r f e r e n c e - n o i s er a t i o 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 v i l l 成组空时块码 水平分层空时码 高清晰度数字电视 干扰消除 载波间干扰 逆快速傅里叶变换 第三代移动通信系统 国际电信联盟 符号间干扰 低密度奇校验 对数似然比 最小均方估计 最小平方 最大后验概率 多载波调制 多输入多输出 最大似然 最小均方误差 m 相移键控 正交频分复用 并行级联卷积码 概率密度函数 并行干扰消除 伪最大似然 输出信干噪比 正交幅度调制 英文缩略语表 r s c s d s i s o s n r s t b c s t c s 1 1 s v d 1 d m a t p c v l s i v b l a s t ，l a n w r c z f r e u r s i v es y s t e m a t i cc o d e s p h e r ed e c o d i n g s o f ti n p u ts o f to u t p u t s i g n a ln 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 e - 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 i m e d i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s t u r b op r o d u c tc o d e v e r yl a r g es c a l ei n t e g r a t e dc i r c u i t v e r t i c a lb l a s t w i r e l e s sl o c a la r e an e t w o r k w o r l dr a d i oc o n f e r e n c e z e r of o r c i n g i x 递归系统码 球形译码 软输入软输出 信噪比 空时块码 空时码 空时格码 奇异值分解 时分多址 t u r b o 乘积码 超大规模集成电路 垂直分层空时码 无线局域网 世界无线电大会 迫零 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成 果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明 确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：多挺子， 日期：2 占年夕月2 2 日 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的舰定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被杏阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或手：1 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位沦文属于 不保密回。 ( 请在以l ：力框内打“”) 学位论文作者签名：磊次曩 f j 期：幻d 占年9 月z ，日 ， 孙 己 ，部洲 芒 签孵教 小 鼬 搠 酏 日 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 随着移动通信系统的普及和移动用户的增多，移动通信产业正呈现出空前的 繁荣，同时人们对通信质量的要求也日益提高。与现有的蜂窝移动通信系统相比， 后三代无线通信，也称为下一代( n e x t g ) 无线通信或第四代( f o u r t hg e n e r a t i o n , 4 g ) 无线通信i l 】1 5 j ，将具有更高的语音质量，并提供高数据传输速率业务。同时 人们希望移动终端设备既轻巧便于携带，又可以在各种环境( 室内或室外，郊区 或城市) 中都具备良好的通信质量。人们希望下一代通信系统具有良好的通信质 量、广阔的覆盏范围、更高的频谱利用率，并能在各种环境中使用。 下一代移动通信拟提供高达1 0 0 m b p s 1 g b p s 的数据传输速率，支持的业务 从语音到多媒体业务，包括实时的流媒体业务等。数据传输速率可以根据这些业 务所需的服务质量( q o s ) 的不同而自动进行调整。新一代移动通信系统的另一 个特点是低成本。在有限的频谱资源上实现高速率和大容量，需要频谱效率极高 的技术，而多输入多输出( m u l t i p l ei n p u tm u l t i p l eo u t p u t ，m i m o ) 技术可以在 不增加带宽和天线发送功率的情况下，成倍地提高无线信道容量。m i m o 技术作 为提高数据传输速率的重要手段得到人们越来越多的关注，已经被认为是新一代 移动通信系统的革命技术。 从技术层面来看，第三代移动通信系统主要是以c d m a 为核心技术，第四代 移动通信系统则以正交频分复用技术( 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 ，o f d m ) 和多输入多输出技术最受瞩目，特别是有不少专家学者针 对这两项技术在移动通信技术上的应用，提出相关的理论基础。 m i m o o f d m 系统结合了m i m o 和o f d m 技术的诸多优点，大大提高了系统 容量和传输速率，并能有效地对抗衰落、抑制干扰和噪声，因而被普遍看作4 0 系统方案的有力竞争者，将在其中得到广泛的应用。为了实现新一代移动通信系 统的高速数据传输，有必要对m i m o o f d m 系统中的相关技术进行研究，该研 究是4 0 移动通信系统中一个艰巨而富有挑战性的研究课题。 申请上海交通大学博士学位论文 1 2 下一代移动通信中的关键技术 1 2 1u l u o 技术 无线通信所面临的最大挑战就是非视距传播所带来的信号电平衰落。无线通 信业务的日益增长的要求对于信号处理技术和纠错码设计提出了新的要求。要在 这样的环境中设计一种能保证服务质量的高速无线通信物理层链路，分集技术是 一种有效的抵抗衰落效应的技术，而m i m o 技术 6 1 是其中很有前途的一种。作为 近年来移动通信领域中一项突破性的理论和技术，m i m o 技术被认为是第三代和 未来移动通信与