（通信与信息系统专业论文）高频谱效率自适应tucm和空时码的研究.pdf

高频谱效率自适应t u o m 和空时码的研究 摘要 随着频谱资源的日趋紧张和移动通信不断向高速通信方向发展，对高频谱效率通 信技术的研究越来越具有重要的理论意义和迫切的实际应用需求。本文即围绕高频谱 效率这一主题，对在s i s o ( 单输入单输出) 信道中能够获得近信道容量限的自适应 t u c m ( t u r b o 编码调制) 技术，和在m i m 0 ( 多输入多输出) 信道中能够获取极高频谱 效率的空时码技术，展开研究。 本文首先简要回顾岛适应传输技术的发展历史与研究现状：给出了在s i s 0 信道 中进行自适应传输韵债道容量和m 信道容量，分别为自适应t u c m 和空时码的研究 提供了信息论基础和频谱效率评价标准；为了仿真研究需要，介绍了s i s 0 信道的 j a k e s 仿真模型，在该模型基础上，提出了一种m i m 0 信道仿真方法。 t u c m 是一种基于t u r b o 码，性能优于传统格状编码调制( t c m ) ，既不牺牲带宽又 具有很高编码增益的新编码调制技术。目前提出的t u c m 方案有多种，选择何种t u c m 方案与自适应传输进行有机结合，是研究自适应t u c m 需要首先解决的问题。为此本 文对目前几种典型的t u c m 方案进行了较为系统的介绍与比较分析，选定了最适合于 自适应t u c m 的方案。然后，对选定的t u c m 作进一步研究，综合出了一种算法简洁、 稳定性、收敛性较好的l o g m a p 迭代译码算法。 根据选定的t u c m 特性，本文提出了一种自适应t u c m 系统方案，对该方案的自适 应方法进行了优化设计。在优化衰落域时，利用了非线性规划方法进行了优化与划分。 在确定截止衰落深度时，通过修改原截止衰落深度，可降低系统的中断概率。然后在 考虑一些实际因素基础上，提出了衰落域数目可变的次最优自适应方法。分析与仿真 结果表明，根据次最优自适应方法的自适应t u c m 在瑞利衰落信道中，获得的平均频 谱效率性离衰落信道容量限仅差3 d b 左右，相对于传统的自适应t c m 具有2 3 d b 左 右的功率增益。 考虑时延和信道估计这些非理想情况对性能的影响，是自适应传输在实际应用时 必须着重研究的问题。本文就时延和信道估计误差对自适应t u c m 的性能影响进行了 定性与定量的理论分析和实验仿真。为了解决定量分析时缺乏准确的t u c m 误码率数 学表达式的问题，本文提出了种拟合数学模型，从而得到t u c m 误码率的拟台数学 表达式。分析与仿真都表明，自适应t u c m 对时延和信道估计误差非常敏感。为了克 服这一缺点，在分析最优功率自适应算法的函数特性基础上，本文提出了一种改进的 申请上海交通大学工学博士学位论文 功率自适应算法，并对算法参数的确定及其性能进行了分折与仿真。 对在m i m o 信道中具有高频谱效率的空时码进行研究时，本文先综述性地比较研 究了目前几类典型空时码。通过比较研究，发现了如果着眼于高频谱效率并兼顾复杂 性考虑，分层空时码是一个较为合适的折中选择。因此本文将分层空时码作为着重研 究的对象。 基于复杂性考虑，在研究分层空时码时，本文只对v - b l a s t 分层空时码作了较为 详细和深入的研究。首先研究基于z f 和m m s e 准则的基本v - b l a s t 信号检测算法的 原理。由于基本检测算法需要反复地计算信道矩阵的伪逆，因而算法不但复杂性高， 而且数值稳定性差。为了降低算法的复杂性、提高数值稳定性，本文详细研究了一种 平方根信号检测算法，该算法不但将计算复杂度从o ( 肘4 ) 降到o ( u 3 ，而且具有较 好的数值稳定性。 仿真结果表明：当收发天线数较多时，与s i s o 通信中相同调制方式相比较，末编 码的v - b l a s t 能够以较低信噪比代价和可承受的复杂性显著地提高频谱效率；收发天 线数不仅是v - b l a s t 提高频谱效率的决定因素，而且还是降低检测所需信噪比的关键 所在。此外本文还就信道估计误差对v - b l a s t 的性能影响进行了仿真研究。仿真结果 表明，收发天线数相等的v - b l a s t 抗信道估计误差能力比较差。当接收天线数大于发 送天线数时，则具有较好的抗信道估计误差能力，且收发天线数越多、调制阶数越低， 抗信道估计误差能力就越强。 在研究编码的v - b l a s t 时，本文提出了一种基于t u c m 的分层空 j 寸码 ( t u c m b l a s t ) 。研究结果表明。引入t u c m 能够显著提高分层空时码的性能。当收 发天线数为6 、4 时，在1 0 “误比特率下，基于m v i s e 准则的t u c m b l a s t 相对于未编 码的v - b l a s t 可以获得7 d b 左右的功率增益，它只需要8 d b 的接收信噪比即可获得 8 b i t s s h z 的频谱效率。 最后本文介绍了自适应编码调制和空时码在新一代蜂窝移动通信中的应用。尽管 自适应编码调制和空时码分别能够在s i s 0 和l f 【i 通信中获得很高的频谱效率，但是 它们都是基于窄带的频率非选择性( 平坦) 衰落信道，不适合直接用于频率选择性( 非 平坦) 衰落信道。o f d m 能够将宽带的非平坦衰落信道转换为一组并行正交的窄带平坦 衰落信道。因此，将自适应编码调制和空时码与o f d m 结合起来，是一种可用于宽带 的新一代蜂窝移动通信的有效解决方案。本文对基于这种结合的新一代蜂窝移动通信 的物理层传输技术进行了简要阐述。 关键词；高频谱效率，自适应传输技术，t u c m ，自适应t u c m ，m i m o ，空 时码，o f d m ，新一代移动通信。 i i a b s t r a c t s t u d y o i la d a p t i v e t u c m & s p a c e t i m ec o d e sw i t h h i g hs p e c t r a le f f i c i e n c y a b s t r a c t r e s e a r c h i n g o nt h ec o m m u n i c a t i o nt e c h n i q u ew i t hh i g hs p e c l x a le f f i c i e n c yi sv e r yi m p o r t a n ta n d s t r i n g e n t ，w h i l et h es p e c t r a lr e s o u l eb e c o m e sm o r ea n dm o r er a r e ，a n dt h er a t eo fm o b l i e c o m m u n i c a t i o nb e c o m e sm o r ea n dm o r eh i 曲c o n c e n t r a t i n go nt h es u b j e c to fh i g hs p e c t r a l e f f i c i e n c y , t h i st h e s i ss t u d i e so nt h ea d a p t i v et u c m ( t u r b oc o d e dm o d u l a t i o n ) w h o s es p e c t r a l e f f i c i e n c yi sn e a rt ot h ec h a n n e lc a p a e i t yo v e rs i s o ( s i n g l ei n p u t ：s i n g l eo l l 印u t ) e h m m e l ，a n do n t h es p a c et i m ec o d e st h a tc a na c h i e v ev e r yh i g hs p e c t r a le f f i c i e n c yo v e r 皿m o ( m u l t i p l ei n p u t m u l t i p l eo u t p u oc h 州n e t s i nt h ep r o l e g o m e n o n , t h eh i s t o r ya n dc u r r e n td e v e l o p i n go f a d a p t i v et r a n s m i s s i o na r ei n t r o d u c e d i nb r i e f ；t h ec h a n n e lc a p a c i t yo fa d a p t i v et r a n s m i s s i o no v e rs i s oc h a n n e la n dt h em i m oc h a n n e l c a p a c i t ya r ei n t r o d u c e d w h i c ha r et h ei n f o r m a t i e nt 1 1 e o r yf u n d a m e n to ft h ea d a p t i v et r a n s m i s s i o n a n ds p a c ec o d e s ，a l s ot h ec r i t e r i o nf o r e v a l u a t i n gt h e i rs p e c t r a le f f i c i e n c y i no r d e rt o t a k e s i m u l a t i o n ，t h ej a k e sc h a n n e ls i m u l a t i o nm o d e lf o rs i s oc h a n n e li si n t r o d u c e d a n dan e w s i m u l a t i o nm e t h o df o rs i m u l m i n gt h em i m oc h a n n e li sp r o p o s e d w i l hh g hc o d eg a i na n dw i t h o u ts a c r i f i c i n gb a n d w i d t h t u c mi san e wc o d e dm o d u l a t i o n t e c h n i q u e ，w h i c hh a sb e r e rp e r f o r m a n c et h a nc o n v e n t i o n a lt r e i l l sc o d e dm o d u l a t i o nr r c m ) t h e r e a r es o l - f i et u c ms c h e m e s p r o p o s e da tp r e s e n t t or e s e a r c ho na d a p t i v et i j c m a l la p p r o p r i a t et u c m s c h e m es h o u l da tf i r s tb es e l e c t e dt oc o m b i n ew i t ha d a p t i v et r a n s m i s s i o n i nt h i st h e s i s ，a f t e r d e t a i l e d l ys t u d y i n ga n dc o m p a r i n gt h r e et y p i c a lt u c ms c h e m e s ，w es e l e c ta no p t i m a ls c h e m ef o r a d a p t i v e1 1 u c m t 1 1 e n ，w er e s e a r c ho nt h i st u c ms c h e m ei nd e p t h ，a n ds y n t h e s i z eal o g - m a p i t e r a t i v ed e c o d i n ga l g o r i t h mw i t hs i m p l i c i t y , g o o ds t a b i l i t y , a n dg o o da s t r i n g e n c y a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e ro ft h es e l e c t e dt u c m ，w ep r o p o s ea na d a p t i v et u c ms c h e m e ，a n d o p t i m i z ei t sa d a p t a t i o n w eu t i l i z et h en o n l i n e a rp r o g r a m m i n gm e t h o dt oo p t i m i z et h ef a d i n g r e g i o n s b yr e v i s i n gt h eo l dc u t o f ff a d i n gd e p t h ，t h en e wc u t o f ff a d i n gd e p t hc a nr e d u c eal o t o u t r a g ep r o b a b i l i t y a f t e rc o n s i d e r i n gs o m ep r a c t i c a lf a c t o r s ，w ep r o p o s ean e ws u b o p t i m a l a d a p t a t i o nm e t h o d i nw i t c ht h en u m b e ro ft h ef a d i n gr e g i o n sj sv a r i 8 b l e ，t h ea n a l y t i c a la n d s i m u l a t i n gr e s u l t ss h o wt h a t ，o u rs u b o p t i m a la d a p t i v et u c ms c h e m ec a na c h i e v eas p e c t r a l e f f i c i e n c yw h i o hi so n l ya b o u t3d ba w a yf r o mt h ef a d i n gc h a n n e lc a p a e i t y , h a s2 - 3d bp o w e rg a i n o v e rc o n v e n t i o n a la d a p t i v et c m i nt h ep r a c t i c a la d a p t i v et r a n s m i s s i o n ，w em u s tp u te l y l p h a s i so nr e s e a r c h i n go nw h a t p e r f o r m a n c ed e t e r i o r a t i o nw i l lh a p p e nd u et ot i m ed e l a ya n de s t i m a t i o ne r r o r t h u s ，r eq u a l i t a t i v e l y a n dq u a n t i t a t i v e l ya n a l y z ea n ds i m u l a t et h ep e r f o r m a n c eo fa d a p t i v et u c mw i t ht i m ed e l a ya n d e s t i m a t i o ne r r o r i no r d e rt or e s o l v et h ep r o b l e mt h a tt h e r ei sn oa c c u r a t eb e r e x p r e s s i o nf o rt u c m ， af i t t i n gm a t h e m a t i c a lm o d e li sp r o p o s e d b yf i t t i n gt h es i m u l a t i o nd a t a ，w eg e tt h ef i t t i n gb e r i l l a b s t r a c t e x p r e s s i o nf o rt u c m t h ea n a l y t i c a la n ds i m u l a t i n gr e s u l t ss h o wt h a t , a d a p t i v et u c mi sv e r y s a n s i t i v et ot i m ed e l a ya n de s t i m a t i o ne r r o r i no r d e rt oo v e r c o m et h i ss h o r t c o m i n g a f t e ra n a l y z i n g t h ef u n c t i o nc h a m c t c ro ft h eo p t i m a lp o w e ra d a p t a t i o n ，w ep r o p o s en i li m p r o v e dp o w e ra d a p t a t i o n t h e nw ea n a l y z eh o wt os e l e c tt h ep a r a m e t e ri nt h ei m p r o v e dp o w e ra d a p t a t i o n , a n ds i m u l a t et h e p e r f o r m a n c eo f a d a p t i v et u c m w i t ht h ei m p r o v e dp o w e ra d a p t a t i o n w h e ns t u d y i n go nt h es p a c et i m ec o d e sw i t hh i g hs p e c t r a le f f i c i e n c y , w ef i r s ts y n t h e t i c a l l y c o m p a r es o m et y p i c a ls p a c et i m ec o d e s b yc o m p a r i s o n , w ef i n dt h el a y e rs p a c et i m ec o d ei sag o o d c a n d i d a t e ，i ft h eh i g hs p e c t r a le f f i c i e n c ya n dc o m p l e x i t ya r eb o mc o n s i d e r e d t h e r e f o r e ，w ep u t e m p h a s i so nr e s e a r c h i n go nl a y e rs p a c et i m ec o d e c o n s i d e r i n gt h 6c o m p l e x i t y , w eo n l yr e s e a r c ho nv - b l a s t a r e ra n a l y z i n gt h eb a s i cv - b l a s t s i g n a ld e t e c t i o na l g o r i t h mb a s e do nz fa n dm m s ec r i t e r i o nr e s p e c t i v e l y , w ef i n dt h eb a s i c a l g o r i t h mh a sn o to n l yh i 曲c o m p l e x i t y , b u ta l s ob a dd i g i t a ls t a b i l i t y , b e c a u s et l l e yr e q u i r ec o m p u t e t h ep s e u d o i n v e r s eo fc h a n n e lm a r xa g a i na n da g a i n i no r d e rt or e d u c ec o m p l e x i t ya n di m p r o v e d i g i t a ls t a b i l i t y , w ed e t a i l e d l yr e s e a r c ho nas q u a r er o o ts i g n a ld e t e c t i o na l g o r i t h m t h i sa l g o r i t h m c a nn o to n l yr e d u c et h ec o m p l e x i t yf r o m o ( m 4 ) t oo ( m 3 ) ，b u ta l s o h a sv e r yg o o dd i g i t a l s t a b i l i t y t h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a t ，t h eu n c o d e dv - b l a s tc a no b t a i nv e r yh i g hs p e c t r a le f f i c i e c y w i t hb e a r a b l ec o m p l e x i t ya n dw i t hs a c r i f i c i n gal i t t l es n r , c o m p a r i n gw i t ht h es a l t l em o d u l a t i o ni n s i s oc o m m u n i c a t i o n ，t 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 ei sn o to n l yv e r yi m p o r t a n tf o r i n c r e a s es p e c t r a le f f i c i e n c y , b u ta l s oi sk e yf a c t o rt od e c r e a s et h es n r r e q u i r e df o rd e t e c t i o n t h e p e r f o r m a n c ed e t e r i o r a t i o nc a u s e db ye s t i m a t i o ne r r o ri sa l s os i m u l a t e d t h er e s u l t ss h o wt h a t ， v - b l a s tw i l lh a v eg o o da b i l i t yo fa n t i - e s t i m a t i o n - e r r o rw h e nt h en u m b e ro ft h er e c e i v ea n t e n n a ei s m o r et h a nt h et r a n s m i ta n t e n n a e a n dt h em o r et h en u m b e ro f t r a n s m i ta n dr e c e i v ea n t e n n a ei s ，t h e b e t t e rt h ea b i l i t yo fa n t i - e s t i m a t i o n e r r o ri s a n dt h el o w e rt h eo r d e ro ft h em o d u l a t i o ni s ，t h eb e t t e r t h ea b i l i t yo f a n t i - e s t i m a t i o n e r r o ri s d u r i n gr e s e a r c h i n go nc o d e dv - b l a s t ，al a y e rs p a c et i m ec o d eb a s e dt u c m ( t u c m b l a s t ) i s p r o p o s e d t h er e s u l t ss h o wt h a t ，u s i n gt u c mc a ng r e a ti m p r o v et h ep e r f o r m a n c eo f t h el a y e rs p a c e t i m ec o d e w i t h6r e c e i v ea n t e n n a ea n d4t r a n s m i ta n t e n n a e ，a tt h eb e ro f1 0 _ 6 ，t h c m - b l a s tb a s e d m m s ec r i t e r i o nc a l lg e ta b o u t7d bp o w e rg a i no v e ru n c o d e dv - b l a s t ，i tc a na c h i e v e8 b i t s s h z s p e c t r a le f f i c i e n c ya t8d bs n r a tt h ee n do ft h i st h e s i s ，w es t u d yo na p p l y i n ga d a p t i v ec o d e dm o d u l a t i o na n ds p a c et i m ec o d et o t h en e wg e n e r a t i o nc e l l u l a rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n a l t h o u 曲a d a p t i v et r a n s m i s s i o na n ds p a c et i m e c o d ec a na c h i e v ev e r yh i g hs p e c t r a le f f i c i e n c y , t h e ya r eb o t hd e s i g n e df o rf r e q u e n c yn o n - s e l e c t i v e ( f l a t ) f a d i n gc h a n n e l ，c a nn o t b es t r a i g h t w a ya p p l i e dt of r e q u e n c ys e l e c t i v e ( n o n f l a t ) f a d i n gc h a n n e l , o f d mc a nt r a n s f o r mw i d e b a n dn o n f l a tf a d i n gc h a n n e li n t oag r o u po fp a r a l l e lf l a tf a d i n g s u b c h a n n e l 。t h e r e f o r e ，c o m b i n i n gt h e mw i t hg f d m i sp e r f e c ts o l u t i o nw h e n t h e ya r ea p p l i e dt ot h e n e wg e n e r a t i o nc e l l u l a rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n t h ep h y s i c a lt r a n s m i s s i o nt e c h n i q u eo ft h en e w g e n e r a t i o nc e l l u l a rm o b i l ec o m m u n i e a t i o ni si n t r o d u c e di nb r i e f k e y w o r d s ：h i g hs p e c t r a le f f i c i e n c y , a d a p t i v et r a n s m i s s i o n ，t u c m ，a d a p t i v et u c m ，m i m e s p a c et i m ec o d e ，o f d m ，t h en e w g e n e r a t i o nc e l l u l a rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n 英文缩写说明 3 g 3 g p p a g w n b b e r b l a s t d b l a s t d f t d p s k d u s t m f f t i d f t i s i l l r l o g m a p l s t m a p m i m o m m s e m p s k m q a m n s c 0 英文缩写说明 t h et h i r dg e n e r a t i o nm o b i l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m 3 mg e n e r a t i o np a r n e r s h i pp r o j e c t a d d i t i o n a lg a u s sw l l i t en o i s e s i g n a lb a n d w i d t h b i te r r o rr a t e b e l ll a b sl a y e rs p a c et i m e 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 r m d i f f e r e n t i a lp u l s es h i rk e y i n g d i f f e r e n t i a lu n i t a r ys p a c et i m e m o d u l a t i o n f a s tf o u r i e rt r a n s f o r m 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 r 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 g a r i t h m i cl i k e h o o dr a t e l o g a r i t h m i cm a x i m u map o s t e r i o r p r o b a b i l i t y l a y e r s p a c et i m ec o d e m a x i m u ma p o s t e r i o rp r o b a b i l i t y 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 n i m a lm e a ns q u a r ee r r o r m a r yp u l s es h i f tk e y i n g m a r 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 n o n - r e c u r s i v es y s t e m i cc o d e t h e d e n s i t yo f n o i s ep o w e r v 第三代移动通信系统 第三代合作项目 加性高斯白噪声 信号带宽 误比特率 贝尔实验室分层空时码 对角分层空时码 离散傅立叶变换 差分相移键控 差分酉空时调制 快速傅立叶变换 反离散傅立叶变换 符号间干扰 对数似然比 对数最大后验概率 分层空时码 最大后验概率 多输入多输出 最小均方误差 m 进制相移键控 m 进制正交幅度调制 非系统卷积码 噪声功率谱密度 申请上海交通大学工学博士学位论文 o f d m 眦r p e p q p s k r c c r l s r s c r s t t c s n r s i s 0 s o v a s t b c s t t c s t t u c t c m t d d 妒 一 t u c m u s t m 蹦 v _ b l a s t z f 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 f i p l e x i t y p e a kt oa v e r a g ep o w e rr a t i o p a i re r r o rp r o b a b i l i t y q u a d r a t u r ep u l s es h i rk e y i n g r e c u r s i v ec o n v o l u t i o n a lc o d e r i c c a t ir e c u r s i v el e a s ts q u a r e s r e c u r s i v es y s t e m i cc o d e r e c u r s i v es p a c et i m et r e l l i sc o d e s i g n a lt on o i s er a t e s i n g l ei n p u ts i n g l eo u t p u t s o f to u tv i t e r b ia l g o r i t h m s p a c et i m eb l o c kc o d e s p a c et i m e1 l e u i sc o d e s p a c et i m et u r b oc o d e t k 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 nd u p l e x t h et h c eo fm a t r i x 1 、曲oc o d e dm o d u l a t i o n u n i t a r ys p a c et i m em o d u l a t i o n t e r b ia l g o r i t h m v e r t i c a lb l a s t f o r c ez e r o v i 正交频分复用 峰值平均功率比 成对差错概率 正交相移键控 递归卷积码 r i c c a t i 递归最小平方算法 递归系统卷积码 递归空时格码 信噪比 单输入单输出 软输出维特比算法 空时分组码 空时格码 空时t u r b o 码 格状编码调制 时分双工 矩阵彳的迹 t u r b o 编码调制 酉空时调制 维特比算法 垂直分层空时码 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，均己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：f 也呼孚。 日期：7 n 啦年1 月， 旧 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、使用学位论文的规定， 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， 允许论文被查阅和借阅。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、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密豸，在垦年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密口。 ( 请在以上方框内打“、”) 学位论文作者签名：4 易咛嘉v e t 期：泗年月f 年日 指导教师签名：孪文孱 日期：撕年，月f 伯 上海交通大学学位论文答辩决议书 申 请者 侄守承 所住学料 螂专 纨务彩 ( “母业 论文题目 襁谝教牟局鹱应兀例旁堙楣萄研究 答辩日期 2 。4 。t t 乓 地t j i 铫哲围罕蹶易厅一二缕 答辩委员会成员 姓名薄+棼f 畎称签名 砥毽民里瑚- ；4 -弼辱赶 f 尊喜反 五辱碇磊丑长哮饵磊缝嗡说 髟理上趱主通天尊钙每粼 铂滩 王象亍丘邂逝i 季谚榭 彩孑 豫系绣芝辑蠢通六喙词槲 勰浅 宝主汤生一越獭r 津翻辘蟓文睁 锋压云蝴碜天学埒瑚 l 主b ， 哼7 - y z 评语和决议： 伍守豪同学的论文戏高频谱效率白适应t u c m 和尘对码的研究是宽带移动通信的热点研究问题之一， 具有重要的理论意义和应用价值。 论文在对t u c m 、空时码的各种编译码算法进行详细理论分析的基础上，提出了t u c m 的l o g - m a p 选代译码算法以度一种自适应t u c m 方案通过对各种环境下的仿真评估，论文就时延和信道估计误差聍 白适应t u c m 的- 建能影响进行了研究，撮据拟舍数学模型提出了一种准确的t u c m 误码率衅拟合数学表选 式论文还基于自适应t u c m 对时延和信道估计误差非常敏感的特点，参考近似最优功率自适应算法具有 一次线性函数的特性，提出了一种改进的功率自适应算法，并利用非线性规划方珐时寰拳域进行了优化与 划分，提出了衰落域教目可变的次最扰自适应方法论文还给出了v - b l a s t 分层空时码的乎方 墨信号捡测算 法在噪声方差为任意方差时的详细推导，提出并研究了一种基于t u c m 的t u c m b i 函方案 论文条理清楚，叙述全面，创新点明显论文结果表明谊生在通信领域具有坚实宽广的理论基础和系 统深八的专门知识，独立从事科学研究的能力强 答辩时叙述清楚，回答问题正确答辩委员会经无记名投票，一致同意通过伍守豪同学埒博士学植抢 文答辩，并建议投学位评定委员兮授予其工学博士学位 表决结果： 甜劐会捕f 导蝴签名) 一弛年1 月，少臼 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 十余年来，移动通信以前所未有的速度向前发展。移动通信的飞速发展不仅体现 在移动用户数量的高速增长上，而且表现为移动通信所提供业务种类的增加和业务质 量、通信速率的提高。然而，移动通信所必须依赖的频谱资源受限。特别是随着移动 用户数量的急剧增长和通信业务种类的增加，受限的频谱资源更是日趋紧张。受限频 谱资源日趋紧张和宝贵的典型例子是，为了满足各自的第三代移动通信系统( 3 g ) 的 发展需要，前些年在北美和欧洲，各大电信运营商即使在3 g 商用前景尚不明朗下都 不惜斥以巨资在频谱拍卖中争夺有限的频谱资源。 移动通信中，研究高频谱效率技术，不但是解决频谱资源受限的需要，而且高频 谱效率对实现未来高速移动通信具有重要意义。这是因为，如果频谱效率低，则需要 使用很宽的带宽来实现高速通信。在移动通信中，由于衰落的存在，带宽越宽所带来 的频率选择性衰落和符号间干扰就越严重，系统实现越复杂、越困难。而高频谱效率 技术则可以大大降低高速通信的带宽需求。 在现有非自适应的移动通信系统中，为了抗信道深度衰落，不得不为通信链路增 加一个固定链路余量来保障系统性能。因此这些系统都是针对最坏信道条件进行有效 设计，它不仅没有充分利用信道容量，使系统的频谱利用率不高，而且增加了因提高 发射功率而带来的多用户干扰。自适应编码调制技术根据信道的衰落状况自适应地调 整编码调制方式与发送功率，能够充分利用信道容量，在提高频谱效率上具有突出优 点。t u r b o 编码调制( t u c m ) 是一种性能优于传统格状编码调制( t c m ) 。既不牺牲带 宽又其有很高编码增益的新编码调制技术。因此研究将自适应传输与t u c m 结合起来 的自适应t u c m 对提高频谱效率具有重要理论价值和实际意义。 在单收发天线的单输入单输出( s i s o ) 通信信道中，自适应传输技术是从充分利 用信道容量的角度来提高频谱效率的，其所能获得的频谱效率无法超越s i - s o 信道容 量。近年来，人们对多收发天线的通信系统进行研究时，发现基于多收发天线的多输 入多输出( m i m o ) 信道能够提供巨大信道容量，m i m o 信道容量不但突破了传统s i s o 信道容量限束缚，而且m i m o 信道容量是s i s o 信道容量的倍数关系。空时码即是基于 m i m o 信道的信道编码，因而它在提高频谱效率上具有内在的极为广阔的潜能。研究高 频谱效率的空时码对未来高速无线与移动通信具有非常重要的意义。 本文即是对自适应t u c m 和空时码两个分别能够在s i s o 和m i m o 通信信道中获 得高频谱效率的技术进行研究。 申请上海交通大学工学博士学位论文 1 2 白适应传输技术 二十世纪六十年代后期，j f h a y e s 首先提出自适应传输的概念“3 ，但是当时由 于缺乏好的信道估计技术和受硬件实现条件的制约以及系统无法提供反馈信道等因 素，对它的