论文部分内容阅读
随着无线通信用户数量与业务需求的不断增长,传统的SISO(单输入单输出)通信系统已无法满足新一代无线通信系统对数据传输速率和传输质量的要求。无线通信频率资源有限性和高速率通信需求间的矛盾推动着高频谱利用率的通信技术不断涌现。MIMO(多输入多输出)技术提供了空间自由度,而多载波技术使时-频资源可以重新划分。MIMO技术利用无线空间中的多径分量在不增加系统带宽的情况下提升了通信系统的容量或增强了系统的传输可靠性,但它对信道的频率选择性衰落十分敏感。OFDM(正交频分复用)技术将频率选择性衰落信道化为平坦衰落信道,有效地弥补了MIMO技术的缺陷;同时OFDM系统中所有子载波相互正交、相互重叠,提高了系统的频谱效率。但是受到多径效应的影响,OFDM系统的性能严重恶化。将MIMO技术与OFDM技术相结合能充分发挥两者的优势同时弥补各自的不足。本文对MIMO多载波系统进行了深入的研究,主要包括无线信道的分析、最优信道容量的推导、最优空间自由度利用方式的探索以及MIMO-OFDM系统相位噪声的消除方法,具体内容如下:1)深入分析了3GPP提出的SCM(空间信道模型)。首先,对SCM进行预处理,使其适用于数字仿真模型。其次,从理论和仿真两个角度分析多天线情况下,SCM子信道的互相关性。最后推导了不考虑和考虑天线间互耦效应情况下的SCM信道容量,并进行了仿真验证。2)基于信道的时-频-空三维划分理论推导了MIMO多载波系统的容量上限理论。MIMO多载波系统具有时间、频率、空间三个自由度,因此可以从这三个维度来优化和设计通信信号。本文在前人研究的基础上,首先给出了三维的联合通信资源的定义以及一组符号为研究单元的系统模型,然后在相关约束下建立了最优信道容量的目标函数,进而推导得出三维约束条件下系统容量上限。3)提出了一种广义空间调制技术。在传统的MIMO系统中,天线只是用来形成信息传输的物理链路,而在广义空间调制系统中,天线不仅用来形成物理射频链路,而且采用发送天线的组合来承载信息比特,即把选择的发送天线组合作为虚拟的空域星座图进行信息比特的调制。相比SISO系统,广义空间调制系统提高了系统的频谱效率。此外,由于所有选择的发送天线传输相同的数字调制符号,一方面避免了信道间干扰,另一方面提供了分集增益,从而提高了通信系统的可靠性。本文从理论和系统仿真两个方面分析论证了提出算法的正确性。4)优化了SSK技术中的码字。根据可重构天线的特点,研究基于可重构天线的SSK(空移键控)优化码字设计。理论分析表明基于这种码字的SSK调制系统的信号检测准确度得到了提高。对采用两种算法的系统误码率的仿真也验证了理论推导的结果。5)研究了利用空间冗余信息进行信号纠错的算法。传统的通信系统中都是利用时域的冗余信息进行信号的检错和纠错。MIMO技术的提出使得空间可以划分,即通信系统增加了空间一维自由度。本文研究了信道编码在空域实现的两种方式,给出了系统的框图和传输信号设计,仿真分析了系统的性能。6)探索了MIMO-OFDM系统中相位噪声的消除算法。分别讨论了改进的相位噪声自消除算法以及基于全相位快速傅里叶变换的MIMO-OFDM系统解调算法。在改进的相位噪声消除算法中,首先研究了相位噪声的特点,并基于此设计了信号的结构,从而达到降低相位噪声的目的。而全相位FFT解调算法利用全相位FFT解调结果不受相位偏移影响的特点,有效地避免了相位噪声的干扰。本文分别从理论分析和仿真两个角度验证了算法的优越性。