高铁车地通信体系之酉空时调制计算仿真研究

《高铁车地通信体系之酉空时调制计算仿真研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、高铁车地通信体系之酉空时调制计算仿真研究第1章绪论1.1课题研究背景及意义移动通信的快速发展使得人类对通信技术的要求越来越高，传统的语音业务已不能完全满足用户对通信的需求，系统需要为用户提供更多种类更高质量的业务服务，例如视频、会议等高速数据业务，研究如何提高系统容量及通信质量成为许多业内人士共同关注的话题。为了提高信道容量，信息论的香农定理指出，如果不增加信道带宽和发射功率，多天线系统能够获得比单天线系统成倍增加的信道容量⑴，这为新一代无线通信技术的发展幵启了新篇章，随之而來的MIMO(Multiple-InputMultiple-Output)多输入多输出天线技术被广泛研究并应用。多天线系

2、统为信息传输提供了多个信道，信号经过信道时会受到多径衰落的影响，若想对抗此衰落，增大发射功率、改变天线尺寸又会对其他信号接收机造成干扰，而分集技术正是在不改变两者的前提下提高链路传输可靠性，这也成为对抗多径衰落的一个重要方法。分集技术是将发送信号的多个副本发送给接收机，虽然各个副本经历不了不同程度的衰落，但接收端的统一处理会大大降低信号衰落的概率，这对正确判决原始信号是非常有帮助的但是实现分集技术的一个前提条件是各个信号时间之间保持相互独立，空时码是在多天线技术的基础上发展起来的[7],利用多天线提供的多信道并行发送信息，分别在时间上和空间上实现分集，大大提高了系统频带利用率和数据传输速率，这

3、一重大突破获得了许多业内人士的认可。..1.2国内外研究发展现状在多天线前提下的空时编码技术起源于20世纪90年代中后期，理论分析和仿真结果都表明它能够提高链路传输的有效性，进而改善系统性能。空时码最早由贝尔实验室的Foschini等人提出BALST(LayeredSpace-TimedCodes)的分层空时结构[丨7],基于BALST衍生出了垂直分层BALST(V-BALST)、水平分层BALST(H-BALST)和对角分层BALST(D-BALST)不同的分层方案，这些方法是将待发送的数据分成并行的数据流，分另1J对它们进行独立的编码和调制，是以实现最大速率为目标。1998年，Tarokh

4、提出了可空时码(STC)概念，通过在时间和空间上分别进行编码实现了多天线的发射分集增益，Tarokh还提出了一种分集阶数不高的网格空时码，虽然性能很好，但是当发送天线数目固定时，STTC的译码复杂度与传输速率成指数级关系，其译码复杂度很高，随后Almaouti提出了一种简单的两天线发送分集方案，并且其译码算法较简单。Tarokh等人从中收到启发，将实方矩阵的正交原理扩展到非方阵和复正交矩阵设计中，并将其运用到任意发射天线数目的发送分集系统，提出了STBC编码方案和设计准则[19_，虽然STBC没有STTC性能好，但其译码复杂度很小。STBC凭借其构造容品译码简单的特点被广泛应用到3G及4G标准

5、技术中。为了在最大速率与最大分集之间取折中，LD码适用于任意数目的发送和接收天线，这种码字能够使发送信号和接收信号之间的互信息量最大。后来，Damen和Gamal又完成了DAST码、TAST码的设计，实现了全分集和全速率。第2章MIMO信道模型及酉空时调制原理2.1MlM0多天线系统模型本章首先介绍了两种信道下MIMO多天线系统模型，针对发送信号符号周期与相干时间r的大小关系将信道分为准静态信道和连续时变信道，分别对其建立相应的输入输出模型。详细阐述了酉空时编码的概念及基本原理，讨论了一种基于傅里叶变换的信号矩阵设计方法，在获得了最佳星座的前提下仿真分析了星座图数目的多少和相干时间的大小对酉空

6、时系统的影响，得出了星座图数目Z越少误码率越低、相千时间r越大误码率越低的结论。..2.2酉空时调制基本原理2.2.1酉空时调制定义酉空时编码为快时变信道下的信息传输提供了一个很好的解决方案，它能提高信息传输的可靠性。关于码字矩阵的设计，文献[29]提出了一种用傅里叶变换矩阵作为初始矩阵而后利用旋转因子生成待发送矩阵的方法来完成矩阵的设计。前面讲到，将信息比特调制成的待发送矩阵既要保证列与列之间的正交性，让矩阵的列向量携带原始信息，又要保证矩阵与矩阵之间的相关性最小，而对于傅里叶矩阵来说正好符合上述条件，而对于矩阵与矩阵之间的相关性的限制则要通过不同的方法来搜索最佳星座图从而使待发送的矩阵相关

7、性最小，文献[29]釆用了部分搜索的方法保证发送矩阵的相关系数最小。如下图2-3和2-4表示在T=5的情况下M分别为1和3时，不同i数值对酉空时系统的影响。图2-3中，i=2、4、8的三条曲线相差不大，1=16时误码率明显上升。图2-4中，1=2与1=4曲线误码率相差不大，而i：=8与i：=16这两条曲线相差不多，两个仿真结果图都符合Z增大系统误码率增高的趋势，另外，还要考虑到发送天线数目M的影响