mimo系统中的空时编码技术

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1、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：日期：年月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

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3、，Multiple-InputMultiple-Output）得到了广泛的关注。该技术通过增加发射端和接收端的天线数量，显著提高了频谱利用率。Telatar和Foschini做了大量的MIMO信道容量的理论推导工作，指出MIMO信道在理想传播条件下的潜在频谱利用率与天线数量呈线性关系。空时编码（Space-TimeCoding）技术是一种达到或接近MIMO系统容量的极具潜力、可行性极高的新技术。该编码在多根发射天线和各个时间周期的发射信号之间能够产生空域和时域的相关性，这种空时相关性可以使接收机克服MIMO信道衰落的减少发射误码。对于空间未

4、编码系统，空时编码可以在不牺牲带宽的情况下起到发射分集和功率增益作用。空时编码在编码结构上有多种方法，包括空时分组码（STBC）、空时网格码（STTC）、分层空时码（LSTC）、分组空时码（GTSC）等等。所有这些编码方案的核心思想是使用多径能力来获得较高的频谱利用率和性能增益的目的。在已有的试验中，贝尔实验室采用的分层空时编码技术可以获得高达42bit/s/Hz的频谱利用率。这与目前在蜂窝移动系统和无线局域网系统中可获得的频谱利用率2～3bit/s/Hz相比，是一次显著的提高。本章首先介绍MIMO信道的基本概念、模型以及数学建模方法，然后

5、较为详尽地介绍空时编码系统及其性能分析和码字设计准则。这也是后续章节的理论基础。1.2MIMO系统模型假定一个点对点MIMO系统有Nt个发射天线、Nr个接收天线。集中于用离散时间描述的复基带线性系统模型。系统框图如图1-1所示。可用Nr×Nt的复矩阵H来描述信道。hj,i表示矩阵H的第j行、i列元素，代表从第i根发射天线到第j根接收天线之间的信道衰落系数。为了规范，假定Nr根接收天线中每一根天线的接收功率等于总的发射功率。这种假定，实际上忽略了信号传播过程中的信号衰减和方法，包括阴影、天线增益等。于是，得到了信道矩阵H的元素的1规范限定，如

6、下式所示：Nt∑i=12h，=N,j=1,2,...,N(1.1)jitr假定接收端已知信道矩阵，但发射端不确定。那么，可以通过在接收端发射测试序列来估计信道矩阵，再通过可靠的反馈信道将估计的信道状态信息（CSI）发送到发射端。图1-1MIMO系统框图1.22.1信道模型信道是发射端和接收端之间传播媒介的总称，它是任何一个通信系统不可或缺的组成部分。按传播媒介的不同，物理信道分为有线信道和无线信道两大类。有线信道是平稳和可预测的，而无线信道则是随机的，并且不易分析。本小节详细分析了无线信道的数学模型。1.2.1.1多径传播与多普勒频移在蜂窝

7、移动无线环境中，周围的物体（如房屋、建筑或树木）对无线电波会起到反射的作用。这些障碍物会产生幅度衰减和相位延迟的反射波。如果发射一个调制信号，那么该发射信号的多个反射波就会从不同方向经过不同传播延迟到达接收天线。这些反射信号经空中各处的接收机天线接收后，根据其随机相位的不同，对接收信号会起到加强或者减弱的作用。这些多径分量的和形成了一个空间变化的电磁波磁场。因此，移动单元在这个多径场中移动时就可能接收到幅度和相位剧烈变化的信号。由于周围物体在无线信道中移动，因此即使接收端静止不动，接收信号的幅度也可能发生变化。这种由于信道的时变多径特性引起

8、的接收信号幅度上的波动称为信号衰落。由于发射机和接收机之间的相对运动，每个多径波的频率都会发生一定的偏2移。这种由相对运动引起的接收信号的频率偏移叫多普勒频移。频率偏移量与发射机