高频谱效率自适应tucm和空时码的研究

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1、高频谱效率自适应TuOM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SISO(单输入单输出)信道中能够获得近信道容量限的自适应TuCM(Turbo编码调制)技术，和在MIM0(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SIS0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TuCM和空时码的研究提供

2、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SIS0信道的Jakes仿真模型，在该模型基础上，提出了一种MIM0信道仿真方法。TuCM是一种基于Turbo码，性能优于传统格状编码调制(TcM)，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TuCM方案有多种，选择何种TuCM方案与自适应传输进行有机结合，是研究自适应TuCM需要首先解决的问题。为此本文对目前几种典型的TuCM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TuCM的方案。然后，对选定的TuCM作进一步研究，综合出了一种算法简

3、洁、稳定性、收敛性较好的Log．MAP迭代译码算法。根据选定的TuCM特性，本文提出了一种自适应TuCM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TuCM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3dB左右，相对于传统的自适应TCM具有2—3dB左右的功率增益。考虑时

4、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TuCM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TuCM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TuCM误码率的拟台数学表达式。分析与仿真都表明，自适应TuCM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

5、仿真。对在MIMO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-Blast分层空时码作了较为详细和深入的研究。首先研究基于zF和MMSE准则的基本V-Blast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

6、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(U3}，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SISO通信中相同调制方式相比较，末编码的V-Blast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-Blast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-Blast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-Blast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

7、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-Blast时，本文提出了一种基于TuCM的分层空{j寸码(TuCM．Blast)。研究结果表明。引入TuCM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10“误比特率下，基于M／viSE准则的TuCM—Blast相对于未编码的V-BlaSt可以获得7dB左右的功率增益，它只需要8dB的接收信噪比即可获得8bits／s／Hz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

8、空时码分别能够在sIs0和lf【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。OFDM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OFDM结合起来，是一种可用于宽带的新一代