空間調(diào)制無線傳輸關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、多輸入多輸出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)技術(shù)在發(fā)射和接收端同時(shí)采用多根天線進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)，通過挖掘空間維度資源來顯著提升通信系統(tǒng)的功率效率和頻譜效率。但現(xiàn)有的MIMO傳輸技術(shù)存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、實(shí)現(xiàn)成本高等局限。隨著MIMO技術(shù)研究的深入，空間調(diào)制(Spatial Modulation，SM)作為一種低復(fù)雜﹑低成本的新型MIMO傳輸技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，得到學(xué)術(shù)界廣泛的關(guān)注和研究?？臻g調(diào)制技術(shù)利用MIMO信

2、道資源，以天線的激活狀態(tài)作為調(diào)制手段以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，這種傳輸技術(shù)不僅能夠簡化MIMO的結(jié)構(gòu)和降低實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度，還能滿足未來通信系統(tǒng)多樣化的鏈路配置要求。
　　發(fā)射信號(hào)設(shè)計(jì)和接收信號(hào)檢測和是數(shù)字通信的關(guān)鍵技術(shù)。本論文以空間調(diào)制中的符號(hào)優(yōu)化設(shè)計(jì)和信號(hào)檢測為主要研究對(duì)象，系統(tǒng)地研究了空間調(diào)制中的誤碼率性能分析和檢測算法﹑離散域信息比特的傳輸配置形式優(yōu)化問題以及連續(xù)域中空間調(diào)制系統(tǒng)發(fā)射向量優(yōu)化問題。最后，在分布式多天線系統(tǒng)中，探索了空間調(diào)

3、制的協(xié)同傳輸網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)﹑信號(hào)檢測和性能分析方法。全文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)包括：
　　利用空間調(diào)制系統(tǒng)單天線激活的特性，首先提出了基于概率排序的球形譯碼(Sphere Decoder，SD)算法和分步式匹配濾波(Match Filtering，MF)檢測算法，分析比較了各類檢測算法的復(fù)雜度，給出了算法實(shí)現(xiàn)的簡化方案。其次，論文聯(lián)合信道編碼，把基于概率排序的分步式 MF算法擴(kuò)展到軟輸出情形。仿真結(jié)果表明，所提算法能靈活權(quán)衡系統(tǒng)的比特錯(cuò)誤率(B

4、it Error Ratio，BER)性能與檢測復(fù)雜度。
　　針對(duì)有限反饋信道中空間調(diào)制信息比特傳輸配置的問題，研究了自適應(yīng)調(diào)制(Adaptive Modulation，AM)算法、自適應(yīng)模式切換算法(Transmit Mode Switching， TMS)算法以及兩者結(jié)合方案在空間調(diào)制系統(tǒng)中的應(yīng)用，提出了三種空間調(diào)制自適應(yīng)傳輸方案。所提方案利用獲得的有限反饋信道信息靈活配置發(fā)射天線的調(diào)制方式和發(fā)射天線的數(shù)目，在離散域內(nèi)進(jìn)行發(fā)射

5、比特優(yōu)化分配以提升BER性能。其次，論文推導(dǎo)了所提自適應(yīng)方案的優(yōu)化準(zhǔn)則并比較了各類自適應(yīng)方案的復(fù)雜度與反饋量。特別地，針對(duì)自適應(yīng)空間調(diào)制方案，通過分析備選集合元素的選擇概率，論文提出了兩種低復(fù)雜度的自適應(yīng)算法。仿真結(jié)果表明，本文所提出的自適應(yīng)空間調(diào)制系統(tǒng)相比現(xiàn)有系統(tǒng)具有明顯的BER性能優(yōu)勢。
　　為提高系統(tǒng)對(duì)瞬變信道的魯棒性，本文基于空間調(diào)制的傳輸特點(diǎn)，在連續(xù)域內(nèi)進(jìn)行了發(fā)射端預(yù)編碼矩陣設(shè)計(jì)的研究，推導(dǎo)了預(yù)編碼矩陣的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，提出了

6、基于功率分配和相位旋轉(zhuǎn)的預(yù)編碼方案。為降低預(yù)編碼矩陣求解的復(fù)雜度，本文研究了功率分配預(yù)編碼的兩種簡化算法：基于貪婪算法的功率分配和基于最差情形優(yōu)先的功率分配算法。進(jìn)一步，通過理論推導(dǎo)揭示了功率分配和 AM技術(shù)利用了系統(tǒng)空間信道的不同自由度，從而提出了聯(lián)合功率分配和 AM技術(shù)的空間調(diào)制方案。仿真結(jié)果顯示，所提基于預(yù)編碼的空間調(diào)制系統(tǒng)相比傳統(tǒng)空間調(diào)制系統(tǒng)有顯著的BER性能增益。
　　協(xié)作中繼傳輸已經(jīng)成為移動(dòng)通信的研究熱點(diǎn)之一。為獲得中

7、繼中的空間分集增益，論文提出了基于檢測轉(zhuǎn)發(fā)(Detect and Forward，DeF)的三種中繼傳輸協(xié)議。首先推導(dǎo)了空間調(diào)制中天線索引比特與幅度相位比特的BER性能上界，揭示了傳統(tǒng)空間調(diào)制系統(tǒng)中兩類型比特信息不足以支持不等錯(cuò)誤保護(hù)(Unequal Error Protection，UEP)?；谝陨侠碚摶A(chǔ)，本文在中繼節(jié)點(diǎn)引入分層調(diào)制技術(shù)，以靈活地權(quán)衡基于DeF協(xié)議的空間調(diào)制協(xié)同系統(tǒng)中對(duì)于BER和UEP的不同需求。此外，通過理論分析