无线MIMO系统编解码方法的研究

多输入多输出(MIMO)技术是下一代移动通信的关键技术,利用MIMO技术无线通信系统可以获得两种增益:分集增益和多路复用增益。分集增益能够提高数据的传输质量,多路复用增益则能够增加数据的传输速率。

2003年Zheng和Tse提出了分集复用折中的概念,用来衡量MIMO系统方案对分集增益和复用增益的综合利用程度。从此两种增益之间的合理折中被认为是MIMO系统方案的新评价指标,如今MIMO系统分集复用折中最优方案的研究是一个十分活跃的领域。

作为国家自然科学基金项目(项目号:61071089)的子课题,本文针对MIMO系统中常用编解码方案的分集复用折中关系进行了深入的研究。首先介绍了无线MIMO系统的原理和分集复用折中增益的概念及其研究现状。

其次介绍了MIMO系统中的常用线性解码方法:迫零(ZF)解码算法、最小均方误差(MMSE)解码算法、带排序的连续干扰相消(OSIC)解码算法和排序QR分解(SQRD)解码算法,并且分析了这些解码方案的分集复用折中性能,研究发现以上各种解码方案具有相同的分集复用折中关系,但却没有达到系统的最优分集复用折中。然后针对常用的空时编码方案,本文研究了Alamouti空时编码和旋转矩阵编码的分集复用折中性能,分析发现二者的分集复用折中同样没能实现最优分集复用折中。

但是针对部分复用增益点,旋转编码方案实现了最优折中。最后本文探讨了实现MIMO系统最优分集复用折中的条件和实现最优分集复用折中的编解码方案,这是本文的主要创新点。

论文在对最优分集复用折中和通用通信概念进行深入分析的基础上,提出了

实现MIMO系统最优分集复用折中的条件,并且证明了该条件的正确性。然后基于旋转矩阵编码的原理尝试构造了一种特定的旋转编码,并且在接收端使用改进的MMSE-DFE解码算法,研究表明该方案实现了MIMO系统的最优分集复用折中。