【導(dǎo)讀】空頻ＡＬＯＨＡ隨機(jī)接入?yún)f(xié)議。仿真結(jié)果和理論分析均表明，這三。種空頻ＡＬＯＨＡ隨機(jī)接入?yún)f(xié)議均能獲得比較高的吞吐量，從而可以提高系統(tǒng)的有效性。多用戶ＭＩＭＯ技術(shù)對(duì)接收機(jī)算法也提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。本文的第四章首先針。ｉｍｅ，Ｖ－ＢＬＡＳＴ）系統(tǒng)研究了相應(yīng)的信號(hào)檢測(cè)技術(shù)，并將Ｖ－ＢＬＡＳＴ系統(tǒng)與多用戶ＭＩＭＯ系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)。兩根發(fā)射天線，進(jìn)一步設(shè)計(jì)了上行多用戶ＭＩＭＯ的接收機(jī)。仿真結(jié)果顯示，基于球形譯碼（Ｓｐｈｅｒｅ。ｃｅｌｌａｔｉｏｎ，ＺＦ．ＳＩＣ）多用戶檢測(cè)器亦能獲得比較好的效果。ｍｉｔｔｉｎｇａｎｄｒｅｃｅｉｖｉｎｇａｎｔｅｎｎａｓ．ＳｉｎｃｅｔｈｅｓｐｅｃｔｍｍｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｉｓｉｍｐｒｏｖｅｄｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｂｙｔｈｅＭＩＭＯｔｅｃｈｎｏ。Ｉｎｃｈａｐｔｅｒｔｈｒｅｅ，ｗｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅａｈｉｇｈｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ２ｘ２ＭＵ－ＭＩＭＯｒａ

　　

【正文】 測(cè)會(huì)導(dǎo)致非常高的計(jì)算復(fù)雜度，可考慮對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)用戶使 用ＭＵ．ＳＦＣ，接收端采用低復(fù)雜度的ｚＦ檢測(cè)，可取得復(fù)雜度低、性能又好的效果。 圖２．５ＢＰＳＫ調(diào)制下采用ＭＬ譯碼的兩用戶系統(tǒng)平均誤碼率 ＳＮＲ／ｄＢ 圖２ — ６４ＱＡＭ調(diào)制下分別采用ＺＦ譯碼、ＭＬ譯碼的兩川戶系統(tǒng)平均誤碼率 １６ 第二章多用戶空時(shí)／頻聯(lián)合編碼技術(shù) ２．３一種新型的兩用戶ＭＩＭＯ．ＳＣ．ＦｌＯＥ系統(tǒng) ２．３．１ＳＣ．ＦＤＥ系統(tǒng)簡(jiǎn)介 ２．３．１．１系統(tǒng)簡(jiǎn)介 圖２－７ＳＣ－ＦＤＥ的系統(tǒng)框圖 類似ＯＦＤＭ，ＳＣ — ＦＤＥ同樣可以把寬帶的頻率選擇性衰落轉(zhuǎn)變成窄帶的平坦衰 落。近些年來(lái)，ＳＣ－ＦＤＥ以其良好的抗多徑性能、低的峰均功率比（ＰＡＰＲ）、對(duì) Ｄｏｐｐｌｅｒ頻移的不敏感性引起了學(xué)術(shù)界的極大熱情【刀。其相關(guān)的多址接入技術(shù)單載 波頻分多址（ＳＣ．ＦＤＭＡ）已經(jīng)成為３ＧＰＰＬＴＥ的上行多 址方案【１９１１２０ｌ。ＳＣ．ＦＤＥ的 系統(tǒng)框圖如圖２．７所示。 如圖，一列幀長(zhǎng)為Ｍ的數(shù)據(jù)幀ｘ，加循環(huán)前綴并經(jīng)過(guò)多徑信道（循環(huán)前綴的 長(zhǎng)度須大于多徑信道的最大延遲），在接收機(jī)得到的接收信號(hào)可表示為： Ｙ＝ｈ圓Ｘ＋ｎ（２－３２） 其中，ｈ表示多徑信道的功率延遲分布矢量，Ｙ為接收機(jī)的接收信號(hào)，ｎ為接 收機(jī)的熱噪聲矢量，０代表循環(huán)卷積。去掉循環(huán)前綴并進(jìn)行ＦＦＴ后，由循環(huán)卷積 的特性可得： Ｙ＝Ｈ幸Ｘ＋Ｎ（２－３３） 其中，Ｙ代表去掉循環(huán)前綴并進(jìn)行ＦＦＴ后所得的信號(hào)。Ｈ代表功率延遲分布 矢量ｈ的ＦＦＴ變換，Ｘ代表ｘ 的ＦＦＴ變換。下面考慮兩種頻域均衡方式估計(jì)出ｘ。 ２．３．１．２ＺＦ均衡 對(duì)于Ｙ，左乘－ａｎ權(quán)矩陣Ｈ。１即可估計(jì)出Ｘ，Ｈ一表示Ｈ的逆矩陣。即： Ｘ＝Ｈ一 ‘ 書Ｙ（２．３４） 當(dāng)信噪比比較低的時(shí)候，采用ｚＦ均衡對(duì)噪聲具有放大作用。 ２．３．１．３ＭＭＳＥ均衡 對(duì)于Ｙ，左乘加權(quán)矩陣（Ｈ Ⅳ Ｈ＋萬(wàn)２Ｉ）一Ｈ Ⅳ 可估計(jì)出Ｘ，萬(wàn)２表示噪聲方差。即： １７ 電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 ｘ＝（ ⅡⅣ Ｈ＋６２Ｉ）一１Ｈ胃幸Ｙ（２．３５） 估計(jì)出Ｘ后，對(duì)Ｘ進(jìn)行ＩＦＦＴ變換后即可求出ｘ的估計(jì)值ｘ 。 ２．３．２ＳＣ．ＦＤＥ系統(tǒng)中的傳統(tǒng)空時(shí)碼 圖２．８ＳＣ．ＦＤＥ中的空時(shí)碼的數(shù)據(jù)幀格式刪 圖２．９ＭＩＭＯ．ＳＣ．ＦＤＥ中的空時(shí)碼接收機(jī)【２川 文獻(xiàn)［２０】給出了單用戶ＭＩＭＯ．ＳＣ．ＦＤＥ系統(tǒng)中ＭＭＳＥ均衡方案。 記天線ｆ的的第ｋ個(gè)數(shù)據(jù)塊的第療個(gè)符號(hào)為五似 ’ （甩）。在時(shí)刻ｋ＝０，２，４，．．．，信源 產(chǎn)生長(zhǎng)度為 Ⅳ 的數(shù)據(jù)塊ｘ。似 ’ （刀）和Ｘ２（ｋ）（，ｚ）。在時(shí)亥Ｕｋ＋ｌ，如圖２．８所示采用下面的 發(fā)送分集方案： Ｘｌ（ｋ＋１）（，ｚ）＝一霹 168。 （（一擰）＿ Ⅳ ），Ｘ２（ｋ＋１）（，１）＝ｉｒ ’ （（一，１）． Ⅳ ）（２ — ３６） 刀＝Ｏ，１，．．．， Ⅳ 一１，ｋ＝０，２，４，．．．。其中，（．）和（．） Ⅳ 代表復(fù)共軛和模 Ⅳ 操作。另外，長(zhǎng) 度為ｙ的循環(huán)前綴用來(lái)對(duì)抗多徑干擾，使線性卷積變成循環(huán)卷積。要注意每根發(fā) 射天線功率為１／２。 考慮基站只有一根接收天線，在時(shí)刻ｋ和ｋ＋１，如圖２－９所示接收天線接收的 數(shù)據(jù)塊可以表示為： Ｙ ‘ ７ＬＨｉｔＪ）ｘＩ ‘ ７ ’ ＋Ｈ２（Ｊ）ｘ２ ‘ ７ ’ ＋ｉｌ ‘ ｎ，Ｊ＝七，ｋ＋ｌ（２－３７） 其中Ｈ。 ‘ ７ ’ 和Ｈ，（， ’ 為發(fā)射天線１和發(fā)射天線２的第＿，個(gè)數(shù)據(jù)塊到接收天線的循 環(huán)信道狀態(tài)矩陣。類似單天線的 情況，對(duì)ｙ ‘ ， ’ 進(jìn)行ＤＦＴ變換，可得： １８ 第二章多用戶空時(shí)／頻聯(lián)合編碼技術(shù) 有： Ｙ ‘ ７ ’ ＝ＡｌＸＩ ‘’’ ＋Ａ２Ｘ２ ‘ ７ ’ ＋Ｎ ‘ ， ’ （２．３８） 其中，Ａ。和Ａ２為對(duì)Ｈｌ ‘ ７ ’ 與Ｈ２ ‘ ７ ’ 進(jìn)行ＤＦＴ變換后的對(duì)角矩陣。根據(jù)式２－３６， ＸＩ（七＋ｌ ’ （?。揭徊妫?‘ Ｄ（聊），ｘ２（Ｍ ’ （ｍ）＝寸 ’ （瓏） 另外，假設(shè)信道在相鄰的兩個(gè)數(shù)據(jù)塊內(nèi)保持不變，即： Ｈｆ ‘‘ ＋１ ’ ＝Ｈ，‘‘ 卜Ａｆ 所以： Ａｆ ‘ ㈣＝Ａ ‘‘ 卜Ａｆ 合并式２．３８、式２ — ３９、式２－４０、式２－４ １可得： Ｙ筌［善：：Ｉ，］＝ＡＩ：．含］［妻１］＋［：：。］竺心＋Ｎ （２－３９） （２－４０） （２－４１） （２－４２） 由于Ａ為一正交矩陣，我們可對(duì)式２－４２的兩邊同時(shí)乘以Ａ。，可得下式： 疊竺［善：：。，］＝Ａ ’ Ｙ＝［言吳］［妻；］＋雨蘭ｗｘ＋Ｎ ｃ２ — ４３， 根據(jù)式（２．３４）和式（２．３５），可分別采用ＺＦ均衡和ＭＭＳＥ均衡準(zhǔn)則求出Ｘ。 ２．３．３一種新的多用戶ＭＩＭＯ．ＳＣ．ＦＤＥ系統(tǒng) ２．３．３．１多用戶ＭＩＭＯ．ＳＣ．ＦＤＥ系統(tǒng)模型介紹 基于２．２節(jié)中的多用戶空時(shí)／頻聯(lián)合編碼準(zhǔn)則，本章提 出了一種新的多用戶 ＭＩＭＯ．ＳＣ．ＦＤＥ系統(tǒng)。并與傳統(tǒng)的多用戶ＭＩＭＯ．ＳＣ．ＦＤＥ系統(tǒng)（即采用２．３．２節(jié)中 的空時(shí)編碼技術(shù)）相對(duì)照，仿真發(fā)現(xiàn)，這種新型的多用戶ＭＩＭＯ．ＳＣ．ＦＤＥ系統(tǒng)能 獲得更低的平均誤碼率。 新型的多用戶ＭＩＭＯ．ＳＣ．ＦＤＥ系統(tǒng)框圖如圖２．１０所示，傳統(tǒng)的多用戶 ＭＩＭＯ．ＳＣ．ＦＤＥ系統(tǒng)框圖如圖２．１１所示。為簡(jiǎn)化分析，僅在基站接收機(jī)端考慮采 用ＺＦ檢測(cè)。 如圖２．１０所示，當(dāng)一個(gè)ＳＣ．ＦＤＥ系統(tǒng)中存在多個(gè)用戶、每個(gè)用戶有兩根發(fā)射 天線時(shí)，可考慮先對(duì)發(fā)送的數(shù)據(jù)幀采用信號(hào)空間分集 技術(shù)（先進(jìn)行星座圖旋轉(zhuǎn)）、 １９ 電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 再進(jìn)行相位旋轉(zhuǎn)，再采用２．３．２節(jié)所用的傳統(tǒng)ＳＣ－ＦＤＥ空時(shí)碼可獲得比每個(gè)用尸亙 接用傳統(tǒng)的ＳＣ．ＦＤＥ空時(shí)碼獲得更優(yōu)的性能。 Ｓｃ－ＦＤＥ中的多用戶空時(shí)碼發(fā)射機(jī)：一 叵乎壁野毋匿圈 ≦畫亟亙乎砸掣●●●●●■ ：：：：：： ●●●■●■●●●●●●●●●●●● ●●●●● ［亙?nèi)型酰ㄈ葆兀陦m（事黜蘭竺！！蘭竺竺竺蘭！竺卜蘭＿（三亙釅 圖２．１０基于名用戶牢時(shí)編碼準(zhǔn)則的名用戶ＭＩＭＯ．ＳＣ．ＦＤＥ系統(tǒng) ＳＣ－ＦＤＥ中的基于單用戶空時(shí)編碼準(zhǔn)則的多用尸發(fā)射機(jī)：一 匝叵卜醫(yī)畫亟垂ｐ伍疊鱸 匝叵卜區(qū)垂巫塹Ｐ伍巫驢 ；；； ：：： 吁匡亟亟亙丑上伍匾圃事 圖２．１１基于單用戶空時(shí)編碼準(zhǔn)則的多用戶ＭＩＭＯ．ＳＣ．ＦＤＥ系統(tǒng) ２．３－３．２多用戶ＭＩＭＯ－ＳＣ — ＦＤＥ系統(tǒng)中的碼宇介紹． Ｋ表示系統(tǒng)中用戶的個(gè)數(shù)，￡表示多徑的條數(shù)，Ｍ表示每個(gè)用戶發(fā)射天線的 個(gè)數(shù)。 第ｋ個(gè)用戶的多用戶空時(shí)碼字結(jié)構(gòu)如下式所表示： 而 ‘168。 ：［（麗。似 ’ ）７ ’? （麗，肚 ’ ）ｒＯｒ】７（２．４４） 其中： ／＝斟Ｑ＝刪ｆ ’ ｏ為。填充矩陣＇其大，Ｊ 、為（ Ⅳ 瑚啦，每個(gè)子塊耐 ” 都為ＱｘＭ，的矩陣，對(duì)于ｐ＝ｌ， ? ，而言，有： 麗Ｐ ‘‘’ ＝ｄｉａｇ（ｚｐ㈨）（Ｉ＾，＠１川圓么）（２．４５） 其中：唬為ＫｘＫ矩陣ｍ的第ｋ列 第二章多用戶空時(shí)／頻聯(lián)合編碼技術(shù) 西＝ １ ≧ 卜１ ?≧ ≧ １ ?≧ ２ ≧ 肛１ ≧ 肛２ ? １ ≧ ＝一ｏ。５。 ｚ－－，（ｋ）為長(zhǎng)度為Ｑ的列向量，由下式給定： 孑，仕 ’ ＝ｏｘＰ㈣ （２－４６） （２ — ４７） ０由以下Ｑ Ｑ矩陣Ｙ的ＱｘＱ階主子陣（即前Ｑ行與前Ｑ列所構(gòu)成的矩陣）： Ｙ＝Ｒ Ⅳ ｄｉａｇ（１緲 ? 妒Ｑ 一）（２－４８）２ 其中，亙：２Ｆｂｌ：０１，Ｅ為參Ｑ。的ＤＦＴ矩陣，伊：ｅｘｐ（ｊ２，ｒ／４Ｑ一），卜］代表比ｘ 大的最小整數(shù)。ｘ， ‘‘’ 為符號(hào)塊ｘ。的第Ｐ個(gè)子塊。 ２．３．３．３ＭＩＭＯ．ＳＣ．ＦＤＥ系統(tǒng)的多用戶聯(lián)合空時(shí)碼的一些例子 例一：Ｋ＝２，Ｍ，＝２，Ｌ＝１ 麗Ｉ ‘ ｎ： 碼（１） 矽％ ‘ １ ’ ? 鴨（１） 加４ ‘ １ ’ ，而２ ‘ ｎ： 矽％ ‘ ２ ’ 鴨 ‘ ２） ≧ 鴨 ‘ ２ ’ ｍ４（２） （２－４９） 其中 【，ｚＩ ‘‘’? ｍ４（ｋ）】７ ’ ＝ｏ［五 ‘168。? ｘ４ ‘‘ ）］Ｔｋ＝１，２（２．５０） 例二：Ｋ＝２，Ｍ＝ ３，Ｌ＝１ 麗ｌｏ ’ ： ｒｔｌｌ（ ” 矽鴨 ‘” ｍ３（Ｉ） ≧ 加４ ‘” ｍ５（Ｉ） ≧ 他 ‘” ，而２似 ’ ： ［％ ‘168。? 餼 ‘‘’ 】７ ’ ＝ｏ吲‘’? 氣 ‘‘ ）】Ｔｋ＝１，２ 例三：Ｋ＝３，Ｍ＝２，Ｌ＝１ ２１ ｍ５（２） 矽ｍ６ ‘ ２ ’ （２－５１） ％加 ％加 電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 麗ｌ ‘ ｎ： 碼（１） 矽％ ‘ １ ’ 痧２鴨 ‘ １ ’ ％（Ｉ） ≧ 鴨 ‘ １ ’ 妒２％ ‘ １ ’ ．麗２似 ’ ： ≧ ２瑪 ‘ ２ ’ ≧ ｍ２ ‘ ２ ’ 鴨（２），麗３ ‘ ｎ： 矽ｍ４ ‘ ３ ’ 矽２％ ‘ ３ ’ ｍ６（３） （２ ? ５２） 慨 ‘168。? 眠 ‘‘’ 】ｒ＝０［ ‘‘‘’? 吒 ‘‘ ｎｋ＝ｌ，２，３（２．５３） ｆｆｄｌ四－Ｋ＝２，Ｍ＝２，Ｌ＝２ 而Ｊ ‘168。 ： ％ ‘ 咖％ ，卯，（ 矽％ ．麗２ ‘168。 ： ≧ ｍｌ ‘ ２ ’ ％（２） ≧ 鴨 ‘ ２ ’ 豫（２） ≧ 冊(cè)５ ‘ ２ ’ 餼 ‘ ２） 痧％ ‘ ２ ’ 佩（２） （２ — ５４） ［碼 ‘168。? ，ｌＢ ‘‘ 下＝ｏ［五 ‘‘’? 毛 ‘‘ 璣ｋ＝ｌ，２（２．５５） ２．３．３．４多用戶時(shí)間反轉(zhuǎn)空時(shí)碼 在第一個(gè)時(shí)隙，用戶／的天線１發(fā)送麗／似 ’ 的第一列，記為Ｅ；天線二發(fā)送而， ‘‘’ 的第二列，記為Ｐ２。在第二個(gè)時(shí)隙，天線１發(fā) 送麗』似 ’ 的第二列的時(shí)間反轉(zhuǎn)的負(fù)共 軛，記為Ｅ： Ｐ３＝一Ｐ２ ’ ＜（一甩）＞． Ⅳ ，（刀＝Ｏ，１，．．．， Ⅳ 一１）（２－５６） 天線２ＳｔｅＭ～』似 ’ 的第１列的時(shí)間反轉(zhuǎn)的共軛，記為Ｐ４： Ｐ４＝Ｐｌ ’ ＜（一ｎ）＞ Ⅳ ，（，ｚ＝Ｏ，１，．．．，Ｎ－１）（２ — ５７） 以長(zhǎng)為６４的數(shù)據(jù)幀Ｍ，（ｏ，１，．．．６３）為例，天線１在第二個(gè)時(shí)隙發(fā)送的便是： Ｐ３＝一Ｐ２ ’ （Ｏ，６３，６２ ? ，１），（刀＝Ｏ，１，．．．，Ｎ－１）（２－５８） 這種融合了多用戶空時(shí)碼設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和ｓｃ．ＦＤＥ中傳統(tǒng)空時(shí)編碼準(zhǔn)則的空時(shí)碼 本文稱作多用戶 時(shí)間反轉(zhuǎn)空時(shí)分組碼（Ｍｕｌｔｉ — ＵｓｅｒＴｉｍｅＲｅｖｅｒｓａｌＳｐａｃｅ．ｔｉｍｅＢｌｏｃｋ Ｃｏｄｅｓ，ＭＵ．ＴＲ — ＳＴＢＣ）。 ＂ ㈣ ，塒 “∥ ｏ．㈣。 ∞ 坩釁鏟 ” ｍ Ｄ ｍ硝慨耐熾 第二章多用戶空時(shí)／頻聯(lián)合編碼技術(shù) ２．３．４仿真結(jié)果與分析 仿真情形一： 仿真參數(shù)：歸一化Ｄｏｐｐｌｅｒ頻移五Ｚ＝１０４，采用６４點(diǎn) Ⅲ ＦＴ，多徑信道設(shè)置為 等功率的兩徑，一徑時(shí)延為０，另一徑時(shí)延為１０個(gè)采樣周期，每徑功率為１／２，采 用１６ＱＡＭ調(diào)制，基站接收天線數(shù)目為１。 仿真結(jié)果如圖２．１２所示。本次實(shí)驗(yàn)仿真了單個(gè)用戶情形單天線下ＳＣ．ＦＤＥ系 統(tǒng)采用ＺＦ均衡、最小均方誤差（ＭＭＳＥ）均衡、單個(gè)用戶２發(fā)射天線下的誤比特 率。從圖中可發(fā)現(xiàn)分集系統(tǒng)比未分集系統(tǒng)的性能優(yōu)勢(shì)、ＭＭＳＥ均衡算法比起ＺＦ 均衡算法的優(yōu)勢(shì)。 圖２－１２單用戶ＳＣ－ＦＤＥ系統(tǒng)性能 仿真情形二： 仿真參數(shù)：歸一化Ｄｏｐｐｌｅｒ頻移以互＝１０～，采用６４點(diǎn)ＩＦＦＴ，多徑信道設(shè)置為 單徑，采用１６ＱＡＭ調(diào)制，基站接收天線數(shù)目為２。多用戶空時(shí)編碼準(zhǔn)則如式２．４９ 所示。 仿真結(jié)果如圖２．１３所示。由圖可發(fā)現(xiàn)采用基于 信號(hào)空間分集技術(shù)的多用戶空 時(shí)ＭＩＭＯ．ＳＣ．ＦＤＥ系統(tǒng)與傳統(tǒng)的多用戶ＭＩＭＯ．ＳＣ．ＦＤＥ系統(tǒng)相比，能獲得明顯的 分集增益與編碼增益。在ＢＥＲ為１０。３時(shí)，前者性能約好２ｄＢ。 仿真情形三： 仿真參數(shù)：歸一化Ｄｏｐｐｌｅｒ頻移石Ｚ＝１０。，采用６４點(diǎn)ＩＦＦＴ，多徑信道設(shè)置為 ２３ 電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 等功率的兩徑，一徑時(shí)延為０，另一徑時(shí)延為ｌＯ個(gè)采樣周期，每徑功率為１／２，采 用１６ＱＡＭ調(diào)制，基站接收天線數(shù)目為２。多用戶編碼準(zhǔn)則如式２．５４所示。 仿真結(jié)果 如圖２．１４所示。由圖可發(fā)現(xiàn)采用基于信號(hào)空間分集技術(shù)的多用戶空 時(shí)ＭＩＭＯ．ＳＣ．ＦＤＥ系統(tǒng)與傳統(tǒng)的多用戶ＭＩＭＯ．ＳＣ。ＦＤＥ系統(tǒng)相比，能獲得明顯的 分集增益與編碼增益。在ＢＥＲ為１０弓時(shí)，前者性能約好２ｄＢ。 將圖２．１３與圖２．１４對(duì)比，可發(fā)現(xiàn)，不管是采用多用戶編碼準(zhǔn)則的多用戶 ＭＩＭＯ．ＳＣ．ＦＤＥ系統(tǒng)，還是采用單用戶編碼準(zhǔn)則的單用戶ＭＩＭＯ．ＳＣ．ＦＤＥ系統(tǒng)， 在單徑情況下的性能均優(yōu)于多徑情況下的性能。 圖２．１３多用戶ＭＩＭＯ．ＳＣ — ＦＤＥ系統(tǒng)性能一 仿真情形四： 仿真參數(shù)：歸一化Ｄｏｐｐｌｅｒ 頻移石Ｉ＝１０～，采用６４點(diǎn)ＩＦＦＴ，多徑信道設(shè)置為 等功率的兩徑，一徑時(shí)延為０，另