【正文】 對于接收端天線數(shù)大于發(fā)射端天線數(shù)的情況同上。這是 MIMOOFDM 系統(tǒng)自適應(yīng)傳輸方法的基礎(chǔ)。假設(shè)發(fā)射機已知理想的信道傳輸狀態(tài)信息,即 進行奇(1,2)cHC?? cH異值分解得到下式: （44）,ccHUV???其中, 和 分別表示 維與 維矩陣,上角標 表示矩陣的共軛轉(zhuǎn)置。則在第 c 個子載波上等效基帶信號的輸入輸出關(guān)系可以表示為: （43）,12,cccyGHFxnC????上式， 表示發(fā)送數(shù)據(jù)，這些發(fā)送數(shù)據(jù)同時從 T 根天線上發(fā)送出去； 表示均衡器cx cy輸出端的接收數(shù)據(jù)。STBC 系統(tǒng)是一種典型的空間分集系統(tǒng)，它通過串并變換將單個數(shù)據(jù)流分解為多個并行的子數(shù)據(jù)流，從多個天線上同時發(fā)送出去；在接收端，同樣使用多個天線來接收數(shù)據(jù)。2．空時編碼 OFDM 系統(tǒng)(Spacetime Coded OFDM，STCOFDM)，即 OFDM 與基于發(fā)射分集的空時碼的結(jié)合，它主要利用信道編碼和多天線陣技術(shù)提高系統(tǒng)的抗衰落特性，從而可以采用多進制傳輸以提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率。如參考文獻 所述，turbo 編碼將時域與頻域結(jié)合起來，所以在一個傳輸幀的連續(xù) OFDM[18]碼元中，一個 turbo 碼字將包含所給分層的被選擇本征模。39。?cRrHccNUVC???39。39。1,2,?[.]crcVv??cVcr波外的接收信號可以被表示如下： cycHxn??39。通過信道估計矩陣的奇異值分解 ，2N?2,[]~(0,)rC??HccUV???我們得到了單位矩陣 ，并通過它來完成線性預結(jié)合。輸入 代表著發(fā)射天線 與接收天線 在子載波 處,[()](,1crtHl trc的復信道增益。B i t t o S y m b o lC o n v . 1P o w e rC o n t r o lS u b c a r r 1P o w e rC o n t r o lS u b c a r r CL i n e a rP r e c o m b .1L i n e a rP r e c o m b .CI F F T1I F F TTI C PP / S1I C PP / STC h a n n e lE s t i m a t i o nS V Damp。研究表明，在發(fā)送端做信道估計時，具有很高的魯棒性，即使是當信道狀態(tài)信息存在誤差時，通過仿真表明，在較低與中等 SNR 時，達到的頻譜效率也比在發(fā)送端不采用信道估計時大。與傳統(tǒng)的 SISO 系統(tǒng)相比，在 MIMO 通信系統(tǒng)中，信道估計技術(shù)以及信號的檢測更具挑戰(zhàn)性，這是由于無線 MIMO 信道本身就較一般的 SISO 信道復雜，而豐富的多徑衰落使得空時 MIMO 信道變成頻率選擇性信道，二者使得 MIMO 信道呈現(xiàn)為一個 FIR 矩陣信道，對它的估計與跟蹤是較困難的。要達到這樣的效果，就需要在接收端使用信道估計技術(shù)來獲得信道衰落信息，因此信道估計技術(shù)是提高無線數(shù)據(jù)接收性能的關(guān)鍵技術(shù)之一。 MIMO 系統(tǒng)中的信道估計在傳統(tǒng)的 SISO 系統(tǒng)中，信道估計算法己經(jīng)有了很深入的研究，并且取得了很多重要的成果，但在對 MIMO 信道的估計中，仍有許多問題需要進一步研究。最后，通過仿真，驗證了 Turbo 碼與OFDM 的性能。圖 39 為 MIMOOFDM 系統(tǒng)仿真曲線圖，橫坐標為 EbN0，單位 dB，縱坐標為誤碼率。寬帶 MIMO 信號模型為： （326）????10(),NliynHlxnv?????為分析信道空間特性的方便，假設(shè)在考察的時間內(nèi)，MIMO 信道為時不變信道( 或假設(shè)考察的是相干時間內(nèi)的信道特征)，重寫上述 MIMO 時變信道：邵陽學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） （327）10()()LlllH??????假設(shè)信道各路徑延遲間隔等于采樣周期，寬帶 MIMO 系統(tǒng)離散信號模型：??10()[]Llllynxvn???? ， （328）1,1,21,2, 2,1,2,()()()()TRRRTMlMhhlllHlll? ?? ??? ?????? ?? 01lL?? 仿真結(jié)果與分析圖 37 為 MIMO 的性能仿真曲線圖，其中橫坐標是 EbN0（信噪比） ，單位為dB，縱坐標是誤碼率。(,)Ht? （323）1,1,21,2, 2,1,2,()()()(,)()()()TRRRTMMhtthttttt???????? ?? ??? ?????? ??則系統(tǒng)模型為： （324）(),)*()ytHxtv???其中， 為發(fā)射信號向量， 為接1()[,()]TxMxtt?? 1[(,)()]RTxMytyt??收信號向量， v(t)為加性高斯白噪聲，*表示卷積。接收端的譯碼算法簡單、復雜度低是空時分組編碼最大的優(yōu)點。在某一時刻，第一根天線發(fā)送數(shù)據(jù) ，第二根天線發(fā)送數(shù)據(jù) ，則在下一時刻，第一1s2s根天線發(fā)送數(shù)據(jù) （ 的共軛取反） ，同時，第二根天線發(fā)送 ，其發(fā)送端的原理*2s? *1框圖如圖 35：I n f o r m a t i o nS o u r c eM o d u l a t o r ??*1212ss????????1*2ss??????2*1T?圖 35 Alamouti 時空編碼框圖假設(shè)接收端有一根天線，如圖 36 所示，則接收端的信號表示為： （322）121*22rhsn???+C h a n n e le s t i m a t o rC h a n n e le s t i m a t o rM Ld e t e c t o r12n1h2h1*2s?2*1sT?T? 121A1S2圖 36 Alamouti 兩根發(fā)送天線傳輸分集方案 性能分析正交空時分組編碼也可以獲得最大的分集增益 mn?？諘r編碼將空間分集、頻率分集及時間分集結(jié)合在一起，從通信系統(tǒng)的整體出發(fā)，提高多徑衰落信道的通信質(zhì)量和數(shù)量。12~,??kIkIcx??12~,???kQc顯然在給定信號幅度a的條件下QPSK符號的平均功率為： (313)????????2,2,2,2, ~axExEPkQkIkQkIs ????若要求QPSK符號功率為1，則 (314)212?a接收端所接收到的QPSK數(shù)據(jù)符號為： (315)??kQkIQkIkQkI jnjxjyy , ????其中 分別為接收到QPSK符號的同相與正交分量， 為均值為零，方差kQIy,. I,.等于 的同相與正交高斯白噪聲分量。kscI?ak （37）??22()2(。()Ik第一次迭代時 （35）2()0eku?從而 （36）??1()aI?由于分量譯碼器 1 生成的外部信息 先驗信息 和信息系統(tǒng) 無ek??1ak???。)kuO(。)ipcI?()iaku?()iaku?生成的外部信息 經(jīng)過解交織/交織后的對數(shù)似然比值?！a字符號或信息符號的概率信息；()kpA——碼字符號或信息符號的概率對數(shù)似然比（LLR，Logarithm Likelihood ?Ratio）。)kuO?2()aku?(),sIc()。 Turbo 譯碼 Turbo 碼譯碼器結(jié)構(gòu) Turbo 碼獲得優(yōu)異性能的根本原因之一是采用了迭代譯碼，通過分量譯器之間軟信息的交換來提高譯碼性能。分量碼既可以是卷積碼，也可以是分組碼，還可以是級聯(lián)碼；兩個分量碼既可以相同，也可以不同。 Turbo 碼編碼原理Turbo 碼的編碼器可以有多種形式，如采用并行級聯(lián)卷積碼（PCCC）和串行級聯(lián)卷積碼（SCCC ）等。由圖 31 可知，發(fā)送端可以大致描述為：輸入比特流經(jīng)過解復用，然后進行Turbo 編碼，碼率為 1/2，編碼后的數(shù)據(jù)流將進入塊交織器進行交織，交織長度為64。如果結(jié)合MIMO 技術(shù)，則可以在不增加系統(tǒng)帶寬的情況下提高頻譜效率，還可以通過分集達到很強的可靠性。并且，在較低與中等信噪比情況下所達到的頻譜效率也比只在接收端知道 CSI 時的頻譜效率高。首先論述了 OFDM 的基本原理，其中包括 OFDM的基本模型、DFT 實現(xiàn)以及保護間隔和循環(huán)前綴的優(yōu)點，接下來對工作中涉及到的MIMO 技術(shù)，即空間分集進行了分析，最后對 MIMOOFDM 技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)進邵陽學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）行了介紹。Alamouti 提出了采用 2 個發(fā)射天線和 1 個接收天線的系統(tǒng)可以得到采用1 個發(fā)射天線和 2 個接收天線系統(tǒng)同樣的分集增益。STTC 把編碼和調(diào)制結(jié)合起來，能夠達到編譯碼復雜度、性能和頻帶利用率的最佳平衡，是一種非常好的編碼。信號檢測的主要算法有：最小均方誤差(MMSE)，迫零(ZF)、最大似然(ML)、并行干擾抵消(PIC)和串行干擾抵消(SIC)?，F(xiàn)在主要有三種空間復用技術(shù)：對角貝爾實驗室分層空時(DBLAST)方案、水平貝爾實驗室分層空時(HBLAST)方案以及垂直貝爾實驗室分層空時(VBLAST) 方案 。3． 自適應(yīng)調(diào)制 自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)的基本思想是自適應(yīng)調(diào)節(jié)信號傳輸?shù)膮?shù)來充分利用當前信道環(huán)境，可以調(diào)節(jié)的參數(shù)包括調(diào)制方式、編碼方式和發(fā)射功率等。常用的信道估計的方法有基于導頻信息和基于導頻符號兩種，而最小均方值方法、最大后驗概率法等估計方法都可以根據(jù)具體要求選用。OFDM 系統(tǒng)的技術(shù)難題都將在 MIMOOFDM 系統(tǒng)中出現(xiàn)，同時 MIMO0FDM系統(tǒng)還要面對 MIMO 方面的一些問題。在 MIMOOFDM 系統(tǒng)中，經(jīng)過空時編碼后輸出與天線數(shù)相同個數(shù)的子數(shù)據(jù)流，這些子數(shù)據(jù)流并行輸入到同樣數(shù)目的 IFFT 變換器，變換后由多個發(fā)射天線發(fā)送，接收端進行相反的操作。MIMO 技術(shù)是在接收端和發(fā)送端都采用多個天線，可以成倍地提高衰落信道下的信道容量。在此，數(shù)字信號固有的時間維度與多個空間分離天線帶來的空間維度聯(lián)合起來。在采用分集技術(shù)時，為了獲得好的分集效果，要求分集接收到的各個信號副本之間的相關(guān)性盡可能的小。接收機使用多個副本包含的信息能比較正確地恢復出原發(fā)射信號。與無衰落的理想信道相比，這種衰落使得接收端可能不能正確地判斷出原發(fā)送信號。這樣，延時小于保護間隔 的時延信號就不會在GT解調(diào)過程中產(chǎn)生 ICI。對于常用的基 2 IFFT 算法來說，其復數(shù)乘法次數(shù)僅為 ，并且隨著子載波個數(shù) 的增加，這兩2log(/)N種方法復雜度之間的差距也越明顯。通過 點的 IDFT 運算，把頻域數(shù)據(jù)符號 試變換為時域id數(shù)據(jù)符號 ，經(jīng)過射頻載波調(diào)制之后，發(fā)送到無線信道中。從圖 可以看出，OFDM 符號頻譜實際上可以滿足奈奎斯特準則，即多個子信道頻譜之間不存在相互干擾，但這是出現(xiàn)在頻域中。矩形脈沖的頻譜幅值為 函?sin()cfT數(shù)，這種函數(shù)的零點出現(xiàn)在頻率為 1/T 整數(shù)倍的位置上。而對其它載id波來說，由于在積分間隔內(nèi)，頻率差別 可以產(chǎn)生整數(shù)倍個周期，所以其積()/ijT?分結(jié)果為零。但在實際應(yīng)用中，根據(jù)數(shù)據(jù)符號的調(diào)制方式，每個子載波的幅值和相位都可能是不同的。 OFDM 的基本模型一個 OFDM 符號內(nèi)包括多個經(jīng)過調(diào)制的子載波的合成信號，其中每個子載波都可以采用相移鍵控(PSK)或者正交幅度調(diào)制 (QAM)的符號映射方法。本章主要是論述MIMOOFDM 系統(tǒng)中的兩個最關(guān)鍵的技術(shù)： MIMO 和 OFDM 技術(shù)的基本原理與實現(xiàn)過程，在搭建整個平臺前提供理論支持。OFDM 通過將頻率選擇性多徑衰落信道在頻域內(nèi)轉(zhuǎn)換為若干個平坦的衰落子信道，從而大大降低了接收端均衡器的復雜度。第四章主要是在前面三章工作的基礎(chǔ)上，對基于發(fā)送端估計信道信息的原理進行比較詳細的闡述，對本文所用的功率注水算法進行研究，通過仿真，對其性能做出分析與比較。首先論述了 OFDM 的基本原理，其中包括OFDM 的基本模型、 DFT 實現(xiàn)以及保護間隔和循環(huán)前綴的優(yōu)點，接下來對工作中涉及到的 MIMO 技術(shù)，即空間分集進行了分析，最后對 MIMOOFDM 技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)進行了介紹。文中論述了基于發(fā)送端估計信道狀態(tài)信息的方法，并對自適應(yīng)功率控制展開了研究，對系統(tǒng)中所用的關(guān)鍵技術(shù)進行了 Matlab 的相關(guān)仿真與分析。（5）可以選用基于 IFFT/FFT 的 OFDM 實現(xiàn)方法。概括起來，OFDM 技術(shù)的優(yōu)點可以包括如下幾個方面：（1）OFDM 技術(shù)的最大優(yōu)點是對抗頻率選擇性衰落或窄帶干擾。八十年代，人們研究如何將 OFDM 技術(shù)應(yīng)用于高速 MODEM。由于這種技術(shù)具有在雜波干擾下傳送信號的能力，因此常常會被應(yīng)用在容易受外界干擾或者抵抗外界干擾能力較差的傳輸介質(zhì)中。目前已經(jīng)有空時網(wǎng)格碼(STTC)、空時分組碼(STBC)、分層空時碼(BLAST) 等一些基本的空時編碼方法。（3）如果能夠在發(fā)射端事先預知信道的某些信息，那么發(fā)射機就可以利用該信息改善系統(tǒng)性能。其主要途徑可以分為兩種：l)空時均衡 MIMO 系統(tǒng)：典型的方法包括線性 MIMO 均衡、MIMO 判決反饋(DF)均衡以及更為復雜的空時 Turbo 均衡等； 2)采用 OFDM 調(diào)制的 MIMO 系統(tǒng)，這在本章后面部分會進行相關(guān)敘述。