【正文】 額外增加系統(tǒng)帶寬和 發(fā)射功率、純粹以計(jì)算 復(fù)雜度換取分集增益的未編碼的多維調(diào)制方案。當(dāng)分集階數(shù)很大的時(shí)候，多維正交幅度調(diào)ＳｔＪ（ＱＡＭ）星座圖 對(duì)信道衰落變得不敏感，其性能接近于高斯信道下的系統(tǒng)性能【１７ｌ。其 系統(tǒng)模型如圖２－１所示。我們可以通過(guò)對(duì)每一維使用Ｇｒａｙ映射而使ｍ個(gè)ｂｉｔ映射到一個(gè)ｎ維星座 圖中。 在這里，信道建模為一獨(dú)立的瑞利（Ｒａｙｌｅｉｇｈ）衰落信道，即假設(shè)Ｕ的各個(gè)分量 衰落是獨(dú)立的。為滿足 假設(shè)的要求，這里引入了分量交織器。但其也會(huì)帶來(lái)一個(gè)不利的影響， 就是會(huì)使發(fā)射信號(hào)的包絡(luò)不穩(wěn)定。刀：， ? ，刀。ｏ代表分量積，伍＝（ｑ，％， ? ，口。 在對(duì)接受信號(hào)的各分量進(jìn)行解交織后，我們可以對(duì)解交織后的信 號(hào)采用最小 化以下等式的最大似然（ＭＬ）譯碼： ，ｌ（ｕＩｒ＇旺）：窆Ｉ，；＿ｑ％１２（２－１） ｉ＝１ 采用ＭＬ譯碼譯出ｕ后，對(duì)Ｉｉ進(jìn)行星座圖反旋轉(zhuǎn)可得到ｘ。在本章不做討論。 文獻(xiàn)【１７】介紹了兩類格，一類叫Ｚ叫：格，另一類叫ＺＭ格。這里刀必須滿足刀－－２唧３龜，ｅａ，乞＝ｏ，１，２ ? 。 如要構(gòu)建一個(gè)分集增益為ｎ／２的格，可采用復(fù)旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)矩陣： Ｍ＝ １１ ? ｌ 儡島 ? Ｉ ：： ｑ ∥ ２一島 “ ２－１已 ∥ 也－１ （２ — ２） 或者采用實(shí)旋轉(zhuǎn)矩陣，只需要將Ｍ矩陣的任意單元ａ＋弘用２ｘ２矩陣 一６１代替即可。對(duì)于Ｚ４：。對(duì)于乙。由圖可見，在 衰落信道下采用了信號(hào)空間分集的系統(tǒng)性能要優(yōu)于未采用信號(hào)空間分集的系統(tǒng)。 格、Ｚ４：。當(dāng)然，性能的改善也是以復(fù)雜度的增加為代價(jià)的。格和Ｚ４：。前者需要對(duì)兩 個(gè)１６Ｑ～Ｖｌ信號(hào)譯碼，后者僅需對(duì)一個(gè)１６ＱＡＭ信 號(hào)譯碼。現(xiàn)對(duì)多用戶ＭＩＭＯ信道作如下假設(shè)【１６１： 第ｋ個(gè)用戶的第－，根發(fā)射天線和基站的第ｉ根接收天線之間的信道為抽頭數(shù)為 ￡的多徑，該多徑可以表示為： ｈｕ（ｔ，＝［噍．，（Ｉ ’ （ｏ）， ? ，嗚，（Ｉ ’ （￡一１）］，（２．３） 其中，ｆ＝１， ? ，Ｍ，ｊｆ＝１， ? ，Ｍ，ｋ＝１， ? ，Ｋ，其中ｒ代 表轉(zhuǎn)置。 ’ ， ●■■一一 １＝０ 假設(shè)所有的信道都為塊衰落，即路徑增益見，似 ’ （，）在一個(gè)相干的時(shí)間間隔里為 常量。 接收機(jī)完全知道信道狀態(tài)信息，發(fā)射機(jī)則完全未知。令 ｘ 168。 ◆ Ｈｉ．，似 ’∈ Ｃ Ⅳ 代表用戶ｋ的第／根發(fā)射天線到基站（Ｂｓ）的第ｆ根接收天線之 間的頻率響應(yīng)。 】（２．５） 其中ｆｒ『＝［１ｅ－Ｐ胛『７ｃ ? ｅ－Ｊ２研 ‘Ⅳ 一１ ’ ７￡】ｒ． ９ ４Ｑ互＋㈨ Ⅸ” 珥撕 篁乙同Ｋ ∑ 捌 ＝ｒ．－ 中其 電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 可將式２＿４寫成： 其中： 其中： Ｙ＝Ｃｈｆ＋ｚｆ Ｃ ∈ Ｃ Ⅳ 。．ｒｒ 令ｈ＝［ｈ。給定任意的信道實(shí)現(xiàn)ｈ，任意的 獨(dú)立碼字Ｃ和侖的成對(duì)錯(cuò) 誤概率由下式給赳１６】： Ｐ（ｃ — ｃｈ）＝Ｑ（掙（ＩＭｒ。Ｑ為數(shù)學(xué)中的Ｑ函數(shù)。乃ｌ尾１２（２－１５）ｍ＝ｌ １２ 把式２－１５代入至式２ ? １４中， 且對(duì)于Ｑ函數(shù)有：Ｑ（工） ≤ 寺口２，可得： Ｐ（Ｃ刪眺三酬一等警ｍ－－｜７丸Ｉ成１２） （２－１６） 注意到尾服從高斯分布，所以其幅度Ｉ尾ｌ服從概率密度函數(shù)為 廠（ｆ尾Ｊ）＝２ｌ／羅．［ｅｘｐ（－［ｆ１．［２）的瑞利分布，對(duì)式２ — １６取平均值，可得： Ｐ（ 168。７） 其中，．代表Ｒ＝ｖ Ⅳ ＡＶ的秩。 定理１：多用戶ＭＩＭＯ系統(tǒng)的可獲得的分集增益ｄ的上限由單用戶ＭＩＭＯ系 統(tǒng)的最大分集所界定。 一ｅ‘‘’ ） ≤ Ｍ，Ｍ，Ｌ ２．２．３多用戶空頻碼的碼字設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 根據(jù)以上結(jié)果，可以得出多用戶空頻碼的兩條設(shè)計(jì)準(zhǔn)則【１３】： 令秩準(zhǔn)則：使得分集增益成＝Ｍｒ．ｒａｎｋ（Ｃ．ｅ）最大。ｍ＝ｌ 根據(jù)以上準(zhǔn)則設(shè)計(jì)多用戶空頻碼（ＭＵ — ｓＦｃ）。 ：【（叉。 ‘‘’ ）ｒ０ｒ】ｒ（２．１９） 其中： ／＝斟Ｑ＝刪ｆ，ｏ為。 ｚ－－ｐ（ｋ｝為長(zhǎng)度為Ｑ的列向量，由下式給定： 孑， ‘‘’ ＝ＯＳｐ（Ｉ ’ （２－２１） （２－２２） ｏ為Ｖ２ＴＱ Ｑ矩陣Ｔ的Ｑ Ｑ階主子陣（即前Ｑ行與前Ｑ列所構(gòu)成的矩陣）： 甲＝Ｅ Ⅳ ｄｉａｇ（１妒 ? 礦口 ‘ １）（２ — ２３）口 其中，圣：２Ｆｂ幻ｏｌ，Ｆ ’ 為Ａ圣的ＤＦＴ矩陣，緲：ｅｘｐ（ｊ２ｎ＂／４Ｑ ’ ），卜］代表比石大口 的最小整數(shù)。 ２．２．４多用戶聯(lián)合空頻碼設(shè)計(jì)的一些例子 例一：Ｋ＝２，Ｍ＝２，Ｌ＝１ 其中 叉ｌ 168。?‘‘‘’ ］７ ’ ＝０［＿ ‘168。 ’? ％ ‘‘ 下＝ｏ［ｓｌ ‘‘’?Ｓ６ ‘‘’ 】Ｔｋ＝ｌ，２，３ 例四：Ｋ＝２，Ｍ＝２，Ｌ＝２ 叉ｌ ‘168。? 毛 ‘‘’ 】７ ’ ＝０［＿ ‘168。３， 采用６４點(diǎn)ＩＦＦ Ｔ，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。在 ＢＥＲ＝５ｘ１０。仿真結(jié)果表明，在用戶發(fā)射端采用多用戶空頻碼設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，接收端采用ＺＦ 譯碼，系統(tǒng)可以取得非常好的效果。 仿真結(jié)果如圖２．４所示。在ＢＥＲ＝１０弓 時(shí)，采用ＭＵ．ＳＦＣ的兩用戶系統(tǒng)性能優(yōu)于采用ＳＵ．ＳＦＣ的兩用戶系統(tǒng)５ｄＢ。 仿真情形三： 系統(tǒng)參數(shù)：系統(tǒng)一中，兩用戶均采用傳統(tǒng)的單用戶空頻碼設(shè)計(jì)（即Ａｌａｍｏｕｔｉ編 碼）準(zhǔn)則，ＢＰＳＫ調(diào)制，接收端采用ＭＬ譯碼，系統(tǒng)二采用文獻(xiàn)［１６】中介紹的多用戶 聯(lián)合空頻碼的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，ＢＰＳＫ調(diào)制，接收端采用ＭＬ譯碼，歸一化Ｄｏｐｐｌｅｒ頻移 ‘ Ｚ：１０４，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，另一 徑時(shí)延為１０個(gè)采樣周期，每徑功率為１／２。由圖可發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)二的性能遠(yuǎn)優(yōu)于系統(tǒng)一 。仿真 結(jié)果表明，在用戶發(fā)射端采用多用戶空頻碼設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，接收端采用ＭＬ譯碼，系 統(tǒng)可以取得非常好的效果。 圖２．３ＢＰＳＫ調(diào)制下采用ＺＦ譯碼的兩用戶系統(tǒng)平均誤碼率 ＳＮＲ／ｄＢ 圖２－－４４ＱＡＭ調(diào)制下采用ＺＦ譯碼的兩用戶系統(tǒng)誤碼率 仿真結(jié)果如圖２－６所示。ＢＥＲ＝１０ ‘ ３時(shí)，系統(tǒng)一性能僅優(yōu)于系統(tǒng)二ｌｄＢ。在ＺＦ算法會(huì)導(dǎo)致性能損失比較高的前提下，ＭＵ－ＳＦＣ還有如此好的 性能，表明其確實(shí)是一種有效可行的好的多用戶編碼準(zhǔn)則。 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。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。 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。Ｈ代表功率延遲分布 矢量ｈ的ＦＦＴ變換，Ｘ代表ｘ 的ＦＦＴ變換。 ２．３．１．２ＺＦ均衡 對(duì)于Ｙ，左乘－ａｎ權(quán)矩陣Ｈ。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。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 。 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）。似 ’ （刀）和Ｘ２（ｋ）（，ｚ）。 （（一擰）＿ Ⅳ ），Ｘ２（ｋ＋１）（，１）＝ｉｒ ’ （（一，１）． Ⅳ ）（２ — ３６） 刀＝Ｏ，１，．．．， Ⅳ 一１，ｋ＝０，２，４，．．．。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。 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。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。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］＋［：：?？傻孟率剑? 疊竺［善：：。 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)。 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。 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。 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。似 ’ ）７ ’? （麗，肚 ’ ）ｒＯｒ】７（２．４４） 其中： ／＝斟Ｑ＝刪ｆ ’ ｏ為。５。的ＤＦＴ矩陣，伊：ｅｘｐ（ｊ２，ｒ／４Ｑ一），卜］代表比ｘ 大的最小整數(shù)。的第Ｐ個(gè)子塊。? 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。? 眠 ‘‘’ 】ｒ＝０［ ‘‘‘’? 吒 ‘‘ ｎｋ＝ｌ，２，３（２．５３） ｆｆｄｌ四－Ｋ＝２，Ｍ＝２，Ｌ＝２ 而Ｊ ‘168。 ： ≧ ｍｌ ‘ ２ ’ ％（２） ≧ 鴨 ‘ ２ ’ 豫（２） ≧ 冊(cè)５ ‘ ２ ’ 餼 ‘ ２） 痧％ ‘ ２ ’ 佩（２） （２ — ５４） ［碼 ‘168。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）。 ∞ 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。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。 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。 仿真結(jié)果如圖２．１３所示。在ＢＥＲ為１０。 仿真情形三： 仿真參數(shù)：歸一化Ｄｏｐｐｌｅｒ頻移石Ｚ＝１０。多用戶編碼準(zhǔn)則如式２．５４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。在ＢＥＲ為１０弓時(shí)，前者性能約好２ｄＢ。 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，另一