（通信与信息系统专业论文）酉编码mimo无线传输理论方法研究.pdf

摘要 摘要 未来移动通信系统必须利用只益趋紧的无线资源进行更高速率的数据传输，为 了适应这一不断增长的需求，采用多天线发射和多天线接收的m i m o 系统以其能够 充分挖掘利用空间资源，最大限度地提高频谱利用率和功率效率，而受到广泛重视。 空时编码是实现m i m o 系统上述目标的切实有效的手段，其中酉空时码十分适合发 射机和接收机均未知信道信息的情况。本论文就酉空时码的设计、迭代接收、以及 空间相关衰落信道中差分酉空时调制( d u s t m ，d i f f e r e n t i a lu n i t a r ys p a c e t i m e m o d u l a t i o n ) 系统的预编码进行研究。 首先，提出了一种基于对角循环群码的改进的酉空时码设计。该方案不同于对 角循环群码的是，所构造的码符号星座集中的酉矩阵，在主对角线和反对角线上交 替出现非零元素，因此可称为对角交替的酉空对码。理论分析表明低信噪比下新提 出的酉空时码的成对错误概率( p e p , p a i r w i s ee r r o rp r o b a b i l i t y ) 联合界小于对角循 环群码。以p e p 联合界为准则，通过进一步优化参数来提高新的酉空时码的性能。 其次，对基于对角星座变换的酉空时码进行了研究。一方面，针对三个发射天 线的d u s t m 系统提出了一种新的旋转矩阵设计，用于对对角循环群码进行变换得 到新码，其性能优于此前基于g i v e n s 旋转的酉空时码。另一方面，提出了一种基于 h o u s e h o l d e r 变换的酉空时码的简化设计，与基于g i v e n s 旋转的设计不同的是，该 方案只是对循环对角酉空时码星座集中的部分酉矩阵进行同样的h o u s e h o l d e r 旋转， 其余的酉矩阵保持不变，从而简化了设计，而其性能和文献中基于g i v e n s 旋转的酉 空时码基本相当，甚至有些情况下更优。 接着研究了空间相关瑞利衰落信道中d u s t m 系统的参数化预编码。导出了两 种情况下p e p 的闭式表达式：一是对于一般的酉空时码，在渐进高信噪比下计算其 p e p ；二是针对特定结构的酉空时码，即当码间的距离矩阵正比于单位矩阵时，导 出了其p e p 的严格表达式。给出了系统中配置两个发射天线时预编码矩阵的参数化 形式，以p e p 的联合界最小为准则优化其中的参数。 在瑞利平坦衰落信道中，针对西空时编码系统，提出了一种非相干检测和相干 检测相结合的迭代检测方案。该方案假定初始时信道未知，且不在发送码块中插入 任何导频或训练序列。首先对酉空时码进行非相干检测，检测结果作为迭代的初值。 然后在每一次迭代中由上一次迭代的检测结果得到信道的观测值，基于这些观测值 东南大学博士学位论文 利用维纳滤波器进行最小均方误差( m m s e ) 信道估计，进而进行相干检测。仿真 结果表明，该方案不论对于正交酉空时码，还是对于无任何结构特点的非正交酉空 时码，其性能均优于此前提出的广义二次接收机。 对于d u s t m 系统，研究了基于e m 算法的硬判决和软判决迭代接收机。前者 是在e m 算法用于最大似然( m l ) 估计的情况下得到的，将传统的差分酉空时解调 器得到的数据序列进行差分再编码，来得到对发送信号序列的估计，作为迭代的初 值。每一次迭代过程中，依次进行信道估计和相干检测。对于后者，将e m 算法用 于最大后验概率( m a p ) 估计，得到了针对循环群结构酉空时码的软输入软输出的 迭代接收机。将传统的差分酉空时解调器得到的数据序列进行差分再编码，用来估 计信道，作为迭代的初值。每一次迭代过程中，依次进行符号的软判决和下一次信 道估计。最后一次迭代结束后，基于m a p 准则进行符号的判决，再经过差分译码 即可得到数据序列。软判决迭代的性能优于硬判决迭代。 最后，研究了空间相关瑞利衰落信道下预编码d u s t m 系统的迭代接收方案。 与独立衰落情况类似，分别将e m 算法用于m l 估计和m a p 估计，导出了基于硬 判决和软判决的迭代接收机。然而，由于预编码器和信道空间相关的引入，接收机 呈现出与空间独立信道情况下不同的形式。空间独立信道下得到的迭代接收机是此 处的迭代接收机当信道空间相关矩阵和预编码器为单位阵时的特例。 关键词：衰落信道；多天线；m | m o 系统； 调制；成对错误概率；联合界；空间相关； 软信息；无线通信。 发送分集；接收分集；酉空时码；差分 预编码器；迭代接收机；期望最大化； i l a b s t r a e t a b s t r a c t t om e e tt h ei n c r e a s i n gd e m a n d so fh i g hd a t ar a t e sw i t ht h ee v e nl i m i t e dr a d i o r e s o u r c e si nf u t u r em o b i l ec o m m u n i c a t i o n s , m u l t i p l e i n p u ta n dm u l t i p l e - o u t p u t ( m i m o ) s y s t e m se m p l o y i n gm u l t i p l et r a n s m i ta n d r e c e i v ea n t e n n a sh a v ed r a w ng r e a ta t t e n t i o nf o r i t sc a p a b i l i t yo fe x p l o i t i n gs p a t i a lr e s o u r c e sa n di m p r o v i n gt h es p e c t r u ma n dp o w e r e f f i c i e n c y s p a c e t i m ec o d i n gi sap r a c t i c a la n d e f f e c t i v et e c h n i q u ea i m e da ta p p r o a c h i n g t h eg o a l so fm i m os y s t e m s ；m e a n w h i l e ，u n i t a r ys p a c e q i m ec o d e s ( u s t c ) a r ew e l l t a i l o r e d f o rr a y l e i g hf l a t f a d i n gc h a n n e l sw h e r en e i t h e rt h et r a n s m i t t e rn o rt h er e c e i v e r k n o w st h ef a d i n gc o e f f i c i e n t s i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，t h ed e s i g no fu s t c ，t h ei t e r a t i v e r e c e i v e ro fi t , a sw e l la sap a r a m e t e r i z e dp r e c o d e rf o rd i f f e r e n t i a lu n i t a r ys p a c e - t i m e m o d u l a t i o n ( d u s t m ) s y s t e m so v e rs p a t i a lc o r r e l a t e df a d i n gc h a n n e l sa r ei n v e s t i g a t e d f i r s t l y , b a s e do nd i a g o n a lc y c l i cg r o u pc o d e s ( d c g c ) ，a ni m p r o v e dd e s i g no f u s t c i sp r o p o s e d w h a tm a k e st h en e wd e s i g nd i f f e r e n tf r o md c g c i st h a tt h en o n z e r oe n t r i e s o fu n i t a r ym a t r i c e si nt h es i g n a lc o n s t e l l a t i o n sa p p e a ra tt h el e a d i n gd i a g o n a la n dt h e a n t i d i a g o n a la l t e r n a t e l y , f r o mw h i c ht h en e wd e s i g ng e t si t sn a m e ：d i a g o n a la l t e r n a t i n g u n i t a r ys p a c e t i m ec o d e s t h e o r e t i c a la n a l y s i ss h o w st h a t t h eu n i o nb o u n d ( u b ) o n p a i r w i s ee r r o rp r o b a b i l i t y ( p e p ) o f t h ep r o p o s e du s t ci ss m a l l e rt h a nt h a to fd c g ca t l o ws i g n a lt on o i s er a t i o ( s n r ) t oi m p r o v et h ep e r f o r m a n c eo ft h ep r o p o s e dd e s i g n ，i t s p a r a m e t e r sa r ef u r t h e ro p t i m i z e d t om i n i m i z et h eu bo ns e r s e c o n d l y , n e wu s t c c o n s t e l l a t i o n sb a s e do nt r a n s f o r m a t i o nt od i a g o n a l c o n s t e l l a t i o n sa r ep r e s e n t e d o no n eh a n d ，b a s e do nan e wr o t a t i o nm a t r i x , a l li m p r o v e d u s t cc o n s t e l l a t i o nr e s u l t i n gf r o mr o t a t i n gd i a g o n a lc o n s t e l l a t i o n sf o rd u s t ms y s t e m s e m p l o y i n gt h r e et r a n s m i ta n t e n n a si so b t a i n e d t h en e wd e s i g np e r f o r m sb e t t e rt h a n p r e v i o u sg i v e n sr o t a t i o nb a s e do n ew i t ht h r e et r a n s m i ta n t e n n a s o nt h eo t h e rh a n d ，a s i m p l i f i e dd e s i g no fs i g n a lc o n s t e l l a t i o n sf o ru s t c b a s e do nh o u s e h o l d e rt r a n s f o r m a t i o n i sp r o p o s e d i ns t e a do fr o t a t i n ga l lo f t h ed i a g o n a ls i g n a lm a t r i c e sw i t hd i f f e r e n ta n g l e si n t h et r a d i t i o n a lg i v e n sr o t a t i o nb a s e ds c h e m e ，t h ep r o p o s e dd e s i g no n l ya p p l i e st h es a m e h o u s e h o l d e rt r a n s f o r m a t i o nt op a r t i a ls i g n a lm a t r i c e si nt h ed i a g o n a lc o n s t e l l a t i o n s ，w i t h t h er e m a i n i n gs i g n a lm a t r i c e su n c h a n g e da n dt h u st h en e wd e s i g ni sr a t h e rs i m p l e c o m p a r e dw i t ht h et r a d i t i o n a lg i v e n sr o t a t i o nb a s e do n e i t sp e r f o r m a n c ei s a l m o s tt h e i i i 东南人学博士学位论文 s a m ea st h et r a d i t i o n a lg i v e n sr o t a t i o nb a s e do n ea n de v e nb e t t e ri ns o m ec a s e s t h e nm i m os y s t e m se m p l o y i n gd u s t mw i t h p a r a m e t e r i z e dp r e c o d e ro v e r s p a t i a l l y c o r r e l a t e d r a y l e i g hf a d i n g c h a n n e l si s i n v e s t i g a t e d t w oc l o s e d f o r m e x p r e s s i o n sf o rc a l c u l a t i n gt h ep e po f t h ed u s t ms y s t e m sa r ep r e s e n t o n ea l l o wu st o c a l c u l a t et h ep e po fg e n e r a lu s t ca ta s y m p t o t i c a l l yh i g hs i g n a l - t o - n o i s er a t i o sa n dt h e o t h e ri sa ne x p r e s s i o no ft h ee x a c tp e pf o r t h es p e c i a lu s t cw h e nt h ed i s t a n c em a t r i xi s p r o p o r t i o n a lt ot h ei d e n t i t ym a t r i x t h ep a r a m e t e r i z e df o r mo ft h ep r e c o d e rf o rs y s t e m s w i t ht w ot r a n s m i ta n t e n n a si sp r e s e n t e da n dt h ep a r a m e t e r so fi ta r eo p t i m i z e du s i n gt h e c r i t e r i o no fm i n i m i z i n gt h eu bo np e e a ni t e r a t i v ed e t e c t i o ns c h e m ef o ru s t cs y s t e m si sp r o p o s e do v e rf l a tr a y l e i g h f a d i n gc h a n n e l s ，w h i c h c o m b i n e sn o n c o h e r e n ta n dc o h e r e n t d e t e c t i o n f i r s t l y n o n c o h e r e n td e t e c t i o ni si m p l e m e n t e dt oo b t a i nt h ei n i t i a lv a l u ef o rt h ef o l l o w i n g i t e r a t i o n s i ne a c ho ft h ei t e r a t i o n s ，t h ed e t e c t e dd a t af r o ml a s ti t e r a t i o ni su t i l i z e dt og e t t h eo b s e r v a t i o no ft h ec h a n n e l ，w h i c hi st h e nu s e dt op r o d u c et h em i n i m u m m e a n s q u a r e e r r o r ( m m s e ) e s t i m a t i o no ft h ec h a n n e lb yt h ew i e n e rf i l t e r ，a n dc o h e r e n td e t e c t i o ni s f u r t h e rc a r r i e do n s i m u l a t i o nr e s u l t sd e m o n s t r a t et h ep e r f o r m a n c es u p e r i o r i t yo ft h e p r o p o s e ds c h e m eo v e rp r e v i o u s l yp r o p o s e dg e n e r a l i z e dq u a d r a t i cr e c e i v e r ( g q r ) f o r e i t h e ro r t h o g o n a lu n i t a r ys p a c e t i m ec o d e so rn o n o r t h o g o n a lu n i t a r ys p a c e - t i m ec o d e s f o rd u s t ms y s t e m s ，t h ee x p e c t a t i o n m a x i m i z a t i o n ( e m ) a l g o r i t h mi se m p l o y e dt o d e r i v eah a r dd e c i s i o nb a s e da n das o f td e c i s i o nb a s e di t e r a t i v er e c e i v e r a sf o r t h ef o r m e r , t h ee ma l g o r i t h mf o rm a x i m u ml i k e l i h o o d ( m l ) e s t i m a t i o ni se m p l o y e d t h ed a t a s e q u e n c ei se s t i m a t e db yc o n v e n t i o n a lu n i t a r ys p a c e - t i m ed e m o d u l a t i o n ( d u s t d ) a n d d i f f e r e n t i a l l ye n c o d e da g a i nt op r o d u c ea ni n i t i a le s t i m a t eo f t h et r a n s m i t t e ds i g n a ls t r e a m ， w h i c hi su t i l i z e da st h ei n i t i a lv a l u eo ft h ei t e r a t i o n s i ne a c ho fi t e r a t i o n s , c h a n n e l e s t i m a t i o na n dc o h e r e n td e t e c t i o na r es u c c e s s i v e l yi m p l e m e n t e d a sf o rt h el a a e r ，i e ，t h e s o t td e c i s i o nb a s e dr e c e i v e r , t h ee ma l g o r i t h mf o rm a x i m u map o s t e r i o r i ( m a p ) e s t i m a t i o ni se m p l o y e dt od e r i v ea ni t e r a t i v es o f t i ns o f t - o u t ( s i s o ) i t e r a t i v er e c e i v e rf o r u s t cp o s s e s s i n gc y c l i cg r o u ps t r u c t u r e t h ed a t as e q u e n c ep r o d u c e db yc o n v e n t i o n a l d i f f e r e n t i a ld e t e c t i o ni sd i f f e r e n t i a l l yr e c o d e da n du s e dt oe s t i m a t et h ec h a n n e ls t a t e i n f o r m a t i o nw h i c ha c t sa st h ei n i t i a lv a l u ef o rt h ei t e r a t i o n s i ne a c ho fi t e r a t i o n s s o f t d e c i s i o na n dm o r er e f i n e dc h a n n e le s t i m a t i o na r es u c c e s s i v e l yp e r f o r m e d a f t e rt h ef i n a l w a b s t r a c t i t e r a t i o n ，t h et r a n s m i t t e ds y m b o ld e c i s i o n sc a nb em a d ea c c o r d i n gt ot h em a p d e c i s i o n s t r a t e g ya n dd i f f e r e n t i a ld e c o d i n gi su s e dt op r o d u c et h eo u t p u to ft h ed a t as e q u e n c e t h e s o f td e c i s i o nb a s e di t e r a t i v er e c e i v e rp e r f o r m sb e t t e rt h a nt h eh a r dd e c i s i o nb a s e do n e f i n a l l y , i t e r a t i v er e c e i v e r sf o rd u s t ms y s t e m se m p l o y i n gp a r a m e t e r i z e dp r e c o d e r o v e rs p a t i a l l yc o r r e l a t e dr a y l e i g hf a d i n gc h a n n e l sa r ei n v e s t i g a t e d f o l l o w i n gt h es i m i l a r p r o c e d u r ea si nt h ea b o v es e c t i o n , t h ee ma l g o r i t h m sf o rm l e s t i m a t i o na n dm a p e s t i m a t i o na r ee m p l o y e dt od e r i v eah a r dd e c i s i o nb a s e da n das o f td e c i s i o nb a s e d i t e r a t i v er e c e i v e r , r e s p e c t i v e l y h o w e v e r , t h et w or e c e i v e r sh a v ed i f f e r e n tf o r m s c o m p a r e dw i t ht h eo n e so v e rs p a t i a li n d e p e n d e n tf a d i n gc h a n n e li nt h ea b o v es e c t i o nd u e t op r e c o d e ra n ds p a t i a lc o r r e l a t i o no ft h ef a d i n gc h a n n e l t h el a t t e ra r es p e c i a lc a s e so f t h ef o r m e rw h e nt h ep r e c o d e rm a t r i xa n dc h a n n e ls p a t i a lc o r r e l a t i o nm a t r i xa r eb o t hs e tt o i d e n t i t ym a t r i c e s k e yw o r d s ：f a d i n gc h a n n e l s ；m u l t i - a n t e n n a ；m i m os y s t e m s ；t r a n s m i t t e rd i v e r s i t y ； r e c e i v e rd i v e r s i t y ；u n i t a r ys p a c e t i m ec o d e s ；d i f f e r e n t i a lm o d u l a t i o n ；p a i r w i s ee r r o r p r o b a b i l i t y ；u n i o nb o u n d ；s p a t i a lc o r r e l a t i o n ；p r e c o d e r ；i t e r a t i v er e c e i v e r ；e x p e c t a t i o n m a x i m i z a t i o n ；s o f ti n f o r m a t i o n ；w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n s v 符号 符号 矩阵或矢量的共轭转置 矩阵或矢量的转置 标量的共轭 k r o n e c k e r 乘积 定义为 标量z 的绝对值 不小于x 的最小整数 向量x 或者矩阵x 的f r o b e n i u s 范数 统计平均 矩阵4 第m 行第刀列对应的元素 矩阵么的迹 d e t a ，川， 矩阵彳的行列式 【工】， l n 0 m 。 d i a g ( x ) d i a g ( x ) 向量x 的第朋个元素 n x n 单位矩阵 m x n 零矩阵 对角阵，其第朋个对角元素【d i a g ( 工) 】。= 卜】。 向量，其第m 个元素【d i a g ( x ) l = 【x 】。， m 叫x 翟裂鋈敬磊；端羔鬣动整数心邳棚为 风8 c ” 实数矢量集合，集合中每个样本为m 维实数矢量。 复数矢量集合，集合中每个样本为m 维复数矢量。 x l 灭 口 ) 。 ， 1 黼h 峨p 仃o 垒 h f 可p 吣 东南大学博l 学位论文 r e 取实部 i m )取虚部 吖以，盯2 )均值为，方差为c r 2 的循环对称复高斯分布 缩略词 3 g 4 g 心p k n g 淋 b 3 g b e r c d m a c s l d c g c d p s k d u s t d 缩略词 3 n dg e n e r a t i o nm o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m 第三代移动通信系统 4 n dg e n e r a t i o nm o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m 第四代移动通信系统 ap o s t e r i o r ip r o b a b i l i t y 后验概率 a d d i t i v ew h i t eg a u s s i a nn o i s e 加性白高斯噪声 b e y o n d3 g b l o c ke r r o rr a t e c o d ed i v i s i o nm u l t i p l e xa c c e s s c h a n n e ls t a t ei n f o r m a t i o n d i a g o n a lc y c l i cg r o u pc o d e s d i f f e r e n t i a lp h a s e - s h i f tk e y i n g 超3 g 误块率 码分多址 信道状态信息 对角循环群码 差分相移键控 d i f f e r e n t i a lu n i t a r ys p a c e - t i m ed e m o d u l a t i o n差分酉空时解调 d u s t md i f f e r e n t i a lu n i t a r ys p a c e t i m em o d u l a t i o n 差分酉空时调制 e d g e e m g p r s g q r g s m i i d i s i l l r e n h a n c e dd a t ar a t e sf o rg s me v o l u t i o n e x p e c t a t i o nm a x i m i z a t i o n g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e g e n e r a l i z e dq u a d r a t i cr e c e i v e r g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l e i n d e p e n d e n ti d e n t i c a ld i s t r i b u t e d i n t e r - s y m b o li n t e r f e r e n c e l o g a r i t h mo f l i k e l i h o o dr a t i o l m m s el i n e a rm i n i m u mm e a ns q u a r ee r r o r x i i i 增强性数据速率 g s m 演进 期望最大化 通用分组无线服务 广义二次接收机 全球移动通信系统 独立同分布 符合间干扰 对数似然比 线性最小均方误差 东南大学博士学位论文 l r l a t t i c er e d u c t i o n m a p m g f m i m o m l m m s e o f d m p d f p e p 册s s i s o s n r s v d t d m a u b u s t c w s s u s m a x i m u map o s t e r i o r i m o m e m g e n e r a t i n gf u n c t i o n 格点减少( 减格) 最大后验概率 矩生成函数 m u l t i p l e i n p u tm u l t i p l e o m p m 多输入多输出 m a x i m u ml i k e l i h o o d 最大似然 m i n i m u mm e a ns q u a r ee r r o r 最小均方误差 o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g正交频分复用 p r o b a b i l i t yd e n s i t yf u n c t i o n p a i r w i s ee r r o rp r o b a b i l i t y r o o t 。m e a n - 。s q u a r e s o n i ns o f t o u t s i g n a l - t o n o i s ep o w e rr a t i o s i n g u l a rv a l u ed e c o m p o s i t i o n t i m ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s u n i o nb o u n d u n i t a r ys p a c e - t i m ec o d e s 概率密度函数 成对错误概率 均方根 软输入软输出 信号与噪声功率比 奇异值分解 时分多址 联合界 酉空时码 w i d e - s e n s es t a t i o n a r yu n c o r r e l a t e ds c a t t e r i n g 广义平稳不相干散射 x i v 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经 发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而 使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确 的说明并表示了谢意。 研究生签名：拉歪望日期：研究生签名：丝垄丝日期： 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文 的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档 的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借 阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东 南大学研究生院办理。 虢哞翩虢蹲掣 第一章绪论 1 1 论文的研究背景 第一章绪论 在过去的2 0 多年中，移动通信技术得到了前所未有的快速发展和广泛应用，先 后经历了上个世纪八十年代的第一代移动通信系统、九十年的第二代移动通信系统 以及世纪之交开始启动，现正处于产业化阶段的第三代移动通信系统( 3 g ) 。不仅 如此，目前世界许多国家已把研究重点转向第四代移动通信系统( 4 g ) ，今后几年 将是4 g 技术标准形成的关键时期。 第一代移动通信系统以模拟制式为信号传输手段，频谱利用率低，系统容量小， 所支持的业务仅限于话音业务。以北美的先进移动电话系统( a m p s ，a d v a n c e d m o b i l ep h o n es y s t e m ) 和欧洲的全接入通信系统( t a c s ，t o t a la c c e s sc o m m u n i c a t i o n s y s t e m ) 为代表。 随着集成电路和数字信号处理技术的发展，第二代数字移动通信系统实现了从 模拟系统向数字系统的转变。除话音业务以外，系统还能提供电传和低速数据传输 等多项数字通信业务。代表性的第二代移动通信系统有：基于时分多址( t d m a ， t i m ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) 接入方式的欧洲全球移动通信系统( g s m ，g l o b a l s y s t e mf o rm o b i l e ) 、日本的个人手提电话系统( p h s ，p e r s o n a lh a n d y p h o n es y s t e m ) 以及采用码分多址( c d m a ，c o d ed i v i s i o nm u l t i p l e x a c c e s s ) 接入方式的i s 9 5 系统 等【1 】【2 】。第二代移动通信系统的优点在于系统容量大、接口标准明确、不同厂商设 备兼容性强，且为开放性网络结构，因而更加适合向未来的个人通信网络( p c n ， p e r s o n a lc o m m u n i c a t i o nn e t w o r k ) 过渡。作为从第二代移动通信系统向3 g 的过渡， 以通用分组无线服务( g p r s ，g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ) 、增强性数据速率g s m 演进( e d g e ，e n h a n c e dd a t ar a t e sf o rg s me v o l u t i o n ) 为代表的技术可以提供更为 先进的中等速率数据业务，目前在许多国家得到应用。 上个世纪末，由于因特网的发展与普及，现有移动通信系统的数据传输速度、 传输质量和业务范围已经彳i 能满足人们通信的需求，人们希望移动通信系统能和因 特网一样提供将话音、图像、数据等业务综合在一起的交互式多媒体业务，因此， 与因特网技术柑结合的各种宽带多媒体通信业务，如高速因特网接入技术、高质量 图像视频传输技术等是无线通信技术发展的必然趋势，也是第三代移动通信( 3 g ) l 东南大学博上学位论文 系统的建设目标。国际电信联盟( i t u ，i n t e r n a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o nu n i o n ) 于 1 9 9 6 年底确定了l m t - 2 0 0 0 的基本框架，这是3 g 系统标准化的标志【3 】。在提交给i t u 的关于3 g 系统的各种方案中，欧洲提出的基于g s m 的宽带c d m a ( w c d m a ， w i d e b a n dc d m a ) 、北美提出的基于i s 9 5 的c d m a 2 0 0 0 和中国提出的t d - s c d m a ( t i m ed i v i s i o n s y n c h r o n o u sc m d a ) 是主流技术。3 g 系统具有更高的频谱效率、 更好的传输质量、支持分组交换业务、非对称传输模式和高保密性、便于向4 g 过渡 与演进【4 卜【6 】。3 g 系统可以提供语音、图像、数据等广泛的业务和服务唧引，目前正 逐步在全球范围内进入产业化实施阶段。 全球范围内移动用户的迅猛增长和移动业务的快速转变，预示着手持终端将逐 步取代个人计算机成为人机接口设备。最初为多媒体业务设计的3 g 系统在通信的容 量与质量等方面将远远不能满足要求，世界各国在推动3 g 系统产业化的同时，目前 已把研究重点转入超三代移动通信( b 3 g ，b e y o n d3 g ) 系统和第四代移动通信( 4 g ) 的先期研究，目的是在概念和技术上寻求创新和突破，使无线通信系统的容量和速 率有数十倍甚至数百倍的提高【9 h 1 5 】。 上述目标的实现血临着来自多方面的挑战。作为其中很重要的一点，当今使用 的无线通信系统主要是单天线系统，由于在无线信道中存在多径传播，单个信道的 容量较低。因此围绕如何更有效地利用有限的信道容量进行了许多研究并取得了一 系列进展。一方面出现了频率复用和o f d m 16 】【2 3 1 等技术，作为提高带宽效率的有效 方法：另一方面编码领域的进展如t u r b o 码【2 4 】- 【2 7 1 和l d p c 码 2 s 1 【3 2 1 等编码技术的出 现使得信道容量能够逼近s h a n n o n 容量。但单天线系统较低的信道容量仍然是高速通 信的一个重要瓶颈，而且，单天线无线系统还有较高的传输错误概率。一般来讲， 有线信道一般可用加性白高斯( a w g n ，a d d i t i v ew h i t eg a u s s i a nn o i s e ) 信道模型来 描述，其传输的成对错误概率( p e p , p a i r w i s ee r r o rp r o b a b i l i t y ) 一般随信噪比( s n r ， s i g n a l - t o n o i s er a t i o ) 增加呈指数衰减；而单天线无线信道由于衰落效应其传输的 p e p 只随信噪比的增加线性衰减。因此，对于单天