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空时编码(Space-Time Coding)是一种提高多输入多输出(Multiple Input Multiple Output, MIMO)无线通信系统数据传输可靠性和速率的有效方法。它通过在空间维度和时间维度同时编码来引入空时相关性,这种相关性可以有效减小MIMO信道衰落特性对数据传输的影响。围绕全分集(Full diversity)、全速率(Full rate)和单符号译码(Single-Symbol decodable)的目标,针对不同的天线数目,人们从不同的角度提出了许多空时分组码的设计方法。在MIMO系统的空时分组码设计中,各发射通道的峰均功率比(Peak-to-Average Power Ratio, PAPR)也是影响系统实现难度和成本的重要因素。本文针对MIMO无线通信系统中不同的接收机类型和不同的信道类型,开展了低峰均功率比和低译码复杂度的空时编码研究,主要工作包括：(1)对于采用最大似然译码的MIMO系统,正交空时分组码(Orthogonal Space-Time Block Code, OSTBC)是最简单的编码,但其码率较低。约束满秩单符号可译设计(Restricted Full-rank Single-symbol Decodable Design, RFSDD)、坐标交织正交设计(Coordinate Interleaved Orthogonal Design, CIOD)以及广义坐标织正交设计(Generalized Coordinate Interleaved Orthogonal Design, GCIOD)的码率虽然比OSTBC有所提高,但是它们的码字矩阵中含有许多零值,具有较高的峰均功率比。为了解决这个问题,我们提出了两种新的单符号最大似然可译空时分组码(single-symbol maximum likelihood decodable space-time block code, SSDC)。一种是预编码的无零元素单符号最大似然可译空时分组码(Group precoding-based No-Zero-Entry Single-Symbol maximum likelihood Decodable STBC, G-NZESSDC),它采用坐标交织和分组预编码技术,同其他无零元素的单符号可译码空时分组码比,它具有相同的误码率性能和更低的峰均功率比。另一种是高速率单符号最大似然可译低零值空时分组编码(High-Rate Single-Symbol maximum likelihood Decodable STBC with Low fraction of Zero, HR-SSDC-LZ),它采用坐标交织和星座旋转技术。同高速率的GCIOD比,它具有更低的零元素数和更低的峰均功率比。(2)对于采用线性接收机的MIMO系统,Toeplitz码,重叠Alamouti码(Overlapped Alamouti Code, OAC)以及嵌入式Alamouti码(Embedded Alamouti Code, EAC)能获得全分集。然而,这些码的码字矩阵中含有大量零元素。为了解决这个问题,首先,我们构建了两个无零元素的Toeplitz (No-Zero-Entry Toeplitz, NZE-Toeplitz)矩阵,采用这两个矩阵设计了三种空时编码,包括无零元素Toeplitz码(?) No-Zero-Entry Toeplitz Code, NZE-TC)、无零元素重叠Alamouti码(No-Zero-Entry Overlapped Alamouti Code,NZE-OAC)和无零元素嵌入Alamouti码(No-Zero-Entry Embedded Alamouti Code, NZE-EAC).它们都能获得全分集性能和较好的误码率性能,且码字矩阵中不包含零元素,具有较低的峰均功率比。(3)针对有两个发射天线的LTE-Advanced系统,有人提出了两个三时隙STBC方法,包括混合空时分组码(Hybrid STBC, H-STBC)以及准正交空时分组码(Quasi-orthogonal STBC, QOSTBC)。然而,H-STBC码只能获得部分分集,而QOSTBC码存在高译码复杂度的缺点。为了解决这个问题,我们提出了一个三时隙空时分组码(three-time-slot space-time block code, TTS-STBC)。它采用坐标交织和星座旋转技术,具有全分集,全速率和低译码复杂度的性能。比QOSTBC方法在误码率和译码复杂度方面有更好的性能。(4)针对时变衰落信道,设计了一种全速率无零元素的坐标交织正交空时码(No-Zero-Entry Coordinate Interleaved Orthogonal Design, NZECIOD)。它在时变衰落信道上使用时具有良好的性能,并具有低译码复杂度。研究了新的衡量参数—不同的干扰指数,用于衡量时变衰落信道对空时分组码的影响。仿真结果表明,对于时变衰落信道,NZECIOD与其他STBC码相比具有更鲁棒的性能。具有完全消除零值和平衡功率分布的特性,NZECIOD码在实际应用中与全速率CIOD码相比效果更好。