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为提高系统容量,实现高速可靠通信,下一代无线通信的研究热点主要集中在OFDM、MIMO、MIMO-OFDM、多用户检测等技术上,在B3G/4G移动通信系统中有着广阔的应用前景。本论文在国内外相关研究工作的基础上,针对MIMO/OFDM通信系统所涉及的信道容量理论、检测算法性能分析、信道估计和信号检测算法、峰均比抑制等若干关键理论与技术进行了深入研究,并对MIMO/OFDM中存在的一些问题提出了解决方案。
在MIMO信道容量理论方面,本论文的研究成果主要包括以下三个方面:1)研究平衰落信道下各态历经信道容量的理论基础,给出两种特殊MIMO信道容量表达式和在小信噪比下等收发天线系统的容量近似公式,简化了计算量,数值分析结果表明,其值比较精确:2)研究相关衰落下信道容量的优化方法。采用新的信道模型,推导最优协方差矩阵的一阶条件,给出了信道容量的上界,得到闭式解,并对相关信道下信号的传输模式进行讨论;3)研究存在发射相关的MIMO系统,采用线性ZF接收机时,各子数据流信噪比的概率分布,利用随机矩阵理论,推导信噪比概率密度函数公式,给出采用MPSK调制时,各子数据流误符号率的闭式公式。理论分析结果表明,对ZF接收机误符号率主要与发射相关矩阵逆矩阵的对角元素有关,在角度扩展较小时,发射相关对误符号率影响较大,而角度扩展较大时,其影响可以忽略。
在MIMO检测算法的性能分析方面,针对收发两端己知信道状念信息的MIMO系统,研究基于GMD算法的VBLAST系统空间分集与复用性能。在高信噪比下,推导该算法的分集与复用曲线,并与最优曲线和其它VBLAST方案的曲线进行了对比。结果表明该算法的空间分集与复用性能与最优曲线相比是次优的,但优于其它VBLAST方案。并首先将其推广应用到MIMO-OFDM系统。给出的研究方法为各种VBLAST方案的性能对比提供新的思路。
在MIMO-OFDM信道估计和信号检测方面,研究基于QR分解的几种信号检测算法,分析各种算法的优缺点,指出信号检测顺序是降低误差传播概率的关键;针对VBLAST算法计算量大的缺点,建议采用SQRD算法,降低VBLAST算法的计算量,并采用MMSE准则对该算法进行进一步推广,最后进行了仿真。为了降低MIMO-OFDM系统信道估计运算复杂度和提高估计精度,采用一种特殊的训练序列,给出了基于该训练序列的低复杂度算法,且在系统存在ISI时,信道的估计参数不会受到影响。该算法不仅保证了足够的估计精度,而且复杂度低,比较简单实用。
在峰均比抑制方面,研究基于Hadamard变换降低OFDM系统PAPR算法,采用该算法扩展传统系统的星座点,减小频域符号间的相关性,其PAPR可以比传统方法降低3-4dB,其编解码算法简便,易于实现,并且还可与其它方法联合使用,从而进一步降低PAPR。
最后是全文的总结,并指出了有待进一步的研究方向。