短波MIMO通信技术研究

来源 :上海交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ZT0009
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短波通信的信道特性复杂、带宽受限、稳定性差,导致通信可靠性差,数据传输速率不高,限制了许多业务的应用。MIMO技术能够提供空间复用和空间分集的增益,有望应用于短波通信中提升系统的整体性能。然而,如果发送信号与MIMO信道条件不匹配,会造成MIMO系统性能的损失。  预编码技术在发射端对信号进行预处理,将发射信号的功率集中在信道的特征方向上,从而改善了MIMO系统的整体性能。但是,由于短波MIMO信道存在明显的空间相关性和反馈延迟,传统的预编码技术无法直接应用到短波通信中。针对短波MIMO信道的空间相关性和反馈延迟问题,本文分别提出了对应的解决方案。  短波通信使用的天线尺寸较大,由于空间面积有限,实际短波MIMO系统在天线阵元之间存在着明显的空间相关性,而且传播介质电离层容易受到环境因素的影响,信道特征方向出现不均匀分布的现象。传统的格拉斯曼码本适用于独立同分布的瑞利衰落信道,信道特征方向是各向同性均匀分布的,在短波相关信道中不再适用。本文根据HF MIMO信道矩阵的特点和Gesbert模型建立了HF MIMO信道的相关模型,考虑接收相关、模式相关和发送相关三个部分的空间相关性。然后分析了它们对码本设计的影响,提出了一种适用于短波相关信道下的复合式码本设计方法,并采用霍夫曼编码进一步减少了平均反馈比特数目。仿真实验表明复合式码本能够有效提升HF MIMO系统的误码性能。  短波通信中具有多种传播模式,信号传播过程中可能存在电离层的多次反射,因此信号的传播延时较大,产生的反馈延迟会影响发射端预编码矩阵的准确性,降低预编码系统的性能。针对此问题,本文提出采用信道预测的方法来降低反馈延迟对系统性能的影响,将短波线性时变信道建模为一个高阶ARMA滤波器,根据短波信道的先验知识和ITS信道模型提取信道的时域特征,并将其用于信道预测模型中滤波器的参数估计。通过仿真实验分析,验证了信道预测模型的准确性,采用信道预测方法能够有效降低反馈延迟对预编码系统性能的影响,而且相比于已有的ZF和MMSE接收方法,信道预测方法能够进一步提高系统性能的增益。
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