高鐵車地通信中的酉空時調(diào)制技術研究.pdf

1、在高鐵車地通信環(huán)境下，列車通常處于開闊地帶環(huán)境且運行速度非?？欤沟盟ヂ湫诺莱尸F(xiàn)出明顯的空間相關和連續(xù)快時變特性。在多天線系統(tǒng)中，酉空時調(diào)制技術由于接收端不需要知道信道狀態(tài)信息而適用于高鐵車地通信。論文針對高鐵場景，從點對點鏈路、點對多點鏈路以及多點對多點鏈路三個方面研究了酉空時制系統(tǒng)的收發(fā)設計方案，并進行相關的性能分析。主要內(nèi)容概括如下:
　　首先，針對點對點鏈路，論文研究了空間相關連續(xù)快時變信道下酉空時調(diào)制系統(tǒng)的最優(yōu)非相干接收

2、機性能。研究表明，盡管最優(yōu)非相干接收機在高信噪比區(qū)域呈現(xiàn)出錯誤平層效應，但相比不使用任何信道信息的非相干接收機，該接收機能夠獲得顯著的性能改善。另一方面，信道的高空間相關性使得系統(tǒng)的編碼增益在中等信噪比區(qū)域中有所損失，信道的空間相關性信息也無益于進一步改善系統(tǒng)性能。鑒于此，論文提出了一種僅利用列車速度信息的簡化非相干接收機方案，可省略信道二階統(tǒng)計特性的估計步驟，從而降低系統(tǒng)的計算復雜度。論文推導了簡化非相干接收機的成對錯誤概率理論公式。

3、仿真結果與分析表明簡化非相干接收機的誤碼性能遠優(yōu)于不使用任何信道相關性信息的次優(yōu)非相干接收機，并且十分接近最優(yōu)非相干接收機。
　　其次，論文提出一種空間相關連續(xù)快時變信道下酉空時調(diào)制系統(tǒng)的預編碼器和接收機的聯(lián)合設計方案。預編碼器基于信道的發(fā)送空間相關矩陣進行設計，以最小化高信噪比條件下信道估計的均方誤差為優(yōu)化目標;接收機的設計則同時利用了信道的發(fā)送/接收空間相關矩陣和時間相關矩陣，并根據(jù)最大似然準則得到最優(yōu)的非相干接收機。仿真結果

4、表明，相比單一的最優(yōu)非相干接收機，所提方案的誤碼性能得到明顯改善;當信道的發(fā)送空間相關性和歸一化多普勒頻移大到一定程度時，其性能超過空間獨立連續(xù)快時變信道下的最優(yōu)非相干接收機。此外，論文推導了所提方案的成對錯誤概率的理論公式，仿真結果驗證了推導的正確性。
　　再次，論文提出一種空間獨立連續(xù)快時變信道下基于導頻序列的酉空時調(diào)制系統(tǒng)的相干接收方案。在導頻位置的信道估計誤差方差和信道時間相關矩陣均已知的前提條件下，通過最大似然法則獲得了

5、最優(yōu)的相干接收機。仿真結果表明所提方案改善了中低信噪比區(qū)域的最優(yōu)非相干接收機的誤碼率性能。高鐵場景中的列車運行速度變化范圍相當寬，對應的多普勒頻移也發(fā)生大幅度變化。在這種情況下，酉空時碼的相干接收性能比傳統(tǒng)的空時編碼具有更好的魯棒性，因此進一步驗證了酉空時碼更適用于高鐵通信。
　　針對點對多點鏈路，基于一種新型的信號乘積傳輸方案，論文研究了兩用戶MIMO廣播信道下的的收發(fā)端設計方案，并詳細分析了兩用戶的誤碼性能。不同用戶有不同的移

6、動速度，從而有不同的信道估計能力。在該場景中，假定移動速度高的用戶（稱為非相干用戶）不知道任何信道狀態(tài)信息，而移動速度低的用戶（稱為相干用戶）已知完美信道狀態(tài)信息。在發(fā)送端，非相干用戶的期望信號采用酉空時調(diào)制方式，相干用戶的期望信號采用空間全復用方式。在接收端，非相干用戶采用基于最大似然的最優(yōu)非相干接收方案，而對于相干用戶，提出基于最大似然和最小均方誤差的兩種硬檢測方案和基于條件期望最大化的一種軟檢測方案。仿真結果對比了不同用戶和不同接

7、收方案的誤碼性能。此外，推導了相干用戶和非相干用戶的誤碼率公式，得到相關的精確解以及上界。
　　最后，針對多點對多點鏈路，論文提出了兩用戶MIMO X信道下的一種酉空時調(diào)制與盲干擾對齊相結合的傳輸方案，實現(xiàn)了發(fā)送端和接收端均不需要信道狀態(tài)信息的干擾對齊。假設非相干用戶經(jīng)歷時間選擇性的平坦瑞利衰落信道而相干用戶經(jīng)歷頻率選擇性的靜態(tài)信道，該方案利用信道的這種異構性實現(xiàn)干擾對齊。由于非相干用戶無法知道信道狀態(tài)信息，因此需要采用非相干方式