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《西安电子科技大学》 2007年
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非高斯噪声衰落信道中空时编码性能的研究

王旭东  
【摘要】: 提供高速率、高质量的服务是未来无线通信系统的主要目标,实现这种高速率业务的主要技术突破便是使用多输入多输出(MIMO)系统。作为未来无线通信的关键技术,MIMO技术能够在不增加带宽和发射功率的情况下,大幅度提高衰落道信道容量、误码性能和频带利用率。基于MIMO技术用于多天线系统的空时编码是可以使信息容量接近理论容量的一种实用编码。自从空时编码基础理论提出以来,得到了广泛的关注和深入研究。然而,当前多数研究均是针对系统处于高斯白噪声环境中这一假设条件进行的。而通信中很多现象产生的噪声满足非高斯分布,即非高斯噪声总是存在的,并且在许多通信应用中呈现为脉冲干扰。因此,选择非高斯噪声环境应该是更为合理的。与当前多数研究工作不同,本文主要针对非高斯噪声环境下衰落信道中空时编码系统的性能分析问题进行了探索性研究,主要研究内容和取得的成果概括如下: 1.提出了基于MGF分析法进行正交空时分组码(OSTBC)误码性能分析的方法。详细推导了针对独立同分布(i.i.d.)Rayleigh、Rician及Nakagami-m衰落信道以及相关Nakagami-m衰落信道下采用不同调制方案的OSTBC系统平均误符号率(SER)的闭式表达式。对OSTBC在各种不同典型衰落信道中的误码性能进行了研究,分别从空时分组编码方案、频谱利用率、调制方式及信道相关性等方面对平坦衰落信道中的OSTBC性能进行了全面分析,给出了一些新的观察结果。 2.提出了高斯混合噪声环境下OSTBC性能分析的方法。采用ε-高斯混合模型来描述STBC系统所处的噪声环境,信道分别建模为Rayleigh、Rician和Nakagami-m等平坦衰落信道。基于对加性混合噪声信道的标量等效,可以建立混合噪声环境下OSTBC的MISO近似等效模型,得到等效模型瞬时信噪比SNR的概率密度函数及MGF。采用MGF分析方法和概率密度函数直接积分法推导出了上述三种衰落信道中采用M-PSK和M-QAM不同数字调制方式的SER的闭式表达式。对混合噪声环境下OSTBC误码性能进行了估计,给出了不同噪声环境及信道衰落条件下系统SER性能的解析和仿真结果,二者吻合良好。 3.对Middleton Class A噪声及对称α-稳定分布噪声环境下衰落信道中的OSTBC系统性能进行了研究。首先,对于Middleton Class A统计物理模型,通过将非高斯ClassA分布变换成条件高斯分布,在空间依赖时间独立假设条件下,给出了OSTBC系统模型中噪声信号的联合概率密度函数。推导出了Middleton Class A噪声环境下采用ML接收机的OSTBC的成对差错概率的上界。其次,对于SαS分布噪声,通过引入等效离差参数、几何功率及几何信噪比等概念,对承载信息的信号和具有无限方差的信道噪声之间的相对强度进行了数学及概念上的描述。利用蒙特卡洛仿真对Middleton Class A及对称α-稳定分布噪声环境下OSTBC的性能进行了研究,分别给出了系统在Rician和Nakagami-m两种不同衰落信道中的性能仿真结果和分析结论。 4.提出了高斯混合噪声环境下STTC性能分析的方法。利用MGF分析方法,推导出了在Rician和Nakagami-m衰落信道中STTC的成对差错概率的单变量积分形式的准确表达式。通过建立混合噪声下系统瞬时信噪比与高斯噪声下瞬时信噪比之间的关系,推导了混合噪声环境下STTC的近似PEP表达式,利用PEP,分别针对快衰落和慢衰落两种情况下的BER进行了估计。 5.对无线衰落信道和非高斯噪声信号的建模及仿真实现进行了研究。分别给出了基于逆变换法仿真生成服从Rician和Nakagami-m分布随机序列的方法。所获得的随机变量序列具有通用性,可以广泛应用于无线通信系统仿真中。针对非高斯随机变量的仿真实现,提出了利用直方图法来实现服从Middleton Class A分布的独立随机变量的方法,仿真实验验证了该方法的可行性。
【学位授予单位】:西安电子科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TN911.2

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【引证文献】
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【参考文献】
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【同被引文献】
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【二级引证文献】
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