MIMO-OFDM系统中信号碰撞恢复问题研究

发布时间：2017-05-23 16:07

  本文关键词：MIMO-OFDM系统中信号碰撞恢复问题研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,无线通信系统对通信性能和系统容量的需求日益增长,MIMO技术通过利用多对发送接收天线带来的空间自由度获得空间复用增益和分集增益,从而能够成倍地提升无线通信系统性能。OFDM技术通过将频率选择性衰落信道分割成多个平行的平坦衰落子信道,能够有效避免载波间干扰以及符号间干扰,具有很强的抗频率选择性衰落能力。多输入多输出正交频分复用(MIMO-OFDM)系统结合了MIMO和OFDM两者的优点,通过利用空间分集和频率分集提升频谱利用率,从而能够在多径信道衰落条件下极大的提高无线通信系统的容量和数据传输速率。无线局域网(WLAN)系统因具有传输速率高,成本低,组网灵活并易于扩展等优点而得到广泛应用。MIMO-OFDM技术已经成为了多个无线局域网标准(例如IEEE 802.11n)的关键技术。另一方面,空时/频编码是MIMO技术的重要内容,其也被作为可选内容引入到WLAN标准中。在IEEE 802.11 WLAN标准中,一般采用载波监听多址接入/碰撞避免(CSMA/CA)协议来避免用户同时发送信号导致碰撞。但是,当隐藏终端存在时,CSMA/CA协议并不能够很好地解决用户发送信号碰撞的问题。本文分别针对是否采用空时/频编码的两种MIMO-OFDM WLAN系统,提出针对性的碰撞信号恢复算法。本文首先基于MIMO系统模型调研和总结了常见的MIMO检测算法,并对多种检测算法进行了仿真实现以及性能比较。然后对Turbo迭代信号处理原理和MIMO迭代检测技术进行了介绍和仿真。针对未采用空时/频编码的MIMO WLAN系统中由隐藏终端导致的信号碰撞问题,本文提出了一种基于迭代MIMO检测的碰撞信号恢复算法(ICD-MIMO,Iterative Collision Decoding algorithm for MIMO)。ICD-MIMO算法通过碰撞信号重构,干扰信号消除和MIMO检测三个步骤从接收端得到的连续碰撞信号中恢复出原始信号,并进一步地将Turbo迭代信号处理运用到接收机设计中,通过软信息在碰撞信号恢复模块与信道译码模块之间进行迭代交互,提升系统碰撞恢复性能。仿真结果表明ICD-MIMO碰撞恢复算法能够应用在实际MIMO WLAN系统中解决信号碰撞问题。对于物理层采用了SFBC MIMO-OFDM技术的WLAN系统,本文提出了一种新的碰撞恢复算法(SCD-MIMO,SFBC Collision Decoding Algorithm for MIMO)。在SFBC MIMO-OFDM系统中天线发送数据为空频编码后的数据符号,因此与ICD-MIMO算法不同,SCD-MIMO算法通过碰撞信号重构、接收信号估计和空频解码三个步骤对碰撞信号进行恢复。仿真结果表明SCD-MIMO碰撞恢复算法具有较高的碰撞信号恢复性能,在高信噪比情况下误码率可达到10-4数量级。
【关键词】：MIMO-OFDM系统 MIMO迭代检测 隐藏终端 碰撞信号恢复 空时/频编码
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN919.3
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-7
• 英文缩略语说明表7-14
• 第一章 绪论14-22
• 1.1 无线通信发展历程14-15
• 1.2 MIMO-OFDM系统概述15-18
• 1.2.1 MIMO技术15-16
• 1.2.2 OFDM技术16-18
• 1.2.3 MIMO-OFDM系统18
• 1.3 信号碰撞问题研究现状18-19
• 1.4 论文主要工作与结构19-22
• 第二章 MIMO系统关键技术22-46
• 2.1 MIMO系统模型22-23
• 2.2 MIMO系统容量23-25
• 2.3 MIMO检测算法25-34
• 2.3.1 线性检测算法25-28
• 2.3.2 非线性检测算法28-32
• 2.3.3 MIMO检测算法仿真比较32-34
• 2.4 Turbo原理及MIMO迭代检测技术34-43
• 2.4.1 Turbo迭代信号处理基本原理34-36
• 2.4.2 MIMO迭代检测技术36-42
• 2.4.3 性能仿真42-43
• 2.5 空时/频编码技术43
• 2.6 本章小结43-46
• 第三章 基于迭代MIMO检测的碰撞信号恢复算法46-70
• 3.1 WLAN系统信号碰撞问题46-48
• 3.2 系统模型48-54
• 3.2.1 WLAN系统网络模型48-49
• 3.2.2 信号碰撞模型49-51
• 3.2.3 发送端模型51-52
• 3.2.4 接收端模型52-54
• 3.3 ICD-MIMO算法原理54-59
• 3.3.1 算法流程54-57
• 3.3.2 迭代接收机设计57-59
• 3.4 算法仿真与性能分析59-67
• 3.4.1 误码率性能分析59-64
• 3.4.2 系统容量分析64-67
• 3.5 本章小结67-70
• 第四章 基于SFBC MIMO-OFDM系统的碰撞信号恢复算法70-90
• 4.1 SFBC MIMO-OFDM系统模型70-72
• 4.2 Alamouti编码方案72-79
• 4.2.1 Alamouti空时编码方案73-77
• 4.2.2 Alamouti空频编码方案77-79
• 4.3 SCD-MIMO算法原理79-84
• 4.4 算法仿真与性能分析84-88
• 4.5 本章小结88-90
• 第五章 结论及展望90-92
• 5.1 论文主要内容总结90-91
• 5.2 后续工作展望91-92
• 参考文献92-96
• 致谢96-98
• 攻读硕士学位期间发表学术论文和申请发明专利情况98-100

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