基于空时码和Turbo码的MIMO-OFDM系统研究

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随着无线通信技术的发展,人们对无线传输的有效性和可靠性提出了更高的要求。多输入多输出(MIMO,Multiple-Input Multiple-Output)作为未来宽带无线通信的关键技术之一,是实现充分利用空间资源以提高频谱效率的一个重要手段。它充分利用无线传播中的多径传输,能够在不占用额外频谱带宽的前提下,有效地提高信道容量。  本文通过在MIMO-OFDM(OFDM,Orthogonal Frequency Division Multip-lexing)系统中,级联空时码、Turbo码技术来提高系统的信道容量、抗衰落性能和编码增益。空时码利用时间和空间两维信号来处理码字,能有效抵消衰落和提高带宽效率,增加无线链路的数据传输率,显示出良好的分集性能。OFDM是一种高效的多载波调制技术,能有效对抗多径传播,并能将频率选择性多径衰落信道在频域内转变成平坦信道。因此,OFDM与空时码的结合技术可以在频率选择性信道中,获得较好的分集增益。Turbo码是一种前向纠错信道编码技术,它在接近Shannon限的低信噪比下能获得较低的误码率,因此可以有效地抑制人为干扰与噪声带来的不利影响,从而减少系统的误码率。  文中首先对MIMO技术简单介绍,然后对空时网格码(STTC,Space-Time Trellis Codes)、空时分组码(STBC,Space-Time Block Codes)以及分层空时码(BLAST,Bell Labs Layered Space-Time)进行比较,分析各种编码的优缺点,选择空时分组码与MIMO-OFDM系统进行级联应用于此系统中。接着本文对Turbo码做了分析,概述了影响Turbo码的一些主要因素,并针对其中的译码算法进行改进,提出了改进的MAX-Log-MAP(MAP,Maximum A Posteriori)算法,给出复杂度的分析结果。本文同时给出Turbo码、空时码和MIMO-OFDM级联系统的发送和接收模型。对其中的信道容量给出理论推导和计算。最后,本文对级联系统进行仿真,与传统的单输入单输出(SISO,Single-Input Single-Output)进行比较。同时还分别对空时码和Turbo码的性能做了仿真。仿真表明,改进的Turbo码在没有增加系统复杂度的情况下,误码率有较好的改善;Turbo码、空时码与MIMO-OFDM的级联系统获得了较高的分集增益和编码增益。
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