寬帶無線通信系統(tǒng)中的多用戶檢測.pdf

1、寬帶無線通信是當今通信業(yè)中最具有生機與活力的領(lǐng)域之一；而多輸入多輸出結(jié)合正交頻分復用（Multiple-Input Multiple-Output combining Orthogonal Frequency Division Multiplexing，MIMO-OFDM）技術(shù)和超寬帶（Ultra-Wideband，UWB）技術(shù)各因其優(yōu)勢，勢必會成為未來寬帶無線通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。在多用戶環(huán)境下的MIMO-OFDM和UWB系統(tǒng)中，多個

2、用戶同時通信雖然能夠提高系統(tǒng)資源利用率，然而由于無線信道的衰落勢必會導致用戶之間相互干擾。解決此類問題可采用多用戶接收機，即多用戶檢測技術(shù)。因此，本論文主要研究了上述兩類未來寬帶無線通信系統(tǒng)中的多用戶檢測技術(shù)。其主要內(nèi)容概括如下：
　　 ⑴在具有MIMO-OFDM技術(shù)的長距離無線通信系統(tǒng)中，利用判決反饋檢測的方法，提出一類基于判決反饋均衡器（Decision Feedback Equalizer，DFE）的非線性多用戶檢測算法。

3、描述了所提出算法具有的多重反饋結(jié)構(gòu)，并通過計算比較了所提出的具有多重反饋結(jié)構(gòu)的DFE與傳統(tǒng)的DFE的最小均方誤差（MMSE）性能，并用理論證明具有多重反饋結(jié)構(gòu)的DFE的MMSE性能優(yōu)于傳統(tǒng)的DFE。最后，根據(jù)前級的已知匹配濾波器系數(shù)提出一種均衡器的系數(shù)優(yōu)化算法。本論文提出的此類多用戶檢測算法在BER性能、系統(tǒng)容量方面均獲得較好的效果。
　　 ⑵測量室內(nèi)短距離通信的UWB信道，獲得其多徑衰落的模型。建立出具有對數(shù)正態(tài)衰落的多用戶U

4、WB系統(tǒng)模型。首次在對數(shù)正態(tài)的小尺度衰落UWB信道下，提出基于互補誤差函數(shù)變異的遺傳算法（CEFM-GA）的多用戶檢測技術(shù)。討論了CEFM-GA具體檢測流程，并利用互補誤差函數(shù)來計算變異概率。仿真實驗表明在IEEE 802.15.3a的CM1～CM4信道下，CEFM-GA獲得較優(yōu)的BER性能。
　　 ⑶建立出具有Nakagami衰落的多用戶UWB系統(tǒng)模型，并權(quán)衡了遺傳算法和蟻群優(yōu)化算法的優(yōu)缺點，提出一種優(yōu)勢互補的混合多用戶檢測算

5、法----蟻群優(yōu)化結(jié)合基于Q函數(shù)變異的遺傳算法（ACO QFM-GA）的多用戶檢測算法。ACO QFM-GA將遺傳算法的結(jié)果轉(zhuǎn)化為蟻群優(yōu)化算法的信息素的初始分布；然后利用蟻群優(yōu)化算法的正反饋性進行最終最優(yōu)解的計算。我們將ACO QFM-GA算法流程分為遺傳算法和蟻群優(yōu)化算法兩個部分進行研究。首先針對前級的基于Q函數(shù)變異的遺傳算法具體討論了其變異運算。然后以詳細分析了后級的蟻群優(yōu)化算法。仿真實驗表明在Nakagami衰落的視距UWB信道下

6、，ACO QFM-GA得益于遺傳算法和蟻群優(yōu)化算法各自的優(yōu)勢，以相對較低的計算復雜度獲得較優(yōu)的BER性能。
　　 ⑷根據(jù)所提出的多用戶檢測算法具有循環(huán)迭代計算的特點，提出一種能夠降低計算復雜度的差分算法（或差分多用戶檢測算法）。在多用戶的MIMO-OFDM系統(tǒng)中，提出適用于基于此前DFE的差分多用戶檢測算法。首先，詮釋了差分算法的基本思想，并描繪了具有差分結(jié)構(gòu)的MIMO MIC DFE-EFF DA和MIMO MIC DFE-E

7、FF（COA）DA。然后，通過演算得到適用于各種調(diào)制系統(tǒng)的差分算法。最后，計算得到各種多用戶檢測算法的計算復雜度的表達式。仿真實驗表明了MIMO MIC DFE-EFF DA和MIMO MIC DFE-EFF（COA）DA分別較此前MIMO MIC DFE-EFF和MIMO MIC DFE-EFF（COA）均節(jié)省了絕大部分的計算資源。而且，由于差分算法是線性變換，幾乎不會影響系統(tǒng)的BER性能。
　　 ⑸分析得出遺傳算法雖具有較快

8、的搜索初期收斂性，但其計算復雜度制約了基于遺傳算法的一類多用戶檢測技術(shù)。并以CEFM-GA為例，在多用戶的UWB系統(tǒng)中，提出了一種基于遺傳算法的差分多用戶檢測算法——CEFM-GA DA。首先，描繪了CEFM-GA DA的具體結(jié)構(gòu)。然后，深入分析了它的原理。最后，計算得到各種多用戶檢測算法的計算復雜度的表達式。仿真實驗表明CEFM-GA DA不但具有較低的計算復雜度，而且它還能通過差分算法間接獲取BER性能的提升。
　　 ⑹所提