MIMO-OFDM系統(tǒng)信道估計(jì)與信號(hào)檢測(cè)聯(lián)合方法研究.pdf

1、在 MIMO-OFDM系統(tǒng)中，信號(hào)檢測(cè)算法的性能和復(fù)雜度對(duì)整個(gè)通信系統(tǒng)的可靠性和實(shí)時(shí)性有很大的影響。一般具有優(yōu)異檢測(cè)性能的信號(hào)檢測(cè)算法復(fù)雜度較高不適用于實(shí)際應(yīng)用。因此研究具有最優(yōu)檢測(cè)性能且復(fù)雜度適中的信號(hào)檢測(cè)算法是 MIMO-OFDM接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。另外，在系統(tǒng)的接收端只有對(duì)信道的精準(zhǔn)估計(jì)才能有效地消除信道對(duì)發(fā)送信號(hào)的干擾，因此信道估計(jì)是MIMO-OFDM系統(tǒng)接收的重要技術(shù)之一。
　　在 MIMO-OFDM系統(tǒng)中，信道估計(jì)和信

2、號(hào)檢測(cè)一般是相互獨(dú)立的。由于信道狀態(tài)信息的獲得只取決于訓(xùn)練序列，若信道估計(jì)精度過(guò)低，必然導(dǎo)致系統(tǒng)的誤碼率急劇升高。同時(shí)，大多數(shù)信號(hào)檢測(cè)算法均是針對(duì)沒(méi)有信道編碼的無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)，檢測(cè)一般采用硬判決，算法沒(méi)有有效的利用信道譯碼輸出的有用信息。因此將信道估計(jì)、信號(hào)檢測(cè)、信道譯碼通過(guò)迭代技術(shù)聯(lián)合起來(lái)可有效地提高M(jìn)IMO-OFDM系統(tǒng)的整體性能。
　　論文針對(duì)MIMO-OFDM系統(tǒng)中的聯(lián)合信道估計(jì)、信號(hào)檢測(cè)和信道譯碼技術(shù)進(jìn)行了深入的研究，主要

3、研究成果如下：
　　首先，研究了MIMO-OFDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、最優(yōu)導(dǎo)頻設(shè)計(jì)方法以及輔助導(dǎo)頻下的信道估計(jì)算法，給出了相應(yīng)的理論分析。在此基礎(chǔ)上針對(duì)多輸入多輸出正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的盲信道估計(jì)算法存在收斂速度慢以及使用奇異值分解復(fù)雜度高等問(wèn)題，提出了一種基于改進(jìn)子空間的MIMO-OFDM半盲信道估計(jì)算法。算法首先利用快速數(shù)據(jù)投影方法替代奇異值分解跟蹤噪聲子空間來(lái)估計(jì)信道狀態(tài)信息，然后利用訓(xùn)練序列對(duì)信道進(jìn)行校正，以解決一般盲信道估計(jì)算法存在模

4、糊矩陣問(wèn)題，提高了信道估計(jì)算法的精度。仿真結(jié)果表明該方案具有較快的收斂速度且降低了運(yùn)算復(fù)雜度，是一種實(shí)用的半盲信道估計(jì)方法。
　　其次，研究了分層空時(shí)編碼、經(jīng)典的MIMO系統(tǒng)信號(hào)檢測(cè)技術(shù)，并對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的理論與仿真分析。在此基礎(chǔ)上將量子搜索算法引入檢測(cè)系統(tǒng)并對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了一種理論上復(fù)雜度較低的改進(jìn)量子搜索信號(hào)檢測(cè)算法，仿真結(jié)果表明該算法能夠逼近最大似然檢測(cè)算法的檢測(cè)性能，且系統(tǒng)復(fù)雜度有了明顯改善。針對(duì)球形譯碼算法初始半徑的選

5、取和最終輸出判決問(wèn)題，提出了一種適合高信噪比的改進(jìn)球形譯碼檢測(cè)算法。針對(duì)基本粒子群優(yōu)化信號(hào)檢測(cè)算法易于陷入局部極值和收斂精度較低的問(wèn)題，提出了一種適合低信噪比的改進(jìn)粒子群優(yōu)化信號(hào)檢測(cè)算法。算法結(jié)合遺傳算法的雜交技術(shù)和極值擾動(dòng)機(jī)制，對(duì)基本粒子群優(yōu)化算法進(jìn)行改進(jìn)。仿真結(jié)果表明該算法有效地提高了系統(tǒng)的信號(hào)檢測(cè)性能，有較強(qiáng)的全局搜索能力，是一種實(shí)用的信號(hào)檢測(cè)方法。
　　然后，對(duì)期望最大化算法及其擴(kuò)展進(jìn)行理論研究。在此基礎(chǔ)上提出了基于廣義空

6、間迭代期望最大化的時(shí)域和頻域的信道估計(jì)算法，并結(jié)合信號(hào)檢測(cè)理論，針對(duì)采用期望最大化算法存在收斂速度慢等缺陷，提出了一種基于頻域的SAGE-ISD聯(lián)合信道估計(jì)檢測(cè)算法。方案主要采用了線(xiàn)性最小均方誤差信道估計(jì)對(duì)信道進(jìn)行初估計(jì)，并利用聯(lián)合迭代技術(shù)結(jié)合廣義空間迭代期望最大化算法和改進(jìn)球形譯碼檢測(cè)算法對(duì)信道進(jìn)行估計(jì)校正和信號(hào)檢測(cè)，從而提高了系統(tǒng)的可靠性。針對(duì)時(shí)域上最大似然檢測(cè)算法難于硬件實(shí)現(xiàn)以及傳統(tǒng)的信道估計(jì)性能較差等缺陷，提出了一種基于時(shí)域的S

7、AGE-IPSO聯(lián)合信道估計(jì)檢測(cè)算法。該方案使用訓(xùn)練序列進(jìn)行信道初估計(jì)，利用廣義空間迭代期望最大化算法對(duì)信道估計(jì)值進(jìn)行校正，并結(jié)合改進(jìn)的粒子群優(yōu)化算法完成對(duì)信號(hào)的迭代檢測(cè)，使系統(tǒng)性能得到改善。仿真結(jié)果表明兩種方案能以較少的迭代次數(shù)完成信道的精準(zhǔn)估計(jì)和數(shù)據(jù)檢測(cè)，檢測(cè)性能與理想信道估計(jì)下的最大似然檢測(cè)算法相接近。
　　最后，對(duì)信道編譯碼算法和軟輸入軟輸出信號(hào)檢測(cè)進(jìn)行理論研究。在此基礎(chǔ)上針對(duì)傳統(tǒng)的MIMO-OFDM接收機(jī)中信道譯碼、信道