采用空時分層結(jié)構(gòu)的MIMO系統(tǒng)信號檢測技術(shù)的研究.pdf

1、無線多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)可以顯著提高系統(tǒng)容量,是下一代移動通信系統(tǒng)的關(guān)鍵傳輸技術(shù)。多輸入多輸出技術(shù)充分開發(fā)空間資源,利用多個天線實(shí)現(xiàn)多發(fā)多收,在不需要增加頻譜資源和天線發(fā)送功率的情況下,可以成倍地提高信道容量。典型的空間復(fù)用技術(shù)是貝爾實(shí)驗(yàn)室的空時分層結(jié)構(gòu)。本文對獨(dú)立平坦衰落與頻率選擇性衰落信道環(huán)境中的MIMO信號檢測技術(shù)進(jìn)行了研究,在不降低頻譜效率的前提下,力圖通過提高檢測算法性能改善系統(tǒng)的誤比特性能,并降低信號檢測的計算復(fù)雜度

2、。研究著眼于采用空時分層結(jié)構(gòu)的MIMO系統(tǒng)檢測技術(shù)中若干關(guān)鍵技術(shù),包括GOLDEN檢測技術(shù)、均方根迭代檢測技術(shù)、按序QR分解檢測技術(shù)、自適應(yīng)最小二乘按序判決反饋檢測技術(shù)做了詳細(xì)的研究,主要研究內(nèi)容如下:
　　 針對常規(guī)V-BLAST檢測算法在MIMO系統(tǒng)接收端進(jìn)行檢測時,需要進(jìn)行大量偽逆運(yùn)算導(dǎo)致檢測復(fù)雜度增加的問題,提出了一種基于迭代QR分解的MMSE V-BLAST算法,把對信道矩陣求偽逆的過程轉(zhuǎn)化為利用迭代QR分解近似逼近的

3、過程,從而避免了偽逆運(yùn)算,有效的降低了檢測算法的復(fù)雜度。并且由于避免了偽逆運(yùn)算而無需滿足信道矩陣的行數(shù)必須大于或等于列數(shù)的要求,因而對于發(fā)射和接收端無需滿足發(fā)射天線數(shù)必須小于或等于接收天線數(shù)的要求,擴(kuò)展了系統(tǒng)的一般適應(yīng)性。
　　 考慮到傳統(tǒng)的均方根檢測算法計算復(fù)雜度高。提出快速均方根V-BLAST檢測算法,所提算法利用矩陣酉變換的性質(zhì),僅對信道矩陣進(jìn)行一次排序,并且無需迫零向量,該算法在系統(tǒng)檢測性能總體保持一致的情況下,計算復(fù)雜

4、度下降,對于響應(yīng)要求及時的系統(tǒng)有很好的適應(yīng)性。
　　 用于多輸入多輸出通信系統(tǒng)檢測的按序QR分解算法在多徑瑞利慢衰落信道中系統(tǒng)復(fù)雜度低,但誤碼率較高。提出一種基于列正交變換的串行干擾消除算法,該算法對信道矩陣按列正交變換,避免了求上三角矩陣的運(yùn)算,并且在判決信號過程中,將先判決出的信號通過信道后的輸出向量作為干擾進(jìn)行消除,從而避免了已判決信號對未判決信號的影響。
　　 在基于列正交變換的串行干擾消除算法基礎(chǔ)上,借鑒并行處

5、理的思想,提出并行QR分解檢測算法,并對其檢測性能進(jìn)行了分析。所提算法首先對信道矩陣按列正交變換,并且利用矩陣酉變換的性質(zhì)僅對信道矩陣進(jìn)行一次排序,在判決信號過程中,采用部分判決信號反饋和接收信號干擾消除并行處理的檢測算法。在低信噪比的情況下,由于避免了功率強(qiáng)度大的信號對其余信號產(chǎn)生干擾,所以此算法適用于信道條件惡劣的情況下。
　　 理論證明,利用修正的Gram Schmidt正交化方法對矩陣進(jìn)行正交化的計算量大,而基于Hous

6、eholder變換的正交化方法的計算量大約為其2/3。因此,在MIMO系統(tǒng)檢測時,考慮采用基于Householder變換的串行干擾消除算法。所提算法對信道矩陣進(jìn)行Householder變換并且利用矩陣酉變換的性質(zhì)僅對信道矩陣進(jìn)行一次排序,在判決信號過程中,將先判決出的信號通過信道后的輸出向量作為干擾進(jìn)行消除,因而計算量降低。
　　 提出一種在MIMO頻率選擇性無線環(huán)境中得到高數(shù)據(jù)傳輸率的接收機(jī)結(jié)構(gòu)?；赗LS按序串行干擾消除的M

7、IMO判決反饋算法在應(yīng)用迭代最小二乘算法得到的前饋數(shù)據(jù)向量中按序?qū)⒁褭z測并判決出的信號進(jìn)行消除,并將前饋數(shù)據(jù)向量合并到反饋數(shù)據(jù)向量中,避免了已判決出的信號對前饋數(shù)據(jù)向量的干擾,利用矩陣求逆公式,重新定義迭代過程中權(quán)重向量。使迭代過程均方根誤差降低,檢測性能提升。
　　 在基于RLS按序串行干擾消除的MIMO判決反饋算法的基礎(chǔ)上,借鑒并行處理的思想提出了基于RLS并行干擾消除的MIMO判決反饋算法。所提算法在應(yīng)用迭代最小二乘算法得

8、到的前饋數(shù)據(jù)向量中運(yùn)用并行干擾消除的方法將已檢測并判決出的信號進(jìn)行消除,并將前饋數(shù)據(jù)向量合并到反饋數(shù)據(jù)向量中。所提算法無需對信道矩進(jìn)行排序,因而計算量降低;在低信噪比的情況下,由于避免了功率強(qiáng)度大的信號對其余信號產(chǎn)生干擾,所以此算法適用與信道條件惡劣的情況下。
　　 傳統(tǒng)的最小二乘恒模算法(LSCMA)誤差曲線不具對稱性,是導(dǎo)致LSCMA算法收斂速度慢、收斂后均方誤差大的主要原因。為此將LSCMA算法進(jìn)行了改進(jìn),將其誤差曲線定義