MIMO無線通信系統(tǒng)的預(yù)處理及檢測技術(shù)研究.pdf

1、隨著無線通信用戶數(shù)量和需求的不斷增長，傳統(tǒng)的單輸入單輸出(SISO)無線通信系統(tǒng)和常規(guī)的天線分集技術(shù)已無法滿足新一代無線通信對頻譜效率和傳輸質(zhì)量的要求。結(jié)合空時處理的多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)的出現(xiàn)為解決該問題提供了新的途徑。通過在發(fā)射和接收端配置多個天線，MIMO系統(tǒng)可以充分利用多徑信道的空間特征，在散射豐富環(huán)境中提供非常高的頻譜效率和傳輸性能。MIMO技術(shù)已經(jīng)被認(rèn)為是未來實現(xiàn)高速無線通信的關(guān)鍵技術(shù)之一。 然而，與SISO系

2、統(tǒng)相比，MIMO在應(yīng)用方面還存在諸多亟待解決的問題。一方面，現(xiàn)實信道中存在的空間相關(guān)性影響著MIMO系統(tǒng)的容量和可靠性，強(qiáng)相關(guān)信道會嚴(yán)重降低系統(tǒng)性能；另一方面，多天線的使用增加了系統(tǒng)的實現(xiàn)成本和接收端檢測的復(fù)雜度。因此，能否有效地降低信道相關(guān)性的影響和在保持一定性能前提下降低算法的復(fù)雜度成為MIMO技術(shù)能否真正應(yīng)用于實際通信系統(tǒng)的關(guān)鍵因素。 在發(fā)射端利用信道信息的自適應(yīng)預(yù)處理技術(shù)可以減小信道衰落和相關(guān)性的影響，成為提高M(jìn)IMO頻

3、譜利用率和鏈路傳輸性能的有效途徑。另外，天線選擇技術(shù)和并行多級檢測技術(shù)可以降低MIMO實現(xiàn)成本和檢測復(fù)雜度，增強(qiáng)了MIMO的實用性。 有鑒于此，本文研究了MIMO通信系統(tǒng)中的預(yù)處理技術(shù)和快速檢測技術(shù)，包括預(yù)處理技術(shù)中的功率分配、波束形成和發(fā)射天線選擇技術(shù)以及多級檢測技術(shù)，還分析了相關(guān)信道下陣列結(jié)構(gòu)對MIMO性能的影響。 文中首先以最小差錯概率為優(yōu)化準(zhǔn)則，對空間復(fù)用系統(tǒng)的預(yù)處理技術(shù)進(jìn)行了研究。對于準(zhǔn)靜態(tài)信道，利用瞬時信道信

4、息，結(jié)合判決反饋接收機(jī)推導(dǎo)了最小瞬時誤碼率的功率分配算法：對于相關(guān)瑞利信道，利用信道二階統(tǒng)計信息，結(jié)合特征波束形成技術(shù)，提出了最小平均誤符號率的功率分配方案，并給出了相應(yīng)的解析公式，避免了以往算法中的循環(huán)迭代運(yùn)算。最后，將上述結(jié)論推廣到萊斯信道中，將LOS分量的影響等價為發(fā)射相關(guān)性的影響，給出了統(tǒng)一的預(yù)處理方案。針對獨立萊斯信道的特點，提出了基于K因子和LOS發(fā)射角信息的預(yù)處理方案，減小了閉環(huán)反饋量和處理復(fù)雜度。 其次，針對相關(guān)

5、信道下基于波束形成的STBC系統(tǒng)的特點，提出了利用信道二階統(tǒng)計信息的天線選擇方案，推導(dǎo)了基于最小平均誤碼率的天線選擇準(zhǔn)則。天線選擇和特征波束形成均利用統(tǒng)計信道信息，選擇算法無需頻繁更新，有利于硬件的實現(xiàn)和信息反饋。 再次，從陣列結(jié)構(gòu)的角度研究了相關(guān)信道下MIMO系統(tǒng)性能。通過分析基于波束形成的STBC系統(tǒng)各個分支信噪比(SNR)與系統(tǒng)平均誤碼率的關(guān)系，提出了采用非均勻陣列來提高系統(tǒng)的性能；此外，利用均勻園陣的平面對稱性，將之應(yīng)用

6、到空間復(fù)用系統(tǒng)中來提高系統(tǒng)性能的穩(wěn)定性，在強(qiáng)相關(guān)信道中表現(xiàn)出優(yōu)于均勻線陣的性能。 最后研究了用于降低檢測復(fù)雜度的多級并行檢測算法，并在此基礎(chǔ)上提出了兩種新的算法來降低誤差傳遞：1)改進(jìn)的自適應(yīng)加權(quán)多級檢測算法。該算法在每級中從性能最差的子流開始檢測來得到更可靠的干擾抵消，子流個數(shù)較多時可獲得明顯的性能增益。(2)雙向多級檢測算法。通過在每一級同時進(jìn)行正向和反向檢測，利用兩次檢測的軟判決值得到最終判決。它不用計算差錯概率和對信號功