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多天线通信系统的检测算法研究

曹琲琲  
【摘要】: 新一代移动通信能够为客户终端提供高质量高速率的数据传输服务。物理层的核心关键技术包括MIMO、OFDM和信道编码等。MIMO能够在不额外占用频谱资源的情况下显著提升系统的频谱效率和功率效率,OFDM具有相对单载波系统而言较高的谱效率同时能够有效对抗宽带系统中的频率选择性衰落,信道编码则是获得接近系统容量不可或缺的环节。本文针对窄带和宽带MIMO系统的检测和信道估计算法进行了研究,主要内容如下: 1. IC-MMSE迭代检测算法是一种基于MMSE滤波和译码反馈信息的低复杂度迭代检测算法,它很好地折衷了系统性能和复杂度,因此十分适合于采用大数量天线和大规模调制星座的V-BLAST系统。本文提出了一种使用估计信道状态信息的修正IC-MMSE迭代检测算法。理论分析表明修正的IC-MMSE迭代检测算法能够获得较小的MMSE滤波输出均方误差,仿真结果表明和传统的(忽略信道估计误差的)IC-MMSE检测算法相比,该算法能够在不增加系统复杂度的情况下获得可观的信噪比增益。 2. V-BLAST系统接近最优性能的低复杂度检测算法是当前重要的研究领域。本文提出了一个新的接近最优性能的具有固定的、低复杂度的检测算法,称为MG-C检测算法。该算法接近最优性能的特点源自它使用了基于MMSE滤波的多输出判决反馈机制,其低复杂度的特点则来源于使用了Cholesky分解来进行重要合并项搜索和LLR计算。仿真结果表明该算法能够以较低的复杂度获得接近最优检测的性能。 3.本文对目前存在的以及近期提出的V-BLAST检测算法进行了广泛研究,提出了两个等价性定理:第一,在所熟知的次优检测算法中,PDA检测算法和被广泛应用于CDMA系统的MMSE-ISDIC检测算法在性能上是等价的;第二,在接近最优性能的检测算法中,近期(2007年6月)提出的基于正交投影的K-Best检测算法与基于QR和Cholesky分解的K-Best检测算法在性能上是等价的。这两个等价性定理的提出将目前关于这两个方面的相关研究分支联系起来,使学者们避免可能是重复的研究工作或者得到性能相同但名称不同的研究成果。 4. MIMO-OFDM系统的检测算法是目前的研究热点之一。本文研究了BICM MIMO-OFDM系统在频率选择性时间选择性(即双选择性)衰落信道下的检测和信道译码算法,提出了一种在性能上接近使用理想子载波干扰抵消的MAP检测算法的低复杂度迭代检测算法,称为quasi-MAP-ISDIC检测算法。该算法结合了MAP检测和ISDIC两种技术,同时采用组最优滤波处理的思想降低MAP检测的复杂度。基于检测模块对符号进行MAP检测或将符号视作干扰的不同情况,Turbo译码模块向检测模块分别提供外部信息以及软判决和剩余干扰方差。通过系统级迭代,该算法能够以较低的复杂度获得接近使用理想子载波干扰抵消的MAP检测算法的性能。 5.本文研究了MIMO-OFDM系统在双选择性衰落信道下的信道估计算法。我们采用频域子载波簇作为导频,该导频模式考虑了ICI的分布特征因此适合于双选择性衰落信道下MIMO-OFDM系统的信道估计。针对近期提出的基于多项式近似的LS信道估计算法,我们提出了该算法在参数选择上的约束定理,指出了该算法当信道归一化多普勒频率较大时的局限性。此外,我们提出一种基于线性最优预处理和多项式近似的MMSE信道估计算法,即OLP-MMSE-POLY估计算法。该估计算法降低了ICI所引入的建模误差和当多项式阶数较大时LS估计算法的噪声增强效应,从而显著提升了估计性能。


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