MIMO接收機(jī)技術(shù)與編碼優(yōu)化研究.pdf

1、多輸入多輸出技術(shù)（MIMO）可在不增加帶寬和發(fā)射功率的前提下成倍提高無線通信系統(tǒng)的容量和頻譜利用率，已成為當(dāng)前廣泛認(rèn)同的支持新一代無線通信高速率需求的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。而MIMO系統(tǒng)的性能很大程度上取決于發(fā)射端信號(hào)設(shè)計(jì)與接收端的檢測算法，因此，實(shí)現(xiàn)MIMO潛在增益的關(guān)鍵在于為發(fā)射端設(shè)計(jì)優(yōu)化的信號(hào)傳輸形式，及在接收端設(shè)計(jì)低復(fù)雜度高性能的接收機(jī)算法?；诖?，本論文在國內(nèi)外相關(guān)研究工作的基礎(chǔ)上，針對(duì)MIMO系統(tǒng)接收機(jī)設(shè)計(jì)與編碼優(yōu)化進(jìn)行了深入研究，

2、主要取得了以下研究成果：
　　 1.針對(duì)一種高性能的增強(qiáng)型MMSE檢測（EMMSE）算法復(fù)雜度過高問題，提出了兩種低復(fù)雜度算法。算法1根據(jù)矩陣求逆引理采用遞推的方法計(jì)算加權(quán)矩陣，降低了復(fù)雜度。算法2采用預(yù)處理結(jié)合MMSE濾波的方法，在檢測符號(hào)和計(jì)算輸出比特對(duì)數(shù)似然比（LLR）時(shí)考慮符號(hào)判決誤差的影響，并在干擾消除時(shí)去掉了判決誤差均值，其復(fù)雜度相比EMMSE算法大大降低，其性能在低階調(diào)制下與EMMSE算法相近，在高階調(diào)制下優(yōu)于EM

3、MSE算法。
　　 2.提出了一種用于空時(shí)比特交織編碼調(diào)制（MIMO-BICM）系統(tǒng)的低復(fù)雜度迭代接收機(jī)方案。該方案在第一次迭代中采用線性最小均方誤差（MMSE）濾波，而在隨后的迭代中采用一種低復(fù)雜度MMSE結(jié)合軟干擾消除（SIC）的算法來抑制殘余干擾和噪聲。該算法通過將軟干擾消除后的殘余干擾和噪聲的各分量近似為不相關(guān)的隨機(jī)變量，使得在MMSE濾波時(shí)不必矩陣求逆，只需一些求倒數(shù)運(yùn)算，不僅大大降低了計(jì)算復(fù)雜度，而且容易實(shí)現(xiàn)。仿真證

4、實(shí)該方案可以獲得和傳統(tǒng)的MMSE結(jié)合SIC的方案幾乎相同的性能。
　　 3.針對(duì)迭代樹搜索（ITS）檢測算法在計(jì)算比特LLR時(shí)需clipping而造成系統(tǒng)性能下降問題，提出一種新的基于M-算法的軟MIMO檢測方案（稱為路徑選擇與延伸方案，記為PCE）。該方案通過合適的選取某些刪除路徑，將這些路徑保留并延伸為全長路徑，可確保對(duì)每一比特都能計(jì)算其LLR而不必clipping，并能提供可靠性高的LLR值。文中給出了路徑選取的規(guī)則及延伸

5、所選路徑為全長的低復(fù)雜度方法。仿真結(jié)果表明所提算法在相同復(fù)雜度下相比ITS有更好的性能，因而達(dá)到更好的性能與復(fù)雜度的折衷。
　　 4.提出一種新的基于部分后驗(yàn)概率的軟檢測方案（記為PAPP）。該方案在樹的每一級(jí)遞推計(jì)算部分符號(hào)序列的后驗(yàn)概率，并基于此近似計(jì)算從第1級(jí)到該級(jí)的所有比特LLR，再采用M-算法保留部分符號(hào)序列延伸至下一級(jí)?？紤]到某些比特LLR會(huì)多次計(jì)算，給出了算法的一種低復(fù)雜度實(shí)現(xiàn)方法。另外，還給出了一種計(jì)算符號(hào)序列后

6、驗(yàn)概率的簡單方法。仿真結(jié)果表明該算法在同樣的復(fù)雜度下性能優(yōu)于ITS。
　　 5.以外信息轉(zhuǎn)移（EXIT）圖為工具，研究了MIMO系統(tǒng)中低密度奇偶校驗(yàn)（IDPC）碼與基于M-算法的軟MIMO檢測器的聯(lián)合設(shè)計(jì)與優(yōu)化。首先，給出了基于M-算法的檢測器（包括ITS、PCE、PAPP）的EXIT分析。發(fā)現(xiàn)由ITS、PCE的輸出比特LLR按照蒙特卡羅方法計(jì)算得到的外信息轉(zhuǎn)移曲線不是真正的EXIT曲線，并分析了出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因；而對(duì)PAPP