多天線系統(tǒng)信道估計(jì)與信號(hào)檢測技術(shù)研究.pdf

1、本論文主要研究無線多天線系統(tǒng)的信道估計(jì)與信號(hào)檢測問題。多天線的應(yīng)用模式主要包括了空間分集(如空時(shí)碼)、空間復(fù)用(如V-BLAST系統(tǒng))等。文章對(duì)這兩類問題都進(jìn)行了研究，提出了新的改進(jìn)并與原算法進(jìn)行了比較。迭代方法可以有效提高算法性能，因此在本文集中研究了迭代算法及聯(lián)合信道估計(jì)和信號(hào)檢測算法在不同多天線應(yīng)用模式下的實(shí)現(xiàn)及算法改進(jìn)。文章最后還研究了在沒有訓(xùn)練信號(hào)情況下的盲估計(jì)和均衡問題。研究內(nèi)容主要包括：
　　 1、研究了一些最基本

2、的V-BLAST系統(tǒng)的連續(xù)干擾消除(SIC)檢測算法，包括了基于迫零和最小均方誤差準(zhǔn)則的連續(xù)干擾消除技術(shù)，基于QR分解的算法等。文中首先給出對(duì)系統(tǒng)模型和現(xiàn)有算法的描述和分析，針對(duì)連續(xù)干擾消除算法中存在的誤差傳遞問題，然后提出一種在QR分解算法基礎(chǔ)上，基于混合SIC和并行干擾消除(PIC)的改進(jìn)算法。通過仿真比較和復(fù)雜度分析，對(duì)各種算法的性能和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度做了對(duì)比。
　　 2、研究高性能的基于后驗(yàn)概率的MIMO檢測算法，其主要包含兩

3、個(gè)問題，一是如何利用軟信息，二是如何實(shí)現(xiàn)最大后驗(yàn)所需的有效搜索算法。文中首先給出了軟輸入軟輸出接收機(jī)系統(tǒng)中如何在解碼器和檢測器件通過軟信息的交換來實(shí)現(xiàn)Turbo迭代。另外，基于后驗(yàn)概率的算法主要是要能夠?qū)崿F(xiàn)高效的符號(hào)路徑搜索來最大化后驗(yàn)概率。因此文中給出了幾個(gè)主要的搜索算法，包括列表球形譯碼算法、堆棧算法以及M算法。文中提出了對(duì)其中一些算法的改進(jìn)或新算法。針對(duì)堆棧算法中原有算法在搜索過程中需要通過額外的輔助堆棧計(jì)算來得到搜索路徑長度偏移

4、量的問題，本文提出一種更為有效的在算法中考慮長度偏移量的方法，在性能和算法復(fù)雜度上都有所改善。另外對(duì)于在搜索類算法中復(fù)雜度最小的M算法，其性能有時(shí)在MIMO檢測中不能令人滿意的情況，本文討論了將結(jié)合Soft-Viterbi算法的M算法應(yīng)用于MIMO檢測的情況。在最后通過仿真驗(yàn)證了所提算法的有效性。
　　 3、研究了基于最小均方誤差(MMSE)的MIMO檢測算法。首先，我們依然先介紹了如何在MMSE MIMO檢測中利用來自解碼器的

5、軟信息，這與后驗(yàn)概率檢測算法中的情況有所不同。基于最小均方誤差的檢測算法包含了線性最小均方誤差檢測(LMMSE)、非線性最小均方誤差檢測(NMMSE)以及各種干擾消除等技術(shù)，文中都對(duì)此進(jìn)行了分析研究，并在此基礎(chǔ)上提出了新的改進(jìn)。首先，對(duì)基于NMMSE檢測的GPDA算法進(jìn)行了改進(jìn)。引入了分組迭代GPDA算法，即將待檢測信號(hào)先進(jìn)行分組，組內(nèi)用MAP檢測，而其它分組信號(hào)作為干擾消去后殘留干擾的疊加被近似為高斯噪聲，并計(jì)算相應(yīng)的匹配均值和匹配方

6、差。這樣一方面減少了干擾信號(hào)，一方面對(duì)組內(nèi)的少量信號(hào)使用MAP算法提高了檢測性能并控制了實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。通過調(diào)整分組大小，算法可以取得性能和復(fù)雜度的折中。在章節(jié)最后的實(shí)驗(yàn)部分對(duì)比了幾種算法，驗(yàn)證了本文算法的較好性能。
　　 4、研究了空時(shí)塊碼正交頻分復(fù)用(STBC-OFDM)系統(tǒng)的聯(lián)合迭代信道估計(jì)與信號(hào)檢測問題。STBC的解碼性能很大程度上受到信道估計(jì)精度的影響，而實(shí)際系統(tǒng)中由于訓(xùn)練信號(hào)有限或者時(shí)變信道環(huán)境導(dǎo)致信道估計(jì)通常有較大偏差

7、。文章研究通過聯(lián)合迭代信道估計(jì)與信號(hào)檢測的方法來改善信道估計(jì)和STBC解碼的性能。在現(xiàn)有文獻(xiàn)中包含了基于EM算法和循環(huán)最小算法的迭代實(shí)現(xiàn)。而這些算法在解碼環(huán)節(jié)通常是通過搜索來實(shí)現(xiàn)解碼的，而本文中提出了一種解析求解的方法大大降低解碼復(fù)雜度。在信道估計(jì)問題上，本文在時(shí)域信道估計(jì)中通過有效利用FFT和IFFT在時(shí)域和頻域信道間轉(zhuǎn)換避免了原有算法中為了降低復(fù)雜度而限制信號(hào)為恒模的問題。仿真中在等間隔插入導(dǎo)頻的OFDM系統(tǒng)和前置訓(xùn)練信號(hào)的系統(tǒng)信道

8、跟蹤問題中驗(yàn)證了算法有效性。另外在利用信道解碼輸出的迭代算法中，本文提出利用解碼輸出的硬判決反饋實(shí)現(xiàn)迭代，仿真中性能接近已知信道參數(shù)的理想情況性能曲線。
　　 5、研究了多天線系統(tǒng)的盲信道估計(jì)與均衡問題。本章給出了一種將子空間方法從單輸入多輸出擴(kuò)展到多輸入多輸出系統(tǒng)的簡潔的形式，并研究了有色信號(hào)輸入下信道的辨識(shí)與均衡。多輸入多輸出系統(tǒng)盲均衡后會(huì)存在一個(gè)模糊矩陣，即變成一個(gè)信號(hào)瞬時(shí)混合的問題，文中通過聯(lián)合對(duì)角化方法求解了該問題，得