MIMO无线通信系统信号检测算法研究

论文摘要

近年来,越来越多的通信系统采用多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output, MIMO）技术。该技术能够同时获得空间分集增益和空间复用增益,从而提高了通信系统的传输可靠性和频谱利用效率。然而由于使用了多个天线,相对于传统的单输入单输出（Single-Input Single-Output, SISO）系统,MIMO系统接收机的信号检测将更加困难。信号检测直接影响MIMO通信系统的性能,因此对其展开深入研究具有重要的理论意义与实用价值。本文正是以此作为切入点展开研究,主要的工作如下:1.归纳总结了MIMO系统已有检测算法的基本原理和处理流程。通过分析对比各类算法的误码性能与计算复杂度,进而从已有算法的不足入手,确立了本文研究的切入点。2.针对信道空间相关性对MIMO系统可靠性的不利影响,从信号检测的角度出发给出了一种基于最小均方误差（Minimum mean-squared error, MMSE）准则的格点减少辅助的QR分解检测算法。该算法采用格点减少技术优化了信道矩阵的基矢量,使其满足近似正交和更为短小的条件,从而改善了接收信号的判决区域,有效地降低了信道相关性对MIMO系统可靠性的影响。理论分析与仿真结果表明,该算法在误码性能逼近最大似然算法的同时,其计算复杂度大大降低;另外,在相关性较强的信道环境中,格点减少对检测性能的改善效果更为明显。3.针对MIMO系统中基于空分复用的垂直贝尔实验室分层空时（Vertical Bell Lab Layered Space-Time, V-BLAST）结构检测算法中存在的误差传播问题,给出一种基于局部最优的迭代V-BLAST检测算法。该算法采用分层最优检测的思想提高了先检测出来信号的准确程度,然后通过采用迭代处理降低了干扰抵消过程中误差传播造成的影响。理论分析与仿真结果表明,该算法在保持较低复杂度的同时,误码性能明显提高。4.依托西安交通大学开发的IMT-Advanced关键技术仿真平台,分别设计并实现了基于传统V-BLAST检测算法和基于本文给出的局部最优迭代V-BLAST检测算法的平台模块,并对以上两种算法的性能进行了评估,进一步验证了本文给出的基于局部最优的迭代V-BLAST检测算法的误码性能优于传统的V-BLAST检测算法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 移动通信系统发展概述
• 1.2 研究背景
• 1.2.1 MIMO技术概述
• 1.2.2 MIMO信号检测技术研究现状
• 1.3 论文的研究意义
• 1.4 论文的研究内容和主要工作
• 1.5 论文结构安排
• 第二章 MIMO系统基本理论及信号检测算法
• 2.1 引言
• 2.2 MIMO系统模型
• 2.3 MIMO系统的实现方案
• 2.3.1 空间分集方案
• 2.3.2 空间复用方案
• 2.4 传统MIMO检测算法及性能分析
• 2.4.1 线性检测算法
• 2.4.2 非线性检测算法
• 2.5 本章小结
• 第三章 MIMO系统格点减少辅助信号检测算法
• 3.1 引言
• 3.2 格点减少技术概述
• 3.2.1 格点减少的数学原理
• 3.2.2 格点减少在信号检测中的应用
• 3.3 一种基于MMSE准则的格点减少辅助QR分解检测算法
• 3.3.1 算法思想
• 3.3.2 算法描述
• 3.3.3 算法性能与分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 空分复用V-BLAST系统迭代信号检测算法
• 4.1 引言
• 4.2 V-BLAST系统检测技术
• 4.2.1 V-BLAST系统模型
• 4.2.2 V-BLAST系统检测技术概述
• 4.3 一种基于局部最优的迭代V-BLAST检测算法
• 4.3.1 算法描述
• 4.3.2 复杂度分析
• 4.3.3 算法性能与分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 基于V-BLAST结构MIMO信号检测算法的平台实现
• 5.1 开发环境简介
• 5.1.1 仿真平台的结构模型
• 5.1.2 仿真平台运行流程
• 5.2 仿真平台的模块化设计与开发
• 5.2.1 仿真平台模块概述
• 5.2.2 仿真平台模块的开发步骤
• 5.3 检测模块的设计与性能评估
• 5.3.1 检测模块设计流程
• 5.3.2 检测模块的标准化约束
• 5.3.3 仿真系统的搭建与算法模块性能分析
• 5.4 本章小结
• 结束语
• 参考文献
• 附录A 中英文对照表
• 附录B 仿真平台标准模块接口
• 作者简历 攻读硕士学位期间完成的主要工作
• 致谢