MIMO通信系统中的信号检测与预编码技术研究

论文摘要

多天线技术为无线通信系统的设计引入了新的空间自由度,该自由度能够提供复用增益和分集增益,因此多输入多输出(MIMO)系统能够同时提高信息速率和改善通信质量。当多天线技术主要用来提高信息速率时,发射码字一般不具有简化接收机信号处理的结构,此时MIMO系统的信号检测变得比较困难。本文深入讨论了基于序列蒙特卡罗(SMC)技术的MIMO信号检测:提出了采用噪声增强、部分确定性重分配、马尔可夫链蒙特卡罗转移和双系统重采样等方法以提高SMC检测中的粒子分集度,进而改善检测性能;同时给出了利用球形约束和信号星座点的多层比特映射降低检测复杂度的方法。另外,本文还设计了一个基于树结构的通用MIMO检测模型,利用该模型可以系统地比较分析大部分已知的MIMO信号检测方法。在自适应编码调制系统中,接收端一般并不精确已知发射端采用的数字调制方式,因此在信号检测时必须首先确定信号的调制方式。本文首次探讨了基于SMC技术的数字调制识别方法,分别针对MIMO平坦衰落信道和单天线码间干扰信道设计了一类基于SMC技术的数字调制识别方法,该类方法对不同的数字调制星座都有良好的识别性能。和传统的纠错码级联,并在接收端采用联合迭代检测译码,级联空时码能够获得逼近MIMO信道容量限的性能。本文深入研究了MIMO系统的联合信号检测与译码:提出了一种采用迭代多级译码的软输入软输出MIMO信号检测方法,该方法能够以较低的复杂度获得优异的检测性能;设计了一种联合迭代检测译码的迭代停止方法,它能够有效地降低复杂度和译码时延;针对QPSK调制且检测器采用迭代树搜索检测方法的情况,推导了一种有效估计外信息截止值的方法,采用该方法相对于通常的截止值常数设置方法检测性能有一定的改善。在单用户通信系统中的成功应用,极大地激发了多天线技术在多用户通信系统中的推广。本文学习了MIMO广播信道的矢量扰动预编码技术:提出了一种最大化检测信干噪比的矢量扰动预编码方法,该方法相对于最大化检测信噪比的方法性能有极大的提高;利用格归约和临近点搜索技术提出了低复杂度的降低发射符号峰均功率比的方法,以及采用脉幅调制星座量化信道输入的方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 多天线技术：背景与潜力
• 1.2 多天线通信系统研究进展
• 1.2.1 MIMO信道容量
• 1.2.2 空时编码
• 1.2.3 天线子集选择
• 1.2.4 单用户MIMO预编码
• 1.2.5 MIMO信道估计
• 1.2.6 MIMO信号检测
• 1.2.7 MIMO多用户通信系统
• 1.3 论文研究工作概述及内容安排
• 第二章 MIMO系统信号检测
• 2.1 引言
• 2.2 SMC方法概述
• 2.2.1 背景及基本原理
• 2.2.2 序列重要采样
• 2.2.3 重采样
• 2.2.4 SMC实现步骤
• 2.3 基于SMC的MIMO信号检测
• 2.3.1 MIMO信号检测模型
• 2.3.2 基于SMC的MIMO信号检测
• 2.4 提高SMC检测中粒子分集度方法
• 2.4.1 噪声增强
• 2.4.2 PDR结构
• 2.4.3 MCMC转移
• 2.4.4 双系统重采样
• 2.5 降低SMC检测复杂度方法
• 2.5.1 球形约束
• 2.5.2 多层映射
• 2.6 通用MIMO信号检测模型
• 2.6.1 通用模型
• 2.6.2 实例
• 2.7 计算机仿真结果
• 2.7.1 噪声增强和PDR结构
• 2.7.2 内置MCMC转移的系统重采样和双系统重采样
• 2.7.3 球形约束和多层映射
• 2.8 本章小结
• 第三章 基于SMC的数字调制识别
• 3.1 引言
• 3.2 MIMO平坦衰落信道上基于SMC的调制识别
• 3.2.1 MIMO信道调制识别模型
• 3.2.2 预处理
• 3.2.3 SMC调制识别
• 3.3 ISI信道上基于SMC的调制识别
• 3.3.1 ISI信道调制识别模型
• 3.3.2 独立星座SMC方法
• 3.3.3 超星座SMC方法
• 3.3.4 比较
• 3.4 计算机仿真结果
• 3.4.1 MIMO平坦衰落信道SMC识别
• 3.4.2 ISI信道SMC识别
• 3.5 本章小结
• 第四章 MIMO系统的联合信号检测与译码
• 4.1 引言
• 4.2 基于Turbo多用户检测的迭代信号检测译码
• 4.2.1 发射端结构
• 4.2.2 迭代多级译码
• 4.2.3 复杂度分析
• 4.3 Turbo接收机迭代停止方法
• 4.3.1 基本思想
• 4.3.2 低复杂度的MIMO检测器
• 4.3.3 迭代停止方法
• 4.4 外信息截止值估计
• 4.4.1 基本思想
• 4.4.2 截止值估计
• 4.4.3 讨论
• 4.5 计算机仿真结果
• 4.5.1 迭代多级译码
• 4.5.2 迭代停止方法
• 4.5.3 截止值估计
• 4.6 本章小结
• 第五章 矢量扰动预编码技术
• 5.1 引言
• 5.2 基本概念
• 5.2.1 MIMO BC模型
• 5.2.2 矢量扰动预编码
• 5.3 最大化SINR的矢量扰动预编码
• 5.4 降低PAPR的矢量扰动预编码
• 5.4.1 PAPR问题
• 5.4.2 LRA-CPS方法
• 5.4.3 复杂度分析
• 5.5 采用PAM量化的矢量扰动预编码
• 5.6 计算机方仿真结果
• 5.6.1 最大化SINR的矢量扰动
• 5.6.2 PAPR
• 5.6.3 PAM量化
• 5.7 本章小结
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 攻读博士期间完成的论文和科研工作