MIMO检测的VLSI架构研究

论文摘要

多输入多输出（MIMO）技术是实现未来无线通信系统的关键技术。其中，MIMO空分复用能够实现未来通信需求所要求的高容量和高频谱效率。容量将随发射端和接收端的最小天线数呈线性提高。然而，容量和频谱效率提高的代价是接收机的计算复杂度和实现复杂度也随之增高，使接收机吞吐量的下降，功耗增加。文本对主流的MIMO空分复用检测算法进行分析和仿真，得出对不同场景下算法的优选结果，对已有算法的实现架构进行分析和细化。本文详细分析了最大似然检测硬输出和软输出算法、球形译码和固定复杂度球形译码的硬输出和软输出算法，还分析了球形译码的信道预处理算法和固定复杂度球形译码的信道预处理算法。本文还提出了在固定复杂度球形译码软输出算法中，通过对数似然比限幅来缓解反极性比特路径丢失所引起的对数似然比依概率放大失真的问题，提高了误码性能。本文分析了最大似然检测算法的顶层实现架构，着重分析了球形译码算法的顶层架构，对其中冗余的部分做了合并优化，提出了抽象层次更接近RTL级的架构。接着，对所提架构中的各个单元进行详细定义，为完整的RTL实现提供了设计参考。本文对最大似然译码算法、球形译码算法以及固定复杂度球形译码算法做了仿真，分析了误码性能和计算复杂度，最后给出了算法优选结论。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 图目录
• 表目录
• 缩略词表
• 第一章 绪论
• 1.1 多输入多输出（MIMO）技术的提出以及应用前景
• 1.2 MIMO 系统实现挑战及关键问题
• 1.3 本文的贡献和篇章的安排
• 1.3.1 本文的贡献
• 1.3.2 本文篇章安排
• 第二章 MIMO 系统模型及最大似然检测
• 2.1 MIMO 系统模型
• 2.2 MIMO 空分复用性能指标的衡量
• 2.3 最大似然检测算法
• 2.4 最大似然检测算法的 VLSI 架构及复杂度分析
• 2.5 文章小结
• 第三章 MIMO 树遍历检测算法和架构
• 3.1 球形译码算法及其信道预处理算法
• 3.1.1 球形译码算法
• 3.1.2 信道预处理算法
• 3.2 球形译码算法的 VLSI 架构及复杂度分析
• 3.2.1 现有 ONPC 架构的分析和修改
• 3.2.2 枚举单元（SEU）
• 3.2.3 前向度量计算单元（FMCU）
• 3.2.4 枚举度量计算单元（EMCU）
• 3.2.5 剪枝最小值单元（PMU）
• 3.2.6 球限计算单元（PCU）
• 3.2.7 软信息更新单元（LAU）
• 3.2.8 球形译码控制单元（SDCU）
• 3.3 固定复杂度球形译码算法及其信道预处理算法
• 3.3.1 固定复杂度球形译码算法
• 3.3.2 信道预处理算法
• 3.4 固定复杂度球形译码算法的 VLSI 架构及复杂度分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 MIMO 检测算法的性能分析
• 4.1 ML 检测算法在低中高相关度信道下的性能分析
• 4.2 树遍历算法性能分析
• 4.2.1 4x4-QPSK-低相关度信道下的性能分析
• 4.2.2 4x4-QPSK-低中高相关度信道下的性能分析
• 4.2.3 4x4-16QAM-低相关度信道下的性能分析
• 4.2.4 4x4-16QAM-低中高相关度信道下的性能分析
• 4.2.5 4x4-64QAM-球形译码的计算复杂度分析
• 4.3 仿真结论
• 第五章 全文总结及未来的研究
• 5.1 全文总结
• 5.2 未来的研究工作
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所取得的研究成果