基于消息传递算法的无线衰落信道估计与检测

发布时间：2020-05-01 15:24

【摘要】：在无线通信中,接收机需要获得精确的信道状态信息进行均衡和数据检测。然而,当终端高速移动时,传输信道通常具有多普勒频移,造成信道的时变特性;同时,由于符号周期远小于信道时延扩展,造成信道的频率选择特性。这些将会降低信道估计和数据检测的精度。因此,寻求一种低复杂度高性能的信道估计与检测算法成为了学者们的研究热点。基于因子图和变分推理的消息传递算法作为迭代信号处理的有效工具,不仅可以实现在概率图模型上算法的统一,还可以克服单一算法造成的性能差或者复杂度高的问题。本文在此基础上,以消息传递算法为理论基础,将因子图作为分析工具,对形式化迭代接收机的信道估计与数据检测算法进行了研究。首先,论文阐述了选题的意义和背景,分析了形式化迭代接收机和消息传递算法的研究现状,概述了无线衰落信道、精确推理和变分推理,并给出了三种常用的消息传递算法的更新规则及推导过程。其次,考虑时变平坦衰落信道未知的情况,设计了一种基于消息传递算法的形式化迭代接收机,通过对全局后验概率密度函数进行分解,得到系统的因子图,并推导了各节点间的消息传递过程。针对因子图中的混合高斯节点引起的高复杂度问题,采用期望传播(Expectation Propagation)算法处理,提出一种联合BPEP(Belief Propagation)形式化迭代接收机算法,并设计了一种合适的消息调度机制提高接收机的性能。仿真结果表明,与SP-PM(Sum Product-Particle Message)接收机对比,所提算法以较低的复杂度实现更好的BER(Bit Error Rate)和NMSE(Normalized Mean-Square Error)性能,且具有较快的收敛速度。最后,针对未知时变频率选择性衰落信道的情况,提出一种BP-EP-MF(Mean Field)形式化迭代接收机算法进行信道估计、均衡和符号检测,并且设计了一种合适的消息传递机制。其中,使用MF算法处理非线性观测节点,避免BP算法在非线性节点没有闭式解的问题。仿真结果表明,与采用EKF(Extended Kalman Filter)算法的迭代接收机对比,所提算法在复杂度略低的情况下,BER和NMSE性能明显提高,并且收敛速度较快。
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN911.5

【相似文献】