MIMO系统中基于QR分解算法的信号检测

发布时间：2020-02-16 12:24

【摘要】：MIMO系统接收端和发射端具有良好的信号组合和检测能力,同时随着收发天线数量的线性增长,可以逼近其理论信道容量。垂直分层空时码VBLAST是MIMO系统空时复用技术的典型代表,在瑞利平稳信道条件下,具有较高的传输容量和频谱利用率。基于算法的检测性能和计算复杂度折中思想,一直以来都是科学研究人员关注的焦点。降低运算复杂度,提升系统性能对MIMO系统的应用具有重要的意义。针对MIMO系统的信号检测算法,主要分为非线性检测和线性检测算法,对于传统算法而言,非线性检测算法要优于线性检测算法,但其往往增加了算法的复杂度。论文的主要研究内容及贡献如下:第一,本文提出了一种新的基于判决的QR分解检测算法,利用阴影面积约束增强了干扰消除,有效减少了错误传播影响,同时保证了相对低的算法复杂度。通过多个候选点反馈能有效的抑制错误判决在整个检测过程的传播,改善算法性能。第二,在以上推导的基础上,利用QR分解算法最先检测层信号估计存在误差,将直接影响接下来所有层的信号估计。为了提升本文算法的性能,本文在牺牲一定复杂度的情况下对RC-QR算法进行了性能改善,提出基于ML准则的RC-QR检测算法。第三,在QR分解算法中,不同的信道排序将得到不同的Q和R矩阵。将最先检测信号的最优排序作为后面检测的排序,若信道变化,则重新选择最优排序,在减少一定复杂度的同时,实现性能改善,由此提出迭代更新排序方案。第四,将提出的信号检测算法应用于STBC和VBLAST结合的MIMO系统。通过编码方案能提高各层的分集度,提高系统的性能,同时在LSTBC系统中减少了 QR分解的复杂度。
【图文】：

系统框图,系统模型,系统框图,向量

无线传播信道经历准静态平坦衰落，且处于强散射环境即每根发射天线与接逡逑收天线之间经历的信道衰落可以看做是相互独立的［２２］。假设ＭＩＭＯ系统发射天逡逑线数量为Ｍ，接收天线数量为Ｎ，系统框图如图２－１所示［２３］：逡逑￣￣Ｉ逦串了逦丫并逦Ｉ＾逡逑＾调制—ｇ逦：信道邋“逦｜逦＋漏⑵逡逑换邋？邋＜＂％逦？逦换逡逑Ｊ逦［逡逑ｖｙ邋￣逦ｖ＿Ｊ逡逑图２－１邋ＭＩＭＯ系统框图逡逑系统模型［２４］可以表示为：逡逑小］＝２＾训邋＋邋吨］逦（２－１）逡逑ｋ＝＼逡逑矢量形式可以表示为：逡逑ｒ邋＝邋Ｈｓ邋＋邋ｎ逦（２－２）逡逑其中，小’］是Ｗｘｌ维向量，表示接收信号３逡逑也］表示Ｍｘｌ维向量，表示发射信号，第ｋ个元素表示由第ｋ个天线发逡逑射的信号，小］的各个元素独立同分布，发射信号的均值为零，协方差为逡逑砑外＝逦（２－３）逡逑其中，可？］表示信号数字期望，（？）＂表示厄米特运算，ｄ表示信号功率，／逡逑表示单位矩阵。化表示ＴＶｘｌ维信道系数，／／表示ｉＶｘＭ维向量，是所有信道向逡逑量的矩阵，代表每个发射天线到每个接收天线之间的信道衰落系数。《［／］为ｉＶｘｌ逡逑维向量，为高斯白噪声，功率为邋＜邋且均值为零，它具有独立、方差相等的是不逡逑和虚部

原理图,原理框图

正交振幅调制ＱＡＭ是一种幅度和相位联合键控的调制方式。可以提高系统逡逑的可靠性，能获得较高的信息频带利用率，是目前应用比较广泛的一种数字调逡逑制方式，ＱＡＭ原理图如图２－４所示。逡逑正交调制信号有两个相同频率的载波，，一个信号叫Ｉ信号，另一个信号叫Ｑ逡逑信号。两种被调制的载波在发射前混合。达到目的后，载波被分离，数据被分逡逑别提取然后和原始调制信息相混合。逡逑ＱＡＭ信号表达式如下：逡逑ＳＭＱＡＭ邋（０邋＝邋ｉＸＡｍｇ（ｒ邋－邋ｍＴｓ）ｃｏｓ邋（ｐｍ邋］邋ｃｏｓ邋Ｗｒ／邋－邋［＾邋Ａｍｇ（ｔ邋－邋ｍＴｓ）邋ｓｉｎ邋ｃｐｍ邋］邋ｓｉｎ邋ｗｃｔ逦（２－６）逡逑Ｍ逦Ｍ逡逑其中，疋是基带信号第ｍ个码元的幅度，＃？）是单个矩阵脉冲，幅度为１，逡逑宽度为ｔ是第ｍ个信号码元的初始相位。如果两条支路采用ｎ进制控制，逡逑则Ｍ邋＝邋Ｖ。正交幅度调制ＱＡＭ是数字通信中一种经常数字调制技术，多进制逡逑ＱＡＭ具有很高的频带利用率，常常被应用数字通信中。逡逑４发送载波｜逦平衡解调逡逑—＾邋器ｇ（ｔ）邋￣￣１邋器逡逑ｃｏｓ２ｔｔ邋ｆｃｔ逡逑串并转换一逦本地振荡＿相位变换逦Ｑ逦？逡逑＿逦１．逦Ｌ－邋」逦Ｙ发送ＱＡＭ信号逡逑ｓｉｎ２ｎｆｃｔ逡逑Ｊ发送滤波｜邋Ｊ平衡解调丨逡逑１邋器丨１器逡逑图２－４ＱＡＭ原理框图逡逑ＱＡＭ调制的各码元幅度、相位都不同，ＱＰＳＩＣ调制中各码元之间仅相位不逡逑同
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN919.3

【参考文献】