时变信道下MIMO-OFDM系统信号检测技术研究

摘要

多输入多输出(Multiple-input multiple output,MIMO)技术能够在不增加带宽和发送功率下,有效提高无线通信系统容量。正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技术可以有效对抗频率选择性衰落。结合了二者优点的MIMO-OFDM系统被业界认为是未来宽带无线移动通信系统的主流传输方案。当MIMO-OFDM系统工作在时变信道下时,信道的快速时变性破坏了OFDM子载波间的正交性,引起ICI(inter-carrier interference)干扰并导致系统性能下降,因此研究适合于时变信道下MIMO-OFDM系统的信号检测接收方案具有重要的现实意义。
　　针对时变信道引入的信道估计误差和ICI带来的MIMO-OFDM系统检测性能下降,论文从 MIMO-OFDM系统和时变信道模型入手,分析时变信道对MIMO-OFDM系统的影响,着重研究能够对抗信道误差的和抑制ICI的迭代检测算法。论文主要工作有:
　　①对MIMO-OFDM系统及时变信道模型进行研究。为分析时变信道对MIMO-OFDM系统的影响,论文利用线性时变模型和基扩展模型对无线时变信道进行建模,并通过仿真对比分析不同基扩展模型的建模误差。对时变信道下MIMO-OFDM中的ICI做了定量分析。
　　②研究了MIMO系统的检测算法,通过理论分析和仿真对各算法的特点进行对比分析,包括:最大似然检测(ML)、迫零检测(ZF)、最小均方误差检测(MMSE)、排序串行干扰抵消检测(OSIC)和并行干扰抵消检测(PIC)。针对时变信道下不完美的信道估计引起的检测性能下降,论文采用MMSE-SIC检测方案,利用估计误差对检测权向量进行修正,并利用误差协方差矩阵调整了最优检测顺序。仿真结果表明,与传统检测方案相比,改进的MMSE-SIC检测算法在信道估计误差存在时能有效改善系统性能。
　　③针对时变信道下ICI引起的MIMO-OFDM系统性能恶化和PIC-DSC迭代检测方案的不足,论文提出了一种MMSE-PIC-DSC检测方案,利用信道频域响应和最小均方误差(MMSE)准则设计检测滤波器,并利用ICI干扰的对角带限结构对其进行化简,有效降低了检测复杂度。仿真结果表明,与PIC-DSC算法相比,提出的MMSE-PIC-DSC检测算法对时变信道估计误差不敏感,改善了MIMO-OFDM系统在时变信道下的误码率性能。