G-STBC MIMO-OFDM通信系统中信号检测技术的研究

摘要

MIMO(Multi-Input Multi-Output，多输入多输出)和MIMO-OFDM(MIMO-Orthogonal Frequency Division Multiplex，正交频分复用)系统，相对传统的单天线系统，可以提供更高的系统容量与通信质量，近年来已成为无线通信领域中的研究热点，但是在这两种系统中往往涉及高复杂度的多维信号检测问题，为系统实现带来很大困难。如何以尽可能低的复杂度，有效地抑制MIMO及MIMO-OFDM系统中的同信道干扰、恢复出发送信号、实现其相对单天线系统的性能增益，是一项具有挑战性的研究任务。本文以寻求最佳性能与复杂度的折衷为原则，从MIMO传输方案、MIMO与OFDM的结合以及系统的信号检测等问题入手，重点研究了以下几个方面。 对V-BLAST(Vertical Bell Laboratories layered Space-Time，垂直型贝尔实验室分层空时码)MIMO传输系统中Ml(Maximum Likelihood，最大似然)、ZF(Zero Forcing，逼零)、MMSE(Minimum Mean Square Error，最小均方误差)、OSIC(Ordered Successive Interference Cancellatio，排序串行干扰消除)等一系列检测方法和STBC MIMO传输系统中的空时编译码方法进行研究，重点关注到其中OSIC检测算法在性能与复杂度两方面具有合理的折衷，是一类很有竞争力的检测算法。另外，分析了应用在STBC系统中简化了的ML检测方法。 建立G-STBC(Group-wise Space-Time Block Code，组分天线的空时分组码)MIMO传输方案对应的系统等效模型，并借鉴V-BLAST系统中OSIC检测方法的思想，采用了适用于G-STBC MIMO系统的GOSIC(Group-wise Ordered Successive Interference Cancellatio，组排序串行干扰消除)检测算法来完成检测。理论分析和仿真结果表明，与其它常用检测算法相对比，该检测算法在检测复杂度和系统性能上有了很好的折衷并有能力挖掘出G-STBC系统相对V-BLAST系统的分集增益。 针对频率选择性MIMO信道环境下高性能、高速率传输的要求，设计了一种结合了子载波分群和GOSIC检测算法的MIMO系统传输方案--“结合子载波分群检测方法的G-STBC MIMO-OFDM系统传输方案”。考虑到在频谱上相邻的OFDM子载波之间具有一定相关性这一特点，提出了一种结合子载波分群方法的检测方案。在全体子载波中选取若干子载波，对这些被选中的子载波采用GOSIC检测方法检测，并获得一个参数--组检测次序，将这些参数直接应用到其它子载波的检测上，便可以通过较少的运算完成检测。相对竭尽检测方案而言，采用新方案的系统检测复杂度将会大幅度降低，并且仿真结果表明系统性能受到的影响非常小。

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文摘

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论文说明：图表目录

声明

第1章 绪论

1.1论文研究背景

1.2 MIMO技术研究现状

1.3 OFDM技术研究现状

1.4论文研究内容

1.5论文的篇章结构

第2章 无线通信中多天线技术的基本理论和应用

2.1多径衰落信道的特性及其统计模型

2.1.1多径衰落信道的特性

2.1.2多径衰落信道的统计模型

2.2 MIMO信道的概述

2.2.1 MIMO信道的主要特征

2.2.2 MIMO信道容量

2.3 G-STBC MIMO传输方案概述

2.3.1 G-STBC系统结构

2.3.2 G-STBC系统模型

2.4 OFDM技术在MIMO系统中的应用

2.4.1 OFDM系统基本原理

2.4.2 OFDM系统的DFT实现方法

2.4.3 OFDM技术与MIMO的结合

2.5本章小结

第3章MIMO无线通信系统的信号检测

3.1 V-BLAST MIMO系统中的信号检测技术

3.1.1 V-BLAST MIMO系统结构

3.1.2最大似然检测

3.1.3迫零检测

3.1.4最小均方误差检测

3.1.5排序串行干扰消除检测算法(OSIC)

3.2 STBC MIMO系统中的信号检测技术

3.3本章小结

第4章G-STBC MIMO-OFDM系统及其检测技术的研究

4.1 G-STBC MIMO-OFDM系统发射机结构

4.2信道模型

4.3接收机的组排序串行干扰消除检测(GOSIC)算法

4.3.1 GOSIC检测算法

4.3.2 GOSIC检测算法与其它一些算法的性能比较

4.4子载波分群检测方案

4.4.1子载波分群检测方案概述

4.4.2系统性能仿真结果及对比分析

4.4.3计算复杂度对比分析

4.5本章小结

结 论

参考文献

致谢

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