MIMO多载波移动通信系统中信号检测方法及硬件实现

摘要

移动通信中，当在带限信道上传输数据时，会因为信道畸变和多径效应产生码间干扰而造成误码。要克服码间干扰，尽可能提高传输速率，就需要在接收端采用信号检测技术对信道引起的信号畸变进行补偿，以提高接收机的性能。 本文首先分析了码间干扰产生的原因，并分析了移动信道的特性及常见模型，然后对移动通信中的分集和复用技术做了全面介绍，分析了两者之间的折中，并利用这种折中对目前比较流行的几种空时机制做了比较。 在此基础上，本文完成的工作主要包括在。MIMO-OFDM系统下各种检测算法的仿真，以及在广义多载波混合多址(GMC- xDMA)系统下基于干扰抵消的迭代式空时检测算法的定点仿真及硬件实现。 论文重点分析了在时变频率选择性衰落信道下VBLAST-OFDM系统中的各种检测技术，从迫零(ZF)检测和最小均方(MMSE)检测出发，分析了串行干扰消除检测(SIC)和排序的串行干扰消除检测(OSIC)。并在此基础上再进行了两点改进，一是通过在VBLAST的首层增加STBC结构，从而提高了第一层信息符号的分集度。在接收端，采用组干扰抑制同时结合STBC和VBLAST检测，降低了接收机的复杂度提高了系统的性能。二是增加了部分判决的排序干扰抵消算法(PartialDecision OSIC)。该算法在各层的判决中增加候选判决符号从而提高了检测的性能。此外论文还对并行检测算法进行了仿真。最后将仿真得到的数据加以对比分析。 论文还重点分析了基于干扰抵消的迭代式空时检测器。它是一种迭代式信号检测算法，主体思路是：首先从接受信号中减去干扰信号(由初始化信号均值和方差得到)，得到信号估计值及噪声方差估计值，计算此时发送信号的条件概率，并以此得到更新后的信号估计值的均值及方差，再代入新一轮的迭代检测运算。若干次迭代后得到新的信号估计值及噪声方差估计值经软解调运算得到译码端所需的似然比。其在实现上主要包括空时合并和迭代检测两个主要子模块。迭代检测中3个迭代模块空间并存，时间上跟空时合并模块一起对各个子时隙进行流水处理；在第3个迭代检测模块中嵌入了软解调处理。最后对基于干扰抵消的迭代式空时检测的软件(Matlab)仿真性能及硬件(FPGA)实现情况作了说明。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：缩略语

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第一章绪论

§1.1论文研究背景

§1.2 MIMO技术研究现状

§1.3 OFDM系统的研究现状

§1.4论文的主要工作及结构

第二章无线通信中多天线技术的基本理论和应用

§2.1移动信道特性[19]

§2.1.1码间干扰的产生[20]

§2.1.2移动信道的多径特性

§2.2 MIMO技术

§2.2.1无线通信中的空间复用技术

§2.2.2无线通信中的空间分集技术

§2.2.3分集与复用的比较和折中分析

§2.2.4几种流行机制性能比较

§2.3本章小结

第三章移动信道、MIMO及OFDM系统模型

§3.1移动信道模型

§3.1.1 Jakes信道模型

§3.1.2抽头延迟信道模型

§3.2 MIMO系统

§3.2.1 MIMO系统信号模型

§3.2.2分层空时码

§3.2.3空时分组编码及最大似然检测算法

§3.3 OFDM系统

§3.3.1 OFDM的数学表示

§3.3.2 OFDM系统分析

§3.4本章小结

第四章MIMO-OFDM系统中信号检测算法及仿真实现

§4.1 MIMO-OFDM系统模型[50]

§4.2 VBLAST-OFDM系统及信号检测技术

§4.2.1最优检测算法(MLD)：最大似然检测

§4.2.2次最优线性检测算法：干扰置零

§4.2.3次最优非线性检测算法：干扰消除

§4.3 VBALST和STBC联合检测技术[48，49]

§4.3.1发送端结构

§4.3.2 VBALST和STBC联合检测

§4.3.3检测步骤小结

§4.4部分判决的排序串行干扰消除检测算法

§4.5 VBLAST的并行检测算法[44]

§4.6仿真性能及分析

§4.7本章小结

第五章MIMO-GMC系统中迭代式检测器算法及硬件实现

§5.1 MIMO-GMC系统的整体框架与结构示意图

§5.2基带系统模型与时隙结构[39]

§5.3干扰抵消检测器算法原理[41]

§5.3.1迭代式干扰抵消式检测器

§5.3.2迭代式联合译码检测

§5.4定点实现

§5.5硬件实现

§5.5.1整体模块结构图

§5.5.2实现步骤(对每个子时隙)

§5.5.3空时合并模块设计

§5.5.4初次迭代干扰抵消模块

§5.5.5迭代式联合译码检测中的干扰抵消模块

§5.6资源占用情况

§5.7结果比较

§5.8本章小结

全文总结及未来工作方向

致谢

参考文献