基于CDMA的MIMO-OFDM系统检测算法和多址方案的研究

摘要

未来移动通信系统要达到大容量的要求，并满足用户高速移动多媒体业务的需求，需要在物理层技术上有所突破。由于多入多出(MIMO)技术能够成倍的提高系统容量；正交频分复用(OFDM)技术能够以低复杂度有效对抗无线信道中的多径衰落，因此MIMO-OFDM系统被认为是下一代移动通信系统物理层的主要备选方案之一。码分多址(CDMA)作为一种多址技术能够提供用户的灵活接入，并在多小区组网环境下具有较高的频率复用系数，因而结合CDMA多址方案的MIMO-OFDM系统具有良好的应用前景。 本文主要研究整合三种技术优势而形成的基于CDMA的MIMO-OFDM系统上行链路的检测算法和多址方案。论文的主要工作和创新点包括： 在对MIMO-OFDM系统，以及单天线OFDM系统各种基于CDMA的多址方案研究和分析的基础上，提出了基于CDMA的MIMO-OFDM的系统模型。 在上述系统模型的基础上，提出了两种面向用户的逐级删除检测算法，即面向用户的逐级删除迫零检测算法(UO-GC-ZF)和面向用户的逐级删除最小均方误差检测算法(UO-GC-MMSE)；针对这两种算法的用户排序环节，提出了四种具有不同计算复杂度和性能的排序准则，即平均误符号率(ASER)准则、最大最小信噪比(Max-Min-SNR)准则、最大最大信噪比(Max-Max-SNR)准则以及平均信噪比(ASNR)准则；利用Sherman-Morrison-Woodbury公式，对UO-GC-MMSE算法中各级检测的矩阵求逆运算进行了简化，大大降低了UO-GC-MMSE算法的运算量；详细分析了两种面向用户的逐级删除检测算法的计算复杂度，并与传统线性检测算法ZF和MMSE做了比较；对UO-GC-ZF算法和UO-GC-MMSE算法进行了性能仿真。仿真结果表明，在不同激活用户数以及不同符号调制方式的情况下，无论采用何种排序准则，面向用户的逐级删除检测算法都优于相应的传统线性检测算法。并且当系统没有功率控制的情况下，面向用户的逐级删除检测算法相对于传统的ZF和MMSE检测算法具有更加明显的性能优势。 同样在上述系统模型的基础上，本文提出了两种传统线性检测算法的简化算法，即面向用户的分块迫零(UO-BZF)和分块最小均方误差(UO-BMMSE)检测算法；以及具有较低处理时延的面向用户反馈辅助(UO-FA)检测算法。对计算复杂度和仿真结果的分析表明，在用户扩展块内的信道变化不大的无线环境中，UO-BZF算法和UO-BMMSE算法在性能损失不大的情况下，能够大大降低传统ZF和MMSE算法的计算复杂度；UO-FA检测算法在计算复杂度增加不多的情况下，性能大大优于传统的ZF和MMSE检测算法。 本文针对MIMO-OFDM系统比SISO-OFDM系统增加了空间域的特点，提出了多天线多载波多时隙码分多址方案M-ACT-CDMA。该多址方案利用扩展码将用户发送符号扩展到多根发送天线、多个子载波和多个时隙上，同时利用了空间、频率和时间三个域的分集，能够有效对抗无线信道衰落，提高MIMO-OFDM系统的性能。仿真结果表明，在不同激活用户数的条件下，M-ACT-CDMA多址方案的性能优于由单天线MC-CDMA、MC-DS-CDMA、OFCDMA直接扩展到多天线得到的多址方案，并且M-ACT-CDMA多址方案具有更好的鲁棒性。 在采用M-ACT-CDMA多址方案的MIMO-OFDM系统中，提出了两种复合正交用户扩展码(COC)，即基本复合正交码(FCOC)和通用复合正交码(GCOC)。复合正交用户扩展码能够进一步增强M-ACT-CDMA的MIMO-OFDM系统性能。仿真结果表明，在不同的激活用户数和符号调制方式的条件下，复合正交码COC作为用户扩展码的性能优于传统Walsh-Hadamard码的性能。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录，符号说明

声明

第1章绪论

第2章基于CDMA的MIMO-OFDM系统

第3章面向用户的逐级删除检测算法

第4章面向用户的分块线性检测算法和反馈辅助检测算法

第5章多天线多载波多时隙码分多址

第6章复合正交用户扩展码

结束语

参考文献

致谢

作者在攻读博士期间发表、已录用及在审的论文

作者在攻读博士期间申请的专利