无线mimo传链路软输出信号检测与参数设计研究.pdf

摘要 摘要 无线多入多出(MMO)传输链路在发射和接收端同时采用多副天线进行数据 收发，能够同时获得复用和分集增益，从而提高无线通信系统的功率效率和频谱 效率。为了充分利用MIMO技术带来的增益，需要设计与MIMO信道状态信息匹 配的MIMO信号检测算法，并合理设计MIMO系统参数。考虑到实际应用的需要， MIMO信号检测算法需要在复杂度和系统性能之间取得合理的折中。 本论文围绕无线MIMO传输链路中的信号检测和参数设计问题，研究了信道 编码无线MIMO传输链路中，非理想信道估计下的软输出线性最小均方误差 算法的导引与数据符号功率分配、时变多径衰落信道下Alamouti编码的正交频分 复用(OFDM)系统参数设计。 论文首先在第二章中研究了块平坦衰落信道、非理想信道估计下的软输出线 性MMSEMIMO检测算法。基于随机矢量和矩阵理论，分析了相关MIMO信道下 的最大似然(ML)和MMSEMIMO信道估计的统计特性。基于对信道估计统计 特性的分析，导出了相关MIMO信道下，分别采用两类信道估计方法的MMSE滤 波器，给出了编码后比特软信息的计算方法，并比较了算法的复杂度。仿真研究 表明：得到的软输出线性MMSE检测算法优于现有软输出线性MMSE算法。 MMSE 第三章继续第二章的研究思路，研究了软输出OSIC MIMO检测算法。 为了提高输出的编码后比特软信息的可靠性，首先研究了理想信道估计下，基于 MMSE 后验符号概率估计、考虑残留干扰抵消误差的软输出OSIC MIMO检测算 MMSE 法，给出了降低复杂度的实现方法。基于提出的软输出OSIC MIMO检测 算法，结合第二章中的研究结果，进一步研究了相关MIMO信道下，考虑信道估 计误差的软输出OSICMMSEMIMO检测算法，分析了算法复杂度。性能仿真显 示，得到的算法相比现有算法具有明显的增益。 在第二章和第三章研究的基础上，第四章研究了独立块平坦衰落MIMO信道 下，采用MMSEMIMO信道估计和线性MIMO检测算法时，发射机端导引和数据 符号功率分配算法。对于迫零(ZF)检测算法，首先推导了考虑信道估计误差的 软输出检测算法；基于该算法，分析了处理后信噪比(sNR)。在此基础上，基于 I 摘要 最大化平均处理后SNR，导出了优化的导引和数据符号功率分配比，并证明了该 功率分配的性能限是理想信道估计。对于MMSE检测算法，则基于最大化平均处 理后SNR的下限，导出了优化的导引和数据符号功率分配。对两类算法，均证明 了优化值的存在性和唯一性，并给了高SNR区域的简化分配算法。仿真结果证实 了所得到的功率分配算法具有逼近最优的性能。 SIC检测算 第五章研究了MIMOTurbo接收机中，降低实现复杂度的MMSE 法。在分析现有算法特性的基础了，提出了基于估计的先验符号概率可靠性的 MMSE SiC检测算法。在MIMOTurbo接收机中，随着迭代次数的增加，发射符 号的先验概率的估计会越来越接近真实值。所提算法利用这一特性，在复杂度和 性能之间取得了合理的折中。 大化中断信息速率的OFDM子载波设计问题。基于等效MIMO信道表示，利用 OFDM子载波分簇和高斯近似，首先推导了时变频率选择性信道下，Alamouti编 码OFDM无线传输链路的中断信息速率的紧上限。在此基础上，给出了最大化中 断信息速率的OFDM子载波设计方法。 最后，第七章对全文进行了总结，回顾了前面所述的研究工作，并根据目前 的研究情况对未来的研究方向作了展望。 关键词：无线MIMO传输链路，软输出信号检测， 功率分配，Turbo接收机 Alamouti编码OFDM Ⅱ