MIMO系統(tǒng)中的定向干擾抑制研究.pdf

1、隨著無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展，各種新的業(yè)務(wù)需求不斷涌現(xiàn)，無線資源的使用日趨緊張。如何利用有限的頻譜資源獲得更高的頻譜效率以及通信可靠性是無線通信中迫切需要解決的問題。作為近年來無線通信傳輸技術(shù)研究中重大的突破之一，多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)能夠利用多徑現(xiàn)象，在無需增加頻譜資源和發(fā)射功率的情況下成倍地提高通信系統(tǒng)的頻譜效率，對抗衰落，改善通信可靠性，是解決上述問題的一個有力的手段。
　　 然而實際應(yīng)用中多用戶干擾、定向干擾等各種干

2、擾的存在會導(dǎo)致MIMO系統(tǒng)無法達到預(yù)期的性能，甚至造成系統(tǒng)可能無法正常通信。這種情況下需進行有效的干擾抑制處理以避免MIMO系統(tǒng)的性能惡化，保證其能正常通信。定向干擾在許多環(huán)境下，特別是軍用通信環(huán)境下，是極為嚴重的問題，但針對MIMO系統(tǒng)中定向干擾抑制的相關(guān)討論則很有限，尚有大量問題未得到很好地解決。因此研究MIMO系統(tǒng)中的定向干擾抑制十分有必要。
　　 本論文從實際應(yīng)用角度出發(fā)，圍繞MIMO系統(tǒng)中的定向干擾抑制這一主題，對干擾

3、條件下的MIMO系統(tǒng)容量，干擾抑制方法以及有效信道估計的實現(xiàn)等內(nèi)容進行了探索性的研究，本文的主要研究內(nèi)容如下：
　　 首先，本文對定向干擾條件下的MIMO信道容量進行了研究，分別詳細推導(dǎo)了確定性信道和隨機性信道下的容量表達式，還進一步分析了干擾源的干噪比(INR)、方向以及干擾源之間的相關(guān)性對MIMO信道容量的影響。分析結(jié)果表明，MIMO系統(tǒng)中的接收天線數(shù)與干擾源的個數(shù)之間的大小關(guān)系對于該系統(tǒng)在高INR下所能達到的容量極限有著重

4、要影響，為了保證MIMO系統(tǒng)能夠在高INR下正常工作，必須滿足接收天線數(shù)大于干擾源的個數(shù)這一條件；而當(dāng)多個相互獨立的定向干擾源的方向越接近，或是干擾源之間的相關(guān)程度越高時，系統(tǒng)所能提供的遍歷容量越高。
　　 其次，針對定向干擾條件下的采用空時分組編碼(STBC)的MIMO系統(tǒng)，本文重點研究了基于波束形成的干擾抑制方法，提出了分別基于最小均方誤差(MMSE)準則和最小二乘(LS)準則的波束形成干擾抑制方法，對其原理及其在實際應(yīng)用中

5、的四種不同的具體實現(xiàn)方法，即分別采用直接矩陣求逆(DMI)算法、歸一化LMS(NLMS)算法、LS批處理算法以及遞推LS(RLS)算法的波束形成干擾抑制的四種方法，進行了詳細研究。這四種方法均無需進行信道估計，通過形成多個與發(fā)射符號分組中各個符號一一對應(yīng)的波束，可以實現(xiàn)對發(fā)射符號分組內(nèi)各個符號的單獨檢測。
　　 接著，本文重點研究了基于最大似然解碼(MLD)的干擾抑制方法。在給出傳統(tǒng)MLD干擾抑制方法的原理的基礎(chǔ)上推導(dǎo)了一種簡化

6、MLD干擾抑制方法，該簡化方法通過簡單的線性處理，將傳統(tǒng)MLD干擾抑制方法中的對發(fā)射符號分組進行聯(lián)合解碼處理簡化為對發(fā)射符號分組中的各個符號進行單獨解碼處理，大大減少了搜索計算量；還考慮了實際應(yīng)用上述方法時，如何在干擾條件下利用等效的系統(tǒng)模型實現(xiàn)有效信道估計的問題；并對這兩種基于MLD的干擾抑制方法的理論SER性能及其與基于MMSE準則的波束形成干擾抑制方法的理論SER性能之間的差異與聯(lián)系進行了分析與比較。
　　 隨后，針對基于

7、MLD的干擾抑制算法以及基于波束成形的干擾抑制方法在實際應(yīng)用中存在的問題，本文提出了兩種基于噪聲子空間投影的改進方法，分別是基于噪聲子空間投影的簡化MLD干擾抑制方法和基于噪聲子空間投影的迭代MLD干擾抑制方法。這兩種方法利用定向干擾通常功率很強這一特點，對噪聲子空間投影下的等效信道矩陣進行估計，利用該估計值代替等效信道矩陣的估計值參與MLD處理，簡化了強干擾條件下的有效信道估計的處理。其中，基于噪聲子空間投影的迭代MLD干擾抑制方法還

8、進一步減小了信道估計誤差對干擾抑制后的系統(tǒng)的SER性能的不良影響，通過不斷迭代累積代價函數(shù)的增量，實現(xiàn)了對發(fā)射符號分組內(nèi)各個符號的聯(lián)合MLD處理。并對這兩種干擾抑制方法的性能進行了分析與比較。
　　 最后，對于上述各種干擾抑制方法，本論文進行了大量仿真，驗證了這些方法的干擾抑制有效性以及相關(guān)理論分析的正確性，并研究了導(dǎo)頻矩陣長度，干擾源的INR以及方向等參數(shù)的變化對這些方法的抑制性能的影響。并與他人共同開發(fā)了抗干擾MIMO系統(tǒng)實