序貫蒙特卡羅方法在無線MIMO系統(tǒng)中的應(yīng)用研究.pdf

1、多輸入多輸出(Multi-Input Multi-Output:MIMO)技術(shù)是未來無線通信系統(tǒng)的主導(dǎo)技術(shù)之一,并已經(jīng)應(yīng)用于新一代無線通信系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。MIMO系統(tǒng)的接收機需要在一個高維信號空間上完成空時結(jié)合的信號處理技術(shù),其設(shè)計變得更加復(fù)雜。序貫蒙特卡羅(Sequential Monte Cairo:SMC)方法是一類在貝葉斯定理的框架下獲取統(tǒng)計問題結(jié)論的數(shù)學(xué)方法,已經(jīng)廣泛應(yīng)用于統(tǒng)計信號處理領(lǐng)域。尤其是高維空間上的復(fù)雜計算可以通過SMC

2、方法得到簡化。因此,重點研究了SMC方法在MIMO通信系統(tǒng)接收機設(shè)計中的應(yīng)用。
　　 首先分析了經(jīng)典SMC抽樣方法的缺點,在其基礎(chǔ)上針對通信系統(tǒng)模型的特點提出了兩種改進(jìn)方案:擴(kuò)展抽樣集合方案和確定性抽樣方案。并以兩種方案為基礎(chǔ),提出了LCMC(LOW Complexity MC)抽樣和RSMC(Revised SMC)抽樣,兩種新的抽樣方法。通過分析表明,改進(jìn)的抽樣方法和經(jīng)典方法相比具有更高的樣本效率。在平坦衰落信道條件下,將改

3、進(jìn)的抽樣方法應(yīng)用于多天線檢測;并在信道條件精確已知的假設(shè)前提下研究新的檢測算法的性能。仿真結(jié)果表明,新的檢測算法不僅能夠獲取接近最優(yōu)的誤碼率性能,而且具有更高的樣本效率和更低的計算復(fù)雜度,因此更加適用于MIMO檢測算法的序貫實現(xiàn)。
　　 而在信道未知條件下,接收機需要獲取多天線傳輸信道的實時信息。因此,進(jìn)一步研究提出,通過迭代估計方法可以利用信號樣本對信道初始估計值進(jìn)行修正。從而,提出了一種新的基于樣本的聯(lián)合檢測估計算法。聯(lián)合算

4、法采用分段處理的框架,將每個數(shù)據(jù)幀分成若干個時間間隙進(jìn)行接收處理。在間隙內(nèi)完成信道迭代修正,而初始值通過前一間隙的信號檢測結(jié)果進(jìn)行估計。同時,在每個間隙中,利用空時雙重迭代抽樣方法獲取信號樣本,并在間隙的末尾對間隙內(nèi)的信號序列進(jìn)行最優(yōu)判決。在樣本序貫抽取的過程中,可以采用兩種方案利用信道的估計結(jié)果。仿真結(jié)果表明,新的聯(lián)合算法能夠逼近信道已知條件下的性能下限,同時每個樣本序列獨自使用信道估計結(jié)果的方案可以獲得更優(yōu)的系統(tǒng)性能。
　　

5、 將SMC方法應(yīng)用于Turbo接收機的設(shè)計,提出了一種新的估計軟信息的方法。通過研究發(fā)送比特概率的計算發(fā)現(xiàn),這是一個在比特序列取值空間上對聯(lián)合概率進(jìn)行邊緣化計算的過程。研究表明,選取一個替代集合,并在替代集合的基礎(chǔ)上可以完成比特概率的近似計算。從而,Turbo接收機中軟信息的估計可以歸結(jié)為選取替代集合的過程。以此為基礎(chǔ),SMC檢測和球形譯碼檢測可以被歸結(jié)為一類算法。同時,研究也提出,可以通過RSMC抽樣獲取比特樣本集合作為替代集合。在平

6、坦衰落信道條件下的仿真結(jié)果表明,基于RSMC樣本集合計算得到的軟信息,其估計精度高于SMC檢測和球形譯碼檢測。從而,一種新的基于RSMC方法的Turbo接收機被提出,其在較低復(fù)雜度下獲取了逼近最優(yōu)的誤碼率性能。
　　 最后,提出一類聯(lián)合接收機的實現(xiàn)方案。聯(lián)合接收機的目標(biāo)是直接求取信息比特的后驗概率,其精確計算需要遍歷信息序列的取值集合。而提出的一類近似實現(xiàn)方案,則是利用蒙特卡羅樣本獲取一個縮小的目標(biāo)集合,并在最后提出了基于RSM