MIMO無線通信系統(tǒng)的預處理及檢測技術研究.pdf

1、隨著無線通信用戶數(shù)量和需求的不斷增長，傳統(tǒng)的單輸入單輸出(SISO)無線通信系統(tǒng)和常規(guī)的天線分集技術已無法滿足新一代無線通信對頻譜效率和傳輸質(zhì)量的要求。結合空時處理的多輸入多輸出(MIMO)技術的出現(xiàn)為解決該問題提供了新的途徑。通過在發(fā)射和接收端配置多個天線，MIMO系統(tǒng)可以充分利用多徑信道的空間特征，在散射豐富環(huán)境中提供非常高的頻譜效率和傳輸性能。MIMO技術已經(jīng)被認為是未來實現(xiàn)高速無線通信的關鍵技術之一。 然而，與SISO系

2、統(tǒng)相比，MIMO在應用方面還存在諸多亟待解決的問題。一方面，現(xiàn)實信道中存在的空間相關性影響著MIMO系統(tǒng)的容量和可靠性，強相關信道會嚴重降低系統(tǒng)性能；另一方面，多天線的使用增加了系統(tǒng)的實現(xiàn)成本和接收端檢測的復雜度。因此，能否有效地降低信道相關性的影響和在保持一定性能前提下降低算法的復雜度成為MIMO技術能否真正應用于實際通信系統(tǒng)的關鍵因素。 在發(fā)射端利用信道信息的自適應預處理技術可以減小信道衰落和相關性的影響，成為提高MIMO頻

3、譜利用率和鏈路傳輸性能的有效途徑。另外，天線選擇技術和并行多級檢測技術可以降低MIMO實現(xiàn)成本和檢測復雜度，增強了MIMO的實用性。 有鑒于此，本文研究了MIMO通信系統(tǒng)中的預處理技術和快速檢測技術，包括預處理技術中的功率分配、波束形成和發(fā)射天線選擇技術以及多級檢測技術，還分析了相關信道下陣列結構對MIMO性能的影響。 文中首先以最小差錯概率為優(yōu)化準則，對空間復用系統(tǒng)的預處理技術進行了研究。對于準靜態(tài)信道，利用瞬時信道信

4、息，結合判決反饋接收機推導了最小瞬時誤碼率的功率分配算法：對于相關瑞利信道，利用信道二階統(tǒng)計信息，結合特征波束形成技術，提出了最小平均誤符號率的功率分配方案，并給出了相應的解析公式，避免了以往算法中的循環(huán)迭代運算。最后，將上述結論推廣到萊斯信道中，將LOS分量的影響等價為發(fā)射相關性的影響，給出了統(tǒng)一的預處理方案。針對獨立萊斯信道的特點，提出了基于K因子和LOS發(fā)射角信息的預處理方案，減小了閉環(huán)反饋量和處理復雜度。 其次，針對相關

5、信道下基于波束形成的STBC系統(tǒng)的特點，提出了利用信道二階統(tǒng)計信息的天線選擇方案，推導了基于最小平均誤碼率的天線選擇準則。天線選擇和特征波束形成均利用統(tǒng)計信道信息，選擇算法無需頻繁更新，有利于硬件的實現(xiàn)和信息反饋。 再次，從陣列結構的角度研究了相關信道下MIMO系統(tǒng)性能。通過分析基于波束形成的STBC系統(tǒng)各個分支信噪比(SNR)與系統(tǒng)平均誤碼率的關系，提出了采用非均勻陣列來提高系統(tǒng)的性能；此外，利用均勻園陣的平面對稱性，將之應用

6、到空間復用系統(tǒng)中來提高系統(tǒng)性能的穩(wěn)定性，在強相關信道中表現(xiàn)出優(yōu)于均勻線陣的性能。 最后研究了用于降低檢測復雜度的多級并行檢測算法，并在此基礎上提出了兩種新的算法來降低誤差傳遞：1)改進的自適應加權多級檢測算法。該算法在每級中從性能最差的子流開始檢測來得到更可靠的干擾抵消，子流個數(shù)較多時可獲得明顯的性能增益。(2)雙向多級檢測算法。通過在每一級同時進行正向和反向檢測，利用兩次檢測的軟判決值得到最終判決。它不用計算差錯概率和對信號功