對兩種類型的抗多徑干擾分析方法畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　本文以最小化系統(tǒng)總均方誤差(Sun MSE)為準(zhǔn)則，迭代設(shè)計(jì)線性收發(fā)機(jī)的方案。該方案通過對接收機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)，能夠有效地避免傳統(tǒng)MMSE設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的拉格朗日乘子不易計(jì)算的缺點(diǎn)，大大降低設(shè)計(jì)復(fù)雜度。由于拉格朗日乘子有解析解，發(fā)射預(yù)編碼矩陣也有閉式解，并且可以通過定點(diǎn)迭代算法有效解出。收端的接收機(jī)也不用基站下發(fā)，只要各自采用MMS

2、E均衡即可。仿真結(jié)果證明該方法的有效性。基于數(shù)據(jù)塊傳輸模型，將窄帶MIMO并行干擾抵消接收機(jī)推廣到寬帶MIMO信道，在理想信道和信道估計(jì)下，通過仿真評估了所提出的寬帶MIMO并行干擾抵消接收機(jī)的性能。仿真結(jié)果表明：所建議的方案在寬帶MIMO信道下的性能好于窄帶MIMO信道下的性能，在寬帶MIMO信道下， 接收機(jī)可獲得比窄帶下更大的分集增益。</p><p>　　本設(shè)計(jì)借助數(shù)學(xué)建模的有關(guān)方法，結(jié)合移動通信的有關(guān)知識

3、，提出一種改進(jìn)的抗多徑干擾的接收模型，該模型主要通過系統(tǒng)模型、信道模型、信道的相關(guān)函數(shù)計(jì)算、波達(dá)方向估計(jì)算法、空自適應(yīng)估計(jì)算法和空間自適應(yīng)濾波算法等。并通過相應(yīng)參數(shù)設(shè)置各種算法，應(yīng)用MTLBEL進(jìn)行仿真驗(yàn)證。結(jié)果證明本問題所提出的方法可以有效提高接受裝置的抗干擾性能。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：多徑干擾，MIMO，空時信號處理，預(yù)編碼，收發(fā)機(jī)聯(lián)合設(shè)計(jì)</p><p>　　On the

4、two types of anti-multipath interference analysis method</p><p>　　Abstract：An iterative linear transceiver design scheme under Sum Mean Squared Error (SMSE) minimization criterion is proposed. By modifying t

5、he structure of transceiver,the complex computation of Lagrangian multiplier within traditional MMSE transceiver design can be effectively obviated,and thus the whole system complexity can be greatly reduced. Because the

6、 Lagrangian multiplier has analytical solution transmit precoding matrix also has closed-form solution and can be solved easily with fixed-</p><p>　　With this design the method of mathematical modeling,combi

7、ned with the knowledge of smart antenna An improved anti-multipath interference model for smart antenna receivers,The model is primarily through the system model,channel models, channel correlation function,the DOA estim

8、ation algorithm,adaptive estimation algorithm for space,such as adaptive filtering algorithm. Corresponding parameter setting through a variety of algorithms for simulation applications MTLBEL. Results show that this que

9、st</p><p>　　Key words：Multi-diameter disturbance,MIMO,interference cancellation, Precoding ,Joint transceriver design</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b

10、></p><p>　　1.1 研究背景1</p><p>　　1.2 參數(shù)說明2</p><p>　　2 數(shù)學(xué)模型及算法分析2</p><p>　　2.1無線信道的敘述2</p><p>　　2.2 無線多徑信道模型3</p><p>　　2.3系統(tǒng)模型的建立4</p&

11、gt;<p>　　2.4 并行干擾抵消接收機(jī)5</p><p>　　2.5 基于訓(xùn)練序列的信道估計(jì)6</p><p>　　3 仿真及結(jié)果分析8</p><p>　　4 迭代接收機(jī)的設(shè)計(jì)分析9</p><p>　　4.1 迭代收發(fā)機(jī)的設(shè)計(jì)10</p><p>　　4.2 單用戶單信息流系統(tǒng)13&

12、lt;/p><p>　　4.3收斂性的分析13</p><p>　　4.4 計(jì)算復(fù)雜度的分析14</p><p>　　4.5仿真結(jié)果及其分析16</p><p>　　5 兩種方法的結(jié)果分析16</p><p><b>　　致謝17</b></p><p><b

13、>　　參考文獻(xiàn)18</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1 研究背景</b></p><p>　　隨著社會的發(fā)展，人們對通信的需求日益迫切，對通信的要求也越來越高。理想的目標(biāo)是能在任何時候，在任何地方，通過任何方式，與任何人交流的信息。顯然沒有移動通信，

14、這個目標(biāo)是無法實(shí)現(xiàn)的。移動通信有如下特點(diǎn)：(1)必須利用無線電波進(jìn)行信息傳輸，(2)在復(fù)雜的干擾環(huán)境中運(yùn)行，(3)可以利用頻普資源非常有限，(4)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的多樣化，(5)設(shè)備必須適應(yīng)移動的環(huán)境。我們知道第一代模擬系統(tǒng)對應(yīng)的接入技術(shù)是頻分多址技術(shù)FDMA，它僅能提供9.6kbit／s通信帶寬。第二代窄帶數(shù)字系統(tǒng)的接入技術(shù)主要有時分多址技術(shù)TDMA和碼分多址技術(shù)CDMA兩種，它可以提供9.6～28.8kbit／s的傳輸速率。</p&g

15、t;<p>　　由于多路徑傳輸，使許多無線電通信系統(tǒng)的信號受到多徑干擾的影響。通常電波的反射、衍射和散射特性、接收機(jī)的移動以及電波傳播環(huán)境的變化(如行駛的車輛、人群等) 是引起多徑衰落的主要原因。當(dāng)移動臺在基站的一個區(qū)域內(nèi)移動時，多徑衰落使接收到的信號由許多具有隨機(jī)幅度和相位的多徑信號形成的矢量和組成。當(dāng)幾個主徑的相位基本一致時，信號得到加強(qiáng)；當(dāng)幾個主徑的相位相差很大時，信號相互抵消而減弱。由移動和多徑引起的接收信號幅度的

16、變化速度很快，因而稱這種衰落現(xiàn)象為快衰落。也稱為短期衰落或瑞利(Rayleigh)衰落。此外，由于各個路徑的時延不同，信號沿多個路徑的傳播造成信號到達(dá)接收機(jī)的時間不同。這樣，接收信號發(fā)生時延擴(kuò)展，會引起碼間干擾。多徑干擾是影響無線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵因素之一。對此，人們做了大量的嘗試并提出許多有效的方案。例如:分集技術(shù)、RAKE 接收機(jī)、自適應(yīng)濾波等等。</p><p>　　目前，在建立抗多徑干擾的接受裝置的模型中主要

17、存在以下問題：</p><p>　　不能有效解決時延擴(kuò)展，ISI和頻普利用率低的問題。</p><p>　　計(jì)算方法的煩瑣，計(jì)算精確度低，計(jì)算量大等。</p><p>　　同步算法的使用范圍狹窄，使得在一般環(huán)境下無法應(yīng)用。</p><p>　　本文提出的抗多徑干擾的智能接受天線，將有效縮短時延擴(kuò)展，減低ISI，CII，提高頻普利用率，提高計(jì)算

18、方法精度，減少計(jì)算量.由于智能天線是一種由多天線單元組廠的陣列天線，因此可以通過調(diào)節(jié)各陣元信號的加權(quán)幅度和相位來改變陣列的天線方位圖，從而降低干擾，提高信噪比。另外，智能天線還可以提高天線增益，減少信號發(fā)射功率，延長電池壽命，減少用戶設(shè)備的體積，在不降低發(fā)射功率的前提下，大大增加基站的覆蓋率。此外，由于智能天線可以從用戶方向和傳播時延獲知用戶位置，以為用戶提供定位服務(wù)。又由于智能天線的可以有效地提高通信性能，降低發(fā)射功率，減少電磁波對人

19、體的傷害。符合現(xiàn)代的人性化理念。</p><p><b>　　1.2 參數(shù)說明</b></p><p>　　——-多徑分量個的數(shù)；</p><p>　　——通常是一個不變或服從瑞麗、萊對數(shù)正態(tài)分布的隨機(jī)變量；</p><p>　　——服從均勻分布的。</p><p>　　2 數(shù)學(xué)模型及算法分析&l

20、t;/p><p>　　圖1 信號的幾種傳輸方式</p><p>　　2.1無線信道的敘述</p><p>　　無線信道是一種時變的信道，電磁波的傳播形式和復(fù)雜，大一般可以歸結(jié)為折射、衍射、繞射等幾種基本的形式，如圖1所示。</p><p>　　信道對傳輸信號的作用的一般表達(dá)式為</p><p><b>　　(1)

21、</b></p><p>　　由式(1)可以看出，接收信號功率是距離的函數(shù)，而且信道對傳輸信號的作用有如下三類：</p><p>　　自由空間傳輸損耗 用表示，其中 一般取3或4，|d|表示移動臺與基站的距離，矢量表示了距離具有的方向性的。對接受信號而言，知道其功率與知道場強(qiáng)和幅度是等效的。自由空間傳播損耗一般是由于地面反射以及折射的電磁波造成的。該損耗是移動臺與基站之間距離

22、的函數(shù)，描述的是大尺度區(qū)間(數(shù)百米或者數(shù)千米)內(nèi)接受信號強(qiáng)度隨著發(fā)射機(jī)到接收機(jī)的距離而變化的特征。</p><p>　　陰影衰落 用表示。這是由于傳播環(huán)境中的地形起伏、建筑物以及其他障礙物對電波遮蔽所引起的衰落。陰影衰落表現(xiàn)在是數(shù)百波長的區(qū)間內(nèi)，信號的短區(qū)間中值也出現(xiàn)緩慢變化的特征，其衰落特征符合對數(shù)正態(tài)分布。</p><p>　　多徑衰落 用表示。這是由于移動傳播環(huán)境的多徑傳輸引起的

23、衰落。通過無線信道的信號往往回沿著一些不同的路徑到達(dá)接收端，這一現(xiàn)象稱為信號的多徑傳輸。多徑傳輸是移動通信信道中最具代表性的特征，它表現(xiàn)在幾個或者數(shù)十個波長的范圍內(nèi)，接收信號場強(qiáng)的瞬時值呈現(xiàn)快速變化的特征。</p><p>　　從無線系統(tǒng)工程的角度來看，傳輸損耗和陰影衰落主要影響到無線小區(qū)的覆蓋。而多徑衰落嚴(yán)重影響信號的傳輸質(zhì)量，而且是不可避免的，所以只能采用抗干擾技術(shù)來減少其影響。因此，如何降低多徑衰落對信道的

24、影響是現(xiàn)代研究的重要方向。</p><p>　　2.2 無線多徑信道模型</p><p>　　圖2 兩個用戶終端的信號通過多徑信道入射到基站</p><p>　　理解陣列相應(yīng)和多徑信道的關(guān)系在對接收系統(tǒng)進(jìn)行性能分析時時非常重要的。正如前面所說，在無線系統(tǒng)中，信道中的發(fā)射信號與周圍環(huán)境的作用十分復(fù)雜，有大物體的反射、電磁波繞物體的繞射和信號的散射。這些復(fù)雜作用導(dǎo)致了接

25、收機(jī)處會接收到多個信號分量，即多徑信號的產(chǎn)生。如圖2所示給出了兩個用戶終端在多徑環(huán)境下的簡圖。</p><p>　　圖2中每個信號分量經(jīng)歷了不同的多徑環(huán)境，這就解決了第k個手機(jī)第個多徑分量的幅值、載波相移、時延、波達(dá)方向和多普勒頻移。這些參數(shù)都是時變的。將幅值、相移和多普勒頻移綜合起來，可以用簡化表示為：</p><p>　　如果把每個多徑分量看作以離散時延、從離散方向到達(dá)的平面波，可以得

26、到一個適于數(shù)字仿真的離散信道模型。對某個用戶而言，手機(jī)和基站接收機(jī)之間的信道可以表示為一個時變信道，信道沖擊相應(yīng)為：</p><p><b>　　.</b></p><p>　　2.3系統(tǒng)模型的建立</p><p>　　考慮點(diǎn)到點(diǎn)的多輸入多輸出的通信系統(tǒng)。系統(tǒng)有 根發(fā)射天線和根接收天線，如圖2 所示。發(fā)射端要發(fā)射的比特流經(jīng)串并變換，再編碼調(diào)制得

27、到 個同的數(shù)據(jù)流， 同時由根不同的天線發(fā)射出去。這些信號在接收端由根接收天線接收，經(jīng)解調(diào)、解碼后恢復(fù)原始的發(fā)射比特。</p><p>　　如果發(fā)射符號的持續(xù)時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信道延遲擴(kuò)展，則信號通過信道不會產(chǎn)生頻率選擇性衰落。在寬帶MIMO系統(tǒng)，每根接收天線收到的信號包括所有發(fā)射天線發(fā)射的信號，并包括信道產(chǎn)生的ISI和高斯白噪聲，不失一般性，假設(shè)每根天線發(fā)射不同的信息符號，第根接收天線在時刻收到的信號為</p&

28、gt;<p><b>　　(2)</b></p><p>　　=1，2，…，和=1，2，…。其中是從發(fā)射天線到接收天線的信道脈沖響應(yīng)。信號是第根發(fā)射天線在時刻發(fā)射的基帶信號。是在第根接收天線上的噪聲采樣值。信號模型可寫成如下矢量形式</p><p><b>　　(3)</b></p><p>　　其中和是長度

29、為維的列向量，分別為，， </p><p><b>　　（4）</b></p><p>　　系統(tǒng)采用塊傳輸時，設(shè)P是每個數(shù)據(jù)塊的長度，則每個數(shù)據(jù)塊有P個連續(xù)發(fā)射的數(shù)據(jù)矢量，每個數(shù)據(jù)矢量是維的矢量。P個符號矢量被連續(xù)發(fā)射到多輸入多輸出信道中，在其后在發(fā)射L-1個符號矢量，阻止塊間干擾。在接收端接收到P+L-1個連續(xù)符號矢量，每個符號矢量為維矢量。將P個連續(xù)發(fā)射的符號矢量

30、寫成維矢量，P+L-1個信道輸出矢量寫成矢量，數(shù)據(jù)塊的輸入 輸出信號模型可寫成</p><p><b>　　(5)</b></p><p>　　圖3 信號的多輸入多輸出模型</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　2.4 并行干擾抵消接收機(jī)</p><p&

31、gt;　　在窄帶多輸入多輸出系統(tǒng)中，常用的是基于串行干擾抵消的V-BLAST接收機(jī)，但基于串行V-BLAST接收機(jī)的信號處理時延大，優(yōu)點(diǎn)是能夠從檢測排序中獲得增益，硬件資源少，而基于并行干擾抵消V-BLAST接收機(jī)的信號處理時延小，但需硬件資源多，基于并行干擾抵消的V-BLAST接收機(jī)不能從檢測排序中獲得增益。</p><p>　　下面首先簡要地介紹窄帶多輸入多輸出并行干擾抵消接收算法。系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系如下&l

32、t;/p><p><b>　　(7)</b></p><p>　　其中是維的發(fā)射信號矢量，是維的接收信號矢量，設(shè)H是窄帶多輸入多輸出信道矩陣。求出信道矩陣的偽逆G，偽逆的維數(shù)是，在第0級，同時檢測出所有層的信號得</p><p><b>　　(8)</b></p><p>　　是從所有層檢測出的信號矢量

33、。稱為這級第0級。接下來在進(jìn)行第1級干擾取消過程，即去除其他層的干擾，接收信號經(jīng)過第1級干擾取消后的信號為</p><p><b>　　(9)</b></p><p>　　其中是干擾取消所有(除第k層)層干擾后的信號矢量，表示信道矩陣的第列，是被檢測的第層的符號，即是估計(jì)信號矢量中的第個符號。</p><p>　　在第級時，重新求出新的置零矩陣

34、(即對刪除除第k列外的所有列后形成的矩陣求偽逆)，因此得到的置零矩陣實(shí)際是行矢量。得到的置零矩陣為，其中是干擾抵消因子。用去乘再判決，則恢復(fù)了發(fā)射矢量s的所有元素?？衫^續(xù)進(jìn)行N次并行干擾抵消，從而實(shí)現(xiàn)N級并行干擾抵消接收。</p><p>　　該算法的優(yōu)點(diǎn)是不需要排序操作，不需要多次對信道矩陣求偽逆，但性能不如串行干擾抵消接收機(jī)?；诓⑿蠽-BLAST接收機(jī)同樣也有兩種準(zhǔn)則，即基于迫零(ZF)和最小均方誤差(MM

35、SE)準(zhǔn)則，分別稱為MMSE-PIC和ZF-PIC接收機(jī)。</p><p>　　基于數(shù)據(jù)塊除數(shù)模型(4)，上面介紹的窄帶并行干擾抵消接收機(jī)可以直接應(yīng)用到寬帶多輸入多輸出系統(tǒng)中，信道矩陣用帶頭窄帶信道矩陣，發(fā)射信號矢量和接收信號矢量分別用和代替和。</p><p>　　由于假設(shè)信道是慢變的，在一幀內(nèi)信道是不變的，每一幀有導(dǎo)頻和數(shù)據(jù)兩部分組成。數(shù)據(jù)部分有數(shù)據(jù)塊組成，幀的長度決定數(shù)據(jù)塊的個數(shù)。在

36、下面的分析中假設(shè)接收端可以通過發(fā)射導(dǎo)頻序列獲得，發(fā)射端沒有信道信息，數(shù)據(jù)塊在塊內(nèi)是相關(guān)的，在塊與塊之間是不相關(guān)的。數(shù)據(jù)塊長度P的選擇可根據(jù)誤碼率和接收機(jī)的復(fù)雜程度折衷考慮。數(shù)據(jù)塊的長度P越大，接收機(jī)的性能越好。</p><p>　　2.5 基于訓(xùn)練序列的信道估計(jì)</p><p>　　采用相干借條的接收機(jī)必須有估計(jì)信道的能力。在多輸入多輸出系統(tǒng)中，采用每根天線發(fā)射不同的序列，為了使接收機(jī)能很

37、好地估計(jì)信道訓(xùn)練系列應(yīng)具有很好的自相關(guān)性和很好的互相關(guān)性。下面將介紹有關(guān)訓(xùn)練序列的估計(jì)信道模型。</p><p>　　設(shè)訓(xùn)練序列的長度為N，為了討論的方便，將是式(1)寫成矢量形式為</p><p><b>　　(10)</b></p><p><b>　　其中</b></p><p><b&

38、gt;　　(11)</b></p><p>　　是在第接收天線出觀測到的矢量。</p><p><b>　　(12)</b></p><p>　　是將信道所有發(fā)射天線到接收天線的脈沖相應(yīng)寫成單一堆棧矢量形式</p><p><b>　　(13)</b></p><p&

39、gt;　　是噪聲矢量，是由塊Toeplitz組成的的訓(xùn)練符號，</p><p><b>　　(14)</b></p><p>　　堆棧的脈沖相應(yīng)矢量在每根接收天線被估計(jì)，可以利用最小平方信(LS)道估計(jì)準(zhǔn)則來實(shí)現(xiàn)。LS信道估計(jì)是接收到的信號矢量和基于信道估計(jì)的重構(gòu)接收，信號矢量的誤差平方最小。即</p><p><b>　　(15)&

40、lt;/b></p><p>　　其中表示信道估計(jì)值.在式(14)中，假設(shè)自相關(guān)矩陣是可逆的。將(9)代入式(14)中得</p><p><b>　　(16)</b></p><p>　　如果加性噪聲是零均值而且和訓(xùn)練序列是無關(guān)的，則LS信道估計(jì)是無偏的。信道估計(jì)器的誤差是</p><p><b>　　(

41、17)</b></p><p>　　符號表示求矩陣的跡， 表示求均值。假設(shè)噪聲是白色的且方差為，則LS的信道估計(jì)誤差處理為</p><p><b>　　(18)</b></p><p>　　由式(17)可以看出，LS估計(jì)的誤差取決于訓(xùn)練序列的選擇。為了有效地識別新到的脈沖響應(yīng)，式(14)的自相關(guān)矩陣應(yīng)是可逆的，因此訓(xùn)練序列矩陣應(yīng)該是

42、列滿秩的.矩陣是列滿秩的必要條件是</p><p><b>　　(19)</b></p><p>　　是訓(xùn)練序列的長度，應(yīng)該滿足式子(19)。</p><p><b>　　3 仿真及結(jié)果分析</b></p><p>　　在寬帶兩發(fā)兩收的多入多輸出系統(tǒng)中，對上面提出的接收機(jī)進(jìn)行了性能分析和仿真評估。調(diào)

43、制方法是BPSK，信道是兩徑等功率瑞利信道，即信道階數(shù)為()導(dǎo)頻序列分別采用10個符號和16個符號。假設(shè)信道特性在一幀內(nèi)不變，從幀到幀間信道特性是隨機(jī)變化的，一幀有導(dǎo)頻序列和數(shù)據(jù)組成，數(shù)據(jù)有12個餓符號，數(shù)據(jù)段再分成10個數(shù)據(jù)子塊，每個數(shù)據(jù)子塊有12個字符。在發(fā)送導(dǎo)頻時，對信道進(jìn)行估計(jì)，獲得信道后連續(xù)發(fā)射10個書記子塊，數(shù)據(jù)子塊的長度可根據(jù)接收機(jī)的性能和復(fù)雜度折衷考慮，長度越長，性能越高，但接收機(jī)的復(fù)雜度就越高，這里采用子塊長度為12。

44、</p><p>　　圖4 理想信道下寬帶并行干擾抵消接收機(jī)的誤碼特性</p><p>　　圖5 寬帶接收機(jī)在理想信道和信道估計(jì)條件下的性能比較</p><p>　　圖4給出了理想信道下寬帶并行干擾抵消接收機(jī)的誤碼特性，作為對比也給出了平坦獨(dú)立信道下窄帶并行干擾抵消接收機(jī)的誤碼曲線，從仿真結(jié)果看出:基于最小均方差準(zhǔn)則的接收機(jī)的性能好于基于迫零準(zhǔn)則的接收機(jī)，接收機(jī)在頻

45、率選擇信道下的性能好與平坦獨(dú)立信道，在誤碼率為數(shù)量級，寬帶MMSE-PIC接受比窄帶MMSE-PIC接收機(jī)可獲得5dB左右的增益。在寬帶多輸入多輸出系統(tǒng)中，信道可看成是有個平坦獨(dú)立信道組成，系統(tǒng)可獲得的分集最大階數(shù)為，仿真結(jié)果也證明了這一點(diǎn)。</p><p>　　圖5是寬帶接收機(jī)在理想信道和信道估計(jì)條件下的性能比較。仿真結(jié)果表明：在信道估計(jì)下，接收機(jī)的性能有所下降。這主要是由于信道估計(jì)誤差對接收機(jī)性能的影響，訓(xùn)練

46、序列的長度越長，信道估計(jì)誤差的影響越小，但有效數(shù)據(jù)長度要減小。當(dāng)訓(xùn)練序列長度為26個導(dǎo)頻符號時，相對理想信道信噪比損失1dB左右，而當(dāng)訓(xùn)練序列長度為10個符號時，信噪比則損失2.5dB左右，在實(shí)際系統(tǒng)實(shí)際時要折衷考慮有效數(shù)據(jù)量和系統(tǒng)誤碼特性來選擇訓(xùn)練序列的長度，但訓(xùn)練序列長度N應(yīng)滿足式(19)。</p><p>　　4 迭代接收機(jī)的設(shè)計(jì)分析</p><p>　　考慮如下多用戶多輸入多輸出下

47、行鏈路:基站發(fā)射天線為M，同時服務(wù)用戶數(shù)為K，每個用戶的接收天線數(shù)為，支持的數(shù)據(jù)流為，第個用戶的數(shù)據(jù)維矢量)經(jīng)過預(yù)編碼矩陣(維)后送至發(fā)射天線，因此基站實(shí)際發(fā)射的信號為</p><p><b>　　(20)</b></p><p>　　其中是維總的預(yù)編碼矩陣，為發(fā)射到個用戶的數(shù)據(jù)，其各個元素相互獨(dú)立，且滿足零均值、單位方差。信號經(jīng)過信道后，被加性高斯白噪聲(AWGN)

48、，第個用戶接收機(jī)的信號為</p><p><b>　　(21)</b></p><p>　　其中(維)為基站到第個用戶之間的信道矩陣，為加性高斯白噪聲，其均值為零，方差為。</p><p>　　由于各個用戶一般不能交換數(shù)據(jù)，故每個用戶對其接收到的信號進(jìn)行線性處理，以恢復(fù)自己的數(shù)據(jù)。設(shè)第個用戶采用(維)作為線性接收機(jī)，則對的估計(jì)為</p&g

49、t;<p><b>　　(22)</b></p><p>　　綜上所述，多用戶多輸入多輸出下行鏈路線性收發(fā)機(jī)設(shè)計(jì)框圖如圖3所示。</p><p>　　4.1 迭代收發(fā)機(jī)的設(shè)計(jì)</p><p>　　圖6 多用戶多輸入多輸出下行鏈路</p><p>　　圖7 改良的收發(fā)機(jī)接收框圖</p><

50、p>　　由于采用圖6所示的收發(fā)機(jī)設(shè)計(jì)時，發(fā)端預(yù)編碼矩陣中出現(xiàn)的拉格朗日乘子不易求解，故本節(jié)采用圖7所示的改良結(jié)構(gòu)進(jìn)行收發(fā)機(jī)設(shè)計(jì)。相對于圖6，新的接收機(jī)設(shè)計(jì)方案中將每個用戶的接收機(jī)提出一個共同的系數(shù)，即.第個用戶的均方差(MSE)為</p><p><b>　　(23)</b></p><p><b>　　系統(tǒng)總的MSE為</b></p

51、><p><b>　　(24)</b></p><p>　　因此收發(fā)機(jī)的設(shè)計(jì)問題轉(zhuǎn)化為如下優(yōu)化問題：</p><p>　　， s.t. (25)</p><p>　　其中為系統(tǒng)總的發(fā)射功率。根據(jù)式(23)可以寫出如下Lagrangian函數(shù)：</p><p>&

52、lt;b>　　(26)</b></p><p>　　其中為拉格朗日乘子。根據(jù)KKT條件，可以列出如下方程組:</p><p><b>　　(27)</b></p><p><b>　　(28)</b></p><p><b>　　(29)</b></p&

53、gt;<p><b>　　(30)</b></p><p><b>　　(31)</b></p><p>　　其中是維塊對角矩陣， 是維綜合信道矩陣，是維矩陣。由式(26)左乘可得</p><p><b>　　(32)</b></p><p>　　對式(32)取共

54、軛轉(zhuǎn)置，并由Hermite矩陣的性質(zhì)可得</p><p><b>　　(33)</b></p><p>　　由式(31)，式(32)及式(28)可得</p><p><b>　　(34)</b></p><p><b>　　進(jìn)一步可得</b></p><p&

55、gt;<b>　　(35)</b></p><p>　　顯然此處。故由KTT條件式(29)可得: 。代入式(34)可得</p><p><b>　　(36)</b></p><p>　　將式(36)代入式(27)，可得</p><p><b>　　(37)</b></p&

56、gt;<p><b>　　而由式(26)可得</b></p><p><b>　　(38)</b></p><p>　　將式(37)代入式(36)可得</p><p><b>　　(39)</b></p><p>　　其中。由式(39)可見，引入了共同的增益因子后

57、g后，發(fā)端預(yù)編碼矩陣有閉式解，而此閉式解與g無關(guān)。</p><p>　　雖然式(39)比已有線性編碼方法更簡潔，且方程中僅有發(fā)端預(yù)編碼矩陣一個未知矩陣變量，但直接求解W仍然比較困難，因?yàn)镈是依賴于W的，在此提出迭代求解方案：</p><p><b>　　初始化；</b></p><p>　　用式(36)求出各用戶的接受矩陣，從而得到D，再用式(

58、38)算出W的更新值；</p><p>　　W最近兩次更新值之差的Frobenius范數(shù)大于預(yù)設(shè)值(0.0001)時，返回步驟2；否則結(jié)束；</p><p>　　對最終得到的W按發(fā)射功率進(jìn)行歸一化；</p><p>　　各個用戶單獨(dú)按最小均方差準(zhǔn)則設(shè)計(jì)接收機(jī)。</p><p>　　4.2 單用戶單信息流系統(tǒng)</p><p&

59、gt;　　作為一個特殊算法，下面將分析一下本文算法在單用戶單信息流情況下的特殊形式。此時W和G均為列向量，且有下式成立:</p><p><b>　　(40)</b></p><p>　　將式(39)代入(38)有</p><p><b>　　(41)</b></p><p>　　其中?？紤]到為一個

60、標(biāo)量，它的作用是對發(fā)射波束進(jìn)行功率約束，我們可以得到如下快速迭代算法：</p><p><b>　　初始化: ;</b></p><p><b>　　更新W: ;</b></p><p><b>　　功率約束: ;</b></p><p>　　如果結(jié)束(0.0001)，否則返回

61、步驟(2)；</p><p>　　根據(jù)的W值以最小均方差為準(zhǔn)則設(shè)計(jì)G。</p><p>　　同樣，對于W的功率約束可以在迭代收斂后再做，即步驟(3)和步驟(4)可以顛倒可以節(jié)省計(jì)算量。值得注意的是，此時迭代公式(步驟2)和文獻(xiàn)[15]的迭代方法相似。文獻(xiàn)[15]上針對TDD系統(tǒng)，在不發(fā)射訓(xùn)練序列的前提下，通過發(fā)射端與移動端之間的往復(fù)直接傳輸接收到的信號來達(dá)到對信道矩陣主特征波束的逼近求解。

62、因此，每一次迭代均要一次發(fā)射端與移動端之間的往復(fù)傳輸才能實(shí)現(xiàn)。而此的迭代算法則僅通過基站側(cè)的迭代實(shí)現(xiàn)，無需收發(fā)端的往復(fù)傳輸。</p><p><b>　　4.3收斂性的分析</b></p><p>　　由于面臨的問題是一個多參數(shù)優(yōu)化問題，且參數(shù)之間相互耦合，因此直接求解和困難。交替優(yōu)化迭代首先將待優(yōu)化的參數(shù)分成若干組，優(yōu)化其中一組參數(shù)時，假設(shè)其它組參數(shù)已經(jīng)固定，而當(dāng)?shù)?/p>

63、到該組參數(shù)的更新值時，就可以用于其它組參數(shù)的優(yōu)化。</p><p>　　以上標(biāo)n表示第n迭代后所得到的最優(yōu)解。從第3小節(jié)的分析可以知道，在給定的前提下，各個用戶的接收矩陣(與式(37)給出的相差一個系數(shù)g)( )是最優(yōu)的，即</p><p><b>　　(42)</b></p><p>　　同理，當(dāng)給定時，由式(40)所得到的也是最優(yōu)的，即&l

64、t;/p><p><b>　　(43)</b></p><p>　　由(42)、(43)可得</p><p><b>　　(44)</b></p><p>　　因此優(yōu)化迭代方案總可以使系統(tǒng)的MSE逐漸減小，并最終收斂到一個穩(wěn)定的點(diǎn)。當(dāng)然這個穩(wěn)定點(diǎn)有可能全局最優(yōu)，也可能局部最優(yōu)。仿真表明，信噪比小于10d

65、B時，5次左右的迭代已基本收斂。</p><p>　　4.4 計(jì)算復(fù)雜度的分析</p><p>　　為了簡化分析，本文采用flop表示計(jì)算復(fù)雜度。一個flop表示一次實(shí)數(shù)的加、減、乘或除法運(yùn)算。一次復(fù)數(shù)的加法運(yùn)算為2個flop。乘法運(yùn)算為6個flop，除法為10個flop。基本的矩陣運(yùn)算復(fù)雜度分別為</p><p>　　若，，則的flop為6mnp; 的SVD分解的

66、flop為，復(fù)數(shù)矩陣約為實(shí)數(shù)矩陣的6倍；</p><p>　　矩陣求逆的flop為</p><p>　　為了分析方便，假設(shè)用戶天線數(shù)均為N，基站天線數(shù)為M，用戶數(shù)為K，對每個用戶支持的數(shù)據(jù)流數(shù)均為L。另外，文獻(xiàn)[12]用于求解注點(diǎn)及Lagrangian系數(shù)的數(shù)值求解迭代次數(shù)設(shè)為I，對于二分法求解，10-20次的迭代就可以達(dá)到的精度。</p><p>　　文獻(xiàn)[12]

67、的主要計(jì)算復(fù)雜度來自于Lagrangian系數(shù)的求解、發(fā)射預(yù)編碼矩陣及接收矩陣求解、每個可能的Lagrangian系數(shù)下的計(jì)算MSE等。一次迭代總的為以上3項(xiàng)復(fù)雜度之和，即</p><p><b>　　(45)</b></p><p>　　假設(shè)，忽略低次項(xiàng)后為</p><p><b>　　(46)</b></p>

68、;<p>　　本文所提算法復(fù)雜度主要包括:D的計(jì)算(每個用戶接收矩陣組成，式(38))， 對的求解，以及迭代求W。一次迭代總的flop為以上3項(xiàng)復(fù)雜度之和，即</p><p><b>　　(47)</b></p><p>　　假設(shè)，忽略低次項(xiàng)后為</p><p><b>　　(48)</b></p>

69、;<p>　　表1給出了在不同的發(fā)射天線數(shù)、接收天線數(shù)、用戶數(shù)及每個用戶支持的數(shù)據(jù)流數(shù)下，每種算法的復(fù)雜度比較。在每個用戶支持單信息流的情況下，所提算法比文獻(xiàn)[12]復(fù)雜度節(jié)省15倍以上;在滿數(shù)據(jù)流時，所提算法也能節(jié)省7.5倍以上的計(jì)算復(fù)雜度?？梢?，本文所提算法的計(jì)算復(fù)雜度遠(yuǎn)小于文獻(xiàn)[12]</p><p>　　表1 常用參數(shù)配置下兩種算法復(fù)雜度比較</p><p><

70、b>　　仿真結(jié)果及其分析</b></p><p>　　圖8 多用戶系統(tǒng)的誤符號性能曲線</p><p>　　圖9 單用戶單信息流系統(tǒng)的性能曲線</p><p>　　本節(jié)的仿真環(huán)境如下:基站至各個用戶之間的信道均為Rayleigh平衰落，在一個數(shù)據(jù)幀內(nèi)信道保持不變，且在基站側(cè)可以準(zhǔn)確已知。對于基站M天線，K個用戶，每個用戶N天線，每個用戶支持?jǐn)?shù)據(jù)流的

71、下行鏈路系統(tǒng)簡記為。為了防止某些情況下收斂速度過慢，對迭代次數(shù)的上界作了限制，在各種參數(shù)配置下Monte Carlo仿真次數(shù)大雨10000次.作為比較，本文給出了文獻(xiàn)[12]的仿真曲線。</p><p>　　圖8給出了多用戶系統(tǒng)的誤符號性能曲線，可以看出，本文所提出的算法與文獻(xiàn)[12]偶相同的性能，但前者的計(jì)算復(fù)雜度卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于后者。圖9給出了單用戶單信息流系統(tǒng)的性能曲線，作為比較，圖中也給出了主特征模式波束分別采

72、用信道矩陣的最大奇異值所對應(yīng)的右奇異矢量和左奇異矢量?？梢钥闯?，此時本文算法與主特征模式波束形成算法性能幾乎一致。</p><p>　　5 兩種方法的結(jié)果分析</p><p>　　本文提出一種改進(jìn)的收發(fā)機(jī)結(jié)構(gòu), 并在此基礎(chǔ)上給出了一種有效的迭代算法以解決發(fā)射端預(yù)編碼矩陣的求解問題。由于拉格朗日乘子有解析解，因而預(yù)編碼矩陣也有閉式解。和傳統(tǒng)迭代求解方案相比，本文所提方案有更低的計(jì)算復(fù)雜度。基

73、于塊傳輸，將窄帶MIMO信道下的并行干擾接收算法推廣到頻率選擇信道, 得到了一種寬帶空時接收機(jī), 通過仿真分析和評估了所提出接收機(jī)的性能, 仿真結(jié)果表明：所提出的接收機(jī)方案可行，而且頻率選擇信道有助于提高系統(tǒng)的分集增益。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　本課題是在指導(dǎo)老師的精心指導(dǎo)下完成的.在整個研究過程中，得到了指導(dǎo)老師的全力支持和幫助

74、。導(dǎo)師在學(xué)術(shù)上理論的淵博和對科學(xué)研究精益求精的工作態(tài)度與風(fēng)格不但使我受益非淺，也深深地感染了我，在此對指導(dǎo)老師表示誠摯的感謝！同時也感謝本組同學(xué)在我做課題的過程中給予我的巨大幫助和鼓勵，</p><p>　　還要特別感謝本班的一些同學(xué)在我寫論文期間給我提出的寶貴意見和關(guān)心支持。在此，對導(dǎo)師給我提供的良好學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)環(huán)境致以真誠的謝意！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</

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81、ms[J].IEEE Commun，lett.，2005(9)09/20 11:46 102機(jī)體齒飛面孔雙臥多軸組合機(jī)床及CAD設(shè)計(jì)</p><p>　　09/08 20:02 3kN微型裝載機(jī)設(shè)計(jì)</p><p>　　09/20 15:09 45T旋挖鉆機(jī)變幅機(jī)構(gòu)液壓缸設(shè)計(jì)</p><p>　　08/30 15:32

82、 5噸卷揚(yáng)機(jī)設(shè)計(jì)</p><p>　　10/30 17:12 C620軸撥桿的工藝規(guī)程及鉆2-Φ16孔的鉆床夾具設(shè)計(jì)</p><p>　　09/21 13:39 CA6140車床撥叉零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程及夾具設(shè)計(jì)831003</p><p>　　08/30 15:37 CPU風(fēng)扇后蓋的注塑模具設(shè)計(jì)</p><

83、p>　　09/20 16:19 GDC956160工業(yè)對輥成型機(jī)設(shè)計(jì)</p><p>　　08/30 15:45 LS型螺旋輸送機(jī)的設(shè)計(jì)</p><p>　　10/07 23:43 LS型螺旋輸送機(jī)設(shè)計(jì)</p><p>　　09/20 16:23 P-90B型耙斗式裝載機(jī)設(shè)計(jì)</p><p&g

84、t;　　09/08 20:17 PE10自行車無級變速器設(shè)計(jì)</p><p>　　10/07 09:23 話機(jī)機(jī)座下殼模具的設(shè)計(jì)與制造</p><p>　　09/08 20:20 T108噸自卸車拐軸的斷裂原因分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)</p><p>　　09/21 13:39 X-Y型數(shù)控銑床工作臺的設(shè)計(jì)</p>

85、<p>　　09/08 20:25 YD5141SYZ后壓縮式垃圾車的上裝箱體設(shè)計(jì)</p><p>　　10/07 09:20 ZH1115W柴油機(jī)氣缸體三面粗鏜組合機(jī)床總體及左主軸箱設(shè)計(jì)</p><p>　　09/21 15:34 ZXT-06型多臂機(jī)凸輪軸加工工藝及工裝設(shè)計(jì)</p><p>　　10/30 16:0

86、4 三孔連桿零件的工藝規(guī)程及鉆Φ35H6孔的夾具設(shè)計(jì)</p><p>　　08/30 17:57 三層貨運(yùn)電梯曳引機(jī)及傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　10/29 14:08 上蓋的工工藝規(guī)程及鉆6-Ф4.5孔的夾具設(shè)計(jì)</p><p>　　10/04 13:45 五噸單頭液壓放料機(jī)的設(shè)計(jì)</p><

87、p>　　10/04 13:44 五噸單頭液壓放料機(jī)設(shè)計(jì)</p><p>　　09/09 23:40 儀表外殼塑料模設(shè)計(jì)</p><p>　　09/08 20:57 傳動蓋沖壓工藝制定及沖孔模具設(shè)計(jì)</p><p>　　09/08 21:00 傳動系統(tǒng)測繪與分析設(shè)計(jì)</p><p>　　10

88、/07 23:46 保護(hù)罩模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　09/20 15:30 保鮮膜機(jī)設(shè)計(jì)</p><p>　　10/04 14:35 減速箱體數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)</p><p>　　10/04 13:20 鑿巖釬具釬尾的熱處理工藝探索設(shè)計(jì)</p><p>　　09/08 21:33

89、 分離爪工藝規(guī)程和工藝裝備設(shè)計(jì)</p><p>　　10/30 15:26 制定左擺動杠桿的工工藝規(guī)程及鉆Ф12孔的夾具設(shè)計(jì)</p><p>　　10/29 14:03 前蓋板零件的工藝規(guī)程及鉆8-M16深29孔的工裝夾具設(shè)計(jì)</p><p>　　10/07 08:44 加油機(jī)油槍手柄護(hù)套模具設(shè)計(jì)</p><

90、;p>　　09/20 15:17 加熱缸體注塑模設(shè)計(jì)</p><p>　　10/07 09:17 動模底板零件的工藝規(guī)程及鉆Φ52孔的工裝夾具設(shè)計(jì)</p><p>　　10/08 20:23 包縫機(jī)機(jī)體鉆孔組合機(jī)床總體及夾具設(shè)計(jì)</p><p>　　09/21 15:19 升板機(jī)前后輔機(jī)的設(shè)計(jì)</p>

91、<p>　　09/09 22:17 升降式止回閥的設(shè)計(jì)</p><p>　　09/22 18:52 升降桿軸承座的夾具工藝規(guī)程及夾具設(shè)計(jì)</p><p>　　09/09 16:41 升降杠桿軸承座零件的工藝規(guī)程及夾具設(shè)計(jì)</p><p>　　08/30 15:59 半自動鎖蓋機(jī)的設(shè)計(jì)（包裝機(jī)機(jī)械設(shè)計(jì)）&l

92、t;/p><p>　　08/30 15:57 半軸零件的機(jī)械加工工藝及夾具設(shè)計(jì)</p><p>　　10/29 13:31 半軸零件鉆6-Φ14孔的工裝夾具設(shè)計(jì)圖紙</p><p>　　09/26 13:53 單吊桿式鍍板系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　08/30 16:20 單級齒輪減速器模型優(yōu)化設(shè)

93、計(jì)</p><p>　　08/30 16:24 單繩纏繞式提升機(jī)的設(shè)計(jì)</p><p>　　09/09 23:08 臥式加工中心自動換刀機(jī)械手設(shè)計(jì)</p><p>　　09/08 22:10 厚板扎機(jī)軸承系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　09/18 20:56 叉桿零件的加工工藝規(guī)程及加工孔Φ20的

94、專用夾具設(shè)計(jì)</p><p>　　08/30 19:32 雙臥軸混凝土攪拌機(jī)機(jī)械部分設(shè)計(jì)</p><p>　　09/09 22:33 雙模輪胎硫化機(jī)機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　09/09 22:32 雙輥驅(qū)動五輥冷軋機(jī)設(shè)計(jì)</p><p>　　09/08 20:36 變位器工裝設(shè)計(jì)-

95、-0.1t普通座式焊接變位機(jī)</p><p>　　09/28 16:50 疊層式物體制造快速成型機(jī)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　09/08 22:41 可急回抽油機(jī)速度分析及機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　09/08 22:42 可移動的墻設(shè)計(jì)及三維建模</p><p>　　10/04 13:25

96、 右出線軸鉆2-Ф8夾具設(shè)計(jì)</p><p>　　10/04 13:23 右出線軸鉆6-Ф6夾具設(shè)計(jì)</p><p>　　09/08 22:36 咖啡杯蓋注塑模具設(shè)計(jì)</p><p>　　10/07 08:33 咖啡粉枕式包裝機(jī)總體設(shè)計(jì)及橫封切斷裝置設(shè)計(jì)</p><p>　　09/09 16:15

97、 啤酒貼標(biāo)機(jī)的設(shè)計(jì)（總體和后標(biāo)部分的設(shè)計(jì)）</p><p>　　10/29 13:58 噴油泵體零件的工藝規(guī)程及鉆Φ14通孔的工裝夾具設(shè)計(jì)</p><p>　　08/30 19:39 四工位的臥式組合機(jī)床設(shè)計(jì)及其控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　09/21 13:39 四方罩模具設(shè)計(jì)</p><p&g

98、t;　　08/30 19:42 四組調(diào)料盒注塑模具設(shè)計(jì)</p><p>　　10/07 23:55 固定座的注塑模具設(shè)計(jì)</p><p>　　09/09 23:52 圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)</p><p>　　09/09 23:48 圓珠筆管注塑模工藝及模具設(shè)計(jì)</p><p>　　10/13

99、 16:36 圓盤剪切機(jī)設(shè)計(jì)</p><p>　　09/21 13:25 基于PLC變頻調(diào)速技術(shù)的供暖鍋爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　09/08 22:20 基于pro-E的減速器箱體造型和數(shù)控加工自動編程設(shè)計(jì)</p><p>　　08/30 18:00 基于PROE的果蔬籃注塑模具設(shè)計(jì)</p>&

100、lt;p>　　08/30 19:37 基于UG的TGSS-50型水平刮板輸送機(jī)---機(jī)頭段設(shè)計(jì)</p><p>　　09/21 15:16 塑料油壺蓋模具設(shè)計(jì)</p><p>　　09/09 22:41 塑料膠卷盒注射模設(shè)計(jì)</p><p>　　10/07 09:25 多功能推車梯子的設(shè)計(jì)</p>

101、<p>　　09/08 21:25 多功能齒輪實(shí)驗(yàn)臺的設(shè)計(jì)</p><p>　　08/30 16:32 多層板連續(xù)排版方法及基于ＰＬＣ控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　08/30 16:30 多層板連續(xù)排版方法畢業(yè)設(shè)計(jì)</p><p>　　08/30 16:42 多用角架擱板的注塑模具設(shè)計(jì)及其仿真加工設(shè)計(jì)&l

102、t;/p><p>　　08/30 16:39 多繩摩擦式提升機(jī)的設(shè)計(jì)</p><p>　　09/08 21:05 大型礦用自卸車靜液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　09/20 16:27 大型耙斗裝巖機(jī)設(shè)計(jì)</p><p>　　09/08 21:01 大批生產(chǎn)的汽車變速器左側(cè)蓋加工工藝及指定工序