【正文】 Error! No text of specified style in document. 摘 要 隨著通信技術(shù)的發(fā)展，無線通信系統(tǒng)需要更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和更好的服務(wù)質(zhì)量，因此需要系統(tǒng)容量大幅度提高。在有限的無線頻譜資源條件下，只有極大地提高頻譜利用率才能使系統(tǒng)容量更高，如何最大化的提高頻譜利用率是擺在人們面前的一個重大課題。同時人們希望移動終端設(shè)備既輕巧便于攜帶，又可以在各種環(huán)境中都具備良好的通信質(zhì)量。人們希望下一代通信系統(tǒng)在具有良好通信質(zhì)量的同時，還具有廣闊的覆蓋范圍、更高的頻譜利用率，并能在各種環(huán)境中使用的優(yōu)良性能。MIMO技術(shù)作為提高數(shù)據(jù)傳輸速率、提高系統(tǒng)容量、提高頻譜利用率的重要手段得到人們越來越多的關(guān)注。 我們考慮一個窄帶多用戶系統(tǒng)，該系統(tǒng)中多個用戶的發(fā)送信號通過一個同步的、平坦衰落信道到達接收端天線陣列。本文介紹了一種采用組檢測和迭代技術(shù)的多用戶檢測算法。這種算法非常適合過載系統(tǒng)，即發(fā)射端天線數(shù)大于接收端天線數(shù)。算法本身所采用的軟判決使得它適合于在級聯(lián)結(jié)構(gòu)中應(yīng)用。通過選擇組的大小可以在性能和復(fù)雜度之間進行折衷。關(guān)鍵詞：MIMO系統(tǒng) 群組檢測 迭代方法 MAP估計 VBLAST 多用戶檢測 球形譯碼（SD）Error! No text of specified style in document. 57目 錄目錄 i第一章 緒論 2 引言 2 MIMO技術(shù)發(fā)展概述 2 迭代檢測研究狀況 2 本課題的研究意義和研究內(nèi)容 2 論文研究內(nèi)容 2 主要研究意義 2第二章 無線信道特性及MIMO信道容量 2 無線信道的傳播特性 2 小尺度衰落 2 大尺度衰落 2 MIMO系統(tǒng)容量分析 2 MIMO系統(tǒng)模型 2 MIMO的信道容量 2第三章 分層空時系統(tǒng)的檢測技術(shù) 2 分層空時結(jié)構(gòu)的簡介 2 分層空時系統(tǒng)的檢測技術(shù) 2 最大似然檢測算法 2 迫零檢測算法 2 最小均方誤差檢測算法 2 BLAST系統(tǒng)模型 2 最小均方誤差VBLAST檢測算法 2 球譯碼算法 2第四章 迭代多用戶檢測運算法則 2 信號模型 2 群組檢測 2 群組后驗概率提取 2 軟判決干擾抵消 2 檢測順序 2 復(fù)雜度分析 2 性能仿真 2 加載和分組 2 檢測排序的效果 2 結(jié)論 2第五章 瑞利信道下過載接收多用戶迭代檢測算法 2 MUD概述 2 系統(tǒng)模型和處理單元 2 LGSMUD算法 2 性能評價 2 2致謝 錯誤！未定義書簽。參考文獻 2第一章 緒論 引言隨著無線互聯(lián)網(wǎng)多媒體通信的快速發(fā)展，第三代蜂窩移動通信中已經(jīng)引入了無線因特網(wǎng)和多媒體業(yè)務(wù)。與現(xiàn)有的蜂窩移動通信系統(tǒng)相比，第三代無線通信，也稱為下一代(Next G)無線通信或第四代(4G)無線通信，將具有更高的語音質(zhì)量，并提供高數(shù)據(jù)傳輸速率業(yè)務(wù)。人們希望下一代通信系統(tǒng)具有良好的通信質(zhì)量、廣闊的覆蓋范圍、更高的頻譜利用率，并能在各種環(huán)境中使用。高速業(yè)務(wù)和用戶數(shù)的激增使得對頻譜的需求量急劇增加，而頻譜資源卻是有限的，如何高效地利用有限的無線頻譜資源，提高無線通信系統(tǒng)容量，提供高速率、高性能的數(shù)據(jù)傳輸能力是設(shè)計中必須解決的一項關(guān)鍵而艱巨的任務(wù)。多輸入多輸出技術(shù)在無線鏈路兩端均采用多天線，分別同時接收與發(fā)射，能夠充分開發(fā)空間資源，在無需增加頻譜資源和發(fā)射功率的情況下，成倍地提升通信系統(tǒng)的容量與可靠性。MIMO（MultipleInput MultipleOutput）技術(shù)[1]作為提高數(shù)據(jù)傳輸速率的重要手段得到人們越來越多的關(guān)注，已經(jīng)被認為是新一代無線傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。 MIMO技術(shù)發(fā)展概述近些年來，MIMO技術(shù)以其在容量和性能上的巨大潛能吸引了人們的關(guān)注。在當今的信息社會中，人們對信息需求的急劇增加，要求無線通信系統(tǒng)必須能夠提供更高的傳輸速率和更好的傳輸性能。由于無線頻譜資源的有限，要達到這些要求，就需要通信系統(tǒng)必須具有更高的頻譜效率。在無線通信的發(fā)展史中，系統(tǒng)容量需求的不斷增加和有限的無線頻譜資源之間的矛盾一直是推動無線通信技術(shù)不斷革新的重要技術(shù)問題之一。下一代無線通信系統(tǒng)對于數(shù)據(jù)傳輸速率提出了更高的要求，如何在有限的頻譜上實現(xiàn)高速率、高性能的數(shù)據(jù)傳輸，是下一代無限通信必須面臨的一個巨大挑戰(zhàn)。從目前的技術(shù)發(fā)展來看，MIMO系統(tǒng)——這項被譽為“現(xiàn)代通信中最為重大的技術(shù)突破之一”的通信新技術(shù)——是增加無線通信系統(tǒng)頻譜效率非常有效的一種方法。MIMO無線通信系統(tǒng)（簡稱“MIMO”系統(tǒng)）在系統(tǒng)收發(fā)兩側(cè)同時配置多個天線，由于引入了空間維，在適當?shù)男诺拉h(huán)境下，相對傳統(tǒng)的單天線系統(tǒng)可以提供額外的空間復(fù)用增益（也稱容量增益）和空間分集增益。系統(tǒng)采用MIMO技術(shù)能有效地挖掘出這些性能增益，在不增加頻譜和發(fā)送功率的情況下，相對傳統(tǒng)單天線系統(tǒng)顯著地提高系統(tǒng)的容量（或數(shù)據(jù)傳輸速率）和通信質(zhì)量。在MIMO技術(shù)的研究過程中。上個世紀90年代早期，他們通過在信息領(lǐng)域的研究，發(fā)現(xiàn)了MIMO系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)單天線系統(tǒng)的巨大信道容量優(yōu)勢，從理論上指明了利用多天線進行更高頻譜效率傳輸?shù)目赡苄?。，無線通信領(lǐng)域內(nèi)掀起了MIMO技術(shù)的研究熱潮，有關(guān)MIMO技術(shù)理論和實踐方面的研究成果層出不窮。如今，隨著一些基于MIMO技術(shù)的演示系統(tǒng)（如貝爾實驗室給予BLAST技術(shù)的MIMO系統(tǒng)、Intel公司的lospan MIMO無線通信系統(tǒng)）的開發(fā)成功，以及MIMO技術(shù)在各種無線通信國際標準（如3G、無線局域網(wǎng)、無線城域網(wǎng)標準等）中不斷的嶄露頭角，人們有足夠的理由相信，MIMO技術(shù)必將成為下一代移動通信系統(tǒng)中的一項關(guān)鍵技術(shù)。MIMO系統(tǒng)充分開發(fā)了空間資源利用多個天線實現(xiàn)多發(fā)多收，在有限的頻譜資源上可以實現(xiàn)高速率和大容量，可以取得更高的頻譜效率。MIMO系統(tǒng)在接收端和發(fā)送端均使用多天線可以使通信鏈路容量成倍的增加，即在根發(fā)射天線、根接收天線的MIMO系統(tǒng)中，信道容量隨線形增加。在MIMO系統(tǒng)模型中，數(shù)字信源以二進制數(shù)據(jù)流形式進入一個發(fā)射模塊，這個模塊包括錯誤控制編碼功能和映射復(fù)調(diào)制符號功能。映射功能產(chǎn)生幾個單獨的符號流，這幾個符號流之間可以是獨立的、部分冗余的或完全冗余。每個符號流映射到其中一根發(fā)射天線上。映射可能會包括天線元的線性空間加權(quán)或者線性天線空時預(yù)編碼。經(jīng)過上頻轉(zhuǎn)換、濾波和放大，信號發(fā)射到無線信道。接收端使用多根天線捕獲信號。為了恢復(fù)消息，進行解調(diào)和去映射操作。在選擇編碼和天線映射算法時，智能層次、復(fù)雜度和先驗信道信息認識有很大的不同。使用空時編碼（STC）是達到或接近MIMO無線信道容量的一種可行、有效的方法?？諘r編碼是一種用于多發(fā)射天線的編碼技術(shù)，該編碼在多根天線和各個時間周期的發(fā)射信號之間能夠產(chǎn)生空域和時域的相關(guān)性。這種空時相關(guān)性可以使接收機克服MIMO信達衰落和減少發(fā)射誤碼。對于空間未編碼系統(tǒng)，空時編碼可以在不犧牲帶寬的情況下起到發(fā)射分集和功率增益的作用?？諘r編碼在編碼結(jié)構(gòu)上有很多種方法,包括空時網(wǎng)格碼(STTC)、空時分組碼(STBC)和分層空時碼(BLAST)等，所以這些編碼方案的核心思想都是利用信道多徑特性獲得較高的頻譜利用率和性能增益。 迭代檢測研究狀況在1993年，Berrou等提出了具有革命性的基于迭代譯碼接收技術(shù)的Turbo碼。Turbo碼得益于其非常有效的迭代譯碼算法。Turbo碼由兩個的遞歸系統(tǒng)的卷積碼并行級聯(lián)而成，接收端通過兩個分量譯碼器相互交換信號的先驗信息，使得迭代譯碼的Turbo碼能夠達到很低的誤碼率。迭代編譯碼技術(shù)不僅在信道編譯碼技術(shù)上寫下了嶄新的一頁，它還帶來了更為深遠的影響，即“迭代原理”的形成和應(yīng)用。迭代思想不僅成功的應(yīng)用于信道編譯碼技術(shù)，而且還成功的運用于信道均衡技術(shù)、調(diào)制解調(diào)技術(shù)、多用戶檢測技術(shù)和聯(lián)合信源及信道譯碼技術(shù)等。 隨著多天線技術(shù)的發(fā)展，迭代檢測及譯碼技術(shù)也成功的運用于MIMO系統(tǒng)中，它將信道編碼器作為“外碼”編碼器，然后將空時編碼、映射過程作為“內(nèi)碼”編碼器。由此，整個發(fā)射系統(tǒng)可以看成一個具有串行級聯(lián)編碼系統(tǒng)；在接收端，采用在SISO的空時譯碼器與SISO的信道譯碼器組成了迭代譯碼結(jié)構(gòu)。使用SISO的譯碼器可以將各個子模塊的軟輸出信息返回到其他子模塊中從而充分發(fā)掘接收信號中包含的有效信息，這樣可以逼近最優(yōu)的性能。 本課題的研究意義和研究內(nèi)容 論文研究內(nèi)容在這篇文章中研究適用于窄帶多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)的多用戶檢測(MUD)算法以及在瑞利信道下的多用戶迭代檢測算法，這個系統(tǒng)包含一些獨立的發(fā)射用戶和一個多樣化陣列接收設(shè)備。在這個富有挑戰(zhàn)性的過載構(gòu)造中，它包含的接收端天線少于發(fā)射端天線總數(shù)，這種運算法則系統(tǒng)提供顯著優(yōu)于先前報道的不理想方法的性能（例如減少估算）。 大多數(shù)現(xiàn)存的多用戶檢測技術(shù)在過載條件下的性能都很差。迫零(ZF)檢測算法[4]因為信道矩陣的奇異性而無法工作，最小均方誤差(MMSE)檢測算法[4]也由于無法有效壓抑共道干擾使得性能顯著降低。原始數(shù)據(jù)概率聯(lián)系(PDA)檢測算法[4]，是基于一種預(yù)備的偽逆陣的檢測算法，這種檢測算法不能在過載條件下獲得。因為同樣的原因（即信道矩陣奇異特性），原始的垂直分層空時碼（VBLAST）檢測算法[4]也不能應(yīng)用。在組檢測算法中(Group Detector：GD) [4]，組檢測以外的信號被視為干擾，它們被迫零算法消除掉，所以過載數(shù)量（即發(fā)射端天線數(shù)減去接收端天線數(shù)）不能超過組的大小減去1。球形譯碼 (SD)[5][7]雖然可以獲得最大似然(ML)解，但是它的復(fù)雜度為過載數(shù)量的冪函數(shù)。一種改良的概率數(shù)據(jù)相關(guān)(PDA)檢測算法[4]通過不使用ZF預(yù)處理以允許在過載系統(tǒng)中的應(yīng)用；它可以被視為當前檢測算法在特殊條件下采用組數(shù)為1的情況。另一方面，最優(yōu)的多用戶檢測方法，例如聯(lián)合最大似然估計(JML) [4]和聯(lián)合最大后驗概率(JMAP)檢測算法[4]，雖然它們在過載條件下工作的很好，并且每一個額外用戶只消耗很少的能量。遺憾的是它們的復(fù)雜度為用戶數(shù)量的指數(shù)級，從而使得它們的應(yīng)用在天線數(shù)量較多時受到限制。盡管為過載系統(tǒng)開發(fā)降低復(fù)雜度的次優(yōu)檢測算法的目的十分明顯，然而到目前為止的相關(guān)研究內(nèi)容上的報道十分有限。VBLAST檢測算法，按照文獻[8]的建議修改為采用MMSE準則來壓抑未檢測用戶信號，是一個可能的選擇（該算法我們稱為MMSE VBLAST檢測算法）。 另一個可能的選擇是組檢測算法的變種算法，該算法采用MMSE準則來壓抑未檢測的組并采用硬判決干擾抵消來消除已檢測的用戶信號，我們將該算法稱為GD檢測算法。在本文中，介紹了多用戶檢測技術(shù)，該技術(shù)結(jié)合組檢測以及后驗概率(APP)提取兩種技術(shù)[9]。采用后驗概率使得該算法擁有其他方面的特性：對于已檢測用戶的軟判決干擾抵消，通過迭代來提升符號估計的精度，以及用戶數(shù)據(jù)傳輸?shù)募壜?lián)。它的性能表現(xiàn)是很出色的，甚至在嚴重過載的情況下也能獲得較好的性能。該算法的新穎性在于過載情況下的模塊選擇技術(shù)以及對其性能的分析。此外，本文指出當系統(tǒng)處于過載情況時，MMSE VBLAST檢測算法表現(xiàn)出相當強的適用性，這一點與人們通常所認為的并不一樣。 主要研究意義 移動通信中的MIMO技術(shù)指的是利用多根發(fā)射天線和多根接收天線進行的無線傳輸技術(shù)，它利用多天線來抑制信道衰落。當天線相互之間有足夠遠的距離，各根發(fā)射天線到各根接收天線之間的信號傳輸可以看成是相互獨立的，所以采用的多根天線可以稱為分立式多天線。MIMO的原理是把收發(fā)端天線的信號進行合并，以改進每個MIMO用戶的通信質(zhì)量和速率。傳統(tǒng)上認為多徑傳播是無限傳輸?shù)囊粋€缺陷，而MIMO系統(tǒng)的主要特征就是把多徑傳播轉(zhuǎn)變成為對用戶有利的因素。MIMO有效的利用隨機衰落來提高傳輸速率。因此，MIMO可以極大地提高無線通信性能，不需要以頻譜為代價。 前面已敘述，MIMO技術(shù)是可以在不增加額外頻譜和功率消耗的情況下顯著地增加無線通信系統(tǒng)的容量和通信質(zhì)量的，MIMO被廣泛認為是將在下一代無線通信系統(tǒng)中采用的一項革命性的技術(shù)。為了更進一步的發(fā)掘MIMO系統(tǒng)的性能增益，近些年來人們提出了一系列各具特點的MIMO傳輸方案，它們在系統(tǒng)性能、傳輸速率以及實現(xiàn)復(fù)雜度的權(quán)衡中具有不同的折中。在所有的傳輸方案中，發(fā)射端的空時編碼以及接收端的MIMO檢測是兩個必須要解決的核心技術(shù)問題。與傳統(tǒng)單天線系統(tǒng)中的信號檢測相比，MIMO檢測需要進行包括空間維在內(nèi)的多維信號處理，復(fù)雜度更高；并且，MIMO檢測面臨系統(tǒng)發(fā)端多個發(fā)射天線同時發(fā)送信號引起的同信道干擾，檢測難度也自然更大。雖然近年來，人們針對不同的MIMO傳輸方案提出了許多不同的MIMO檢測方法，但迄今為止，有關(guān)MIMO檢測的研究還遠不夠系統(tǒng)和完善。因此，在這一方面又針對性地對于高效MIMO檢測算法的研究，對于無線通信系統(tǒng)的核心技術(shù)發(fā)展有著非常深遠的意義。第二章 無線信道特性及MIMO信道容量 通信信道是信息傳輸?shù)拿浇?，是決定通信系統(tǒng)性能的基本制約因素，是通信系統(tǒng)理論分析和系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)，而其中無線信道的傳播機制最為復(fù)雜，信道增益總是處于變化當中，所以有必要深入認識和分析無線通信信道的特性[10]。本章首先介紹移動通信信道的基本特性；然后介紹了MIMO系統(tǒng)模型。 無線信道的傳播特性 任何通信信號都是通過信道傳送的，因此首先必須分析和掌握信道的特點與實質(zhì)，才能針對存在的問題給出解決的技術(shù)方案。無線信道不同于有線信道，它是開放式的變參量信道，接收環(huán)境具有多樣性，通信用戶還