【正文】 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)。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。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)。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。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。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?？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。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。經(jīng)過上頻轉(zhuǎn)換、濾波和放大，信號發(fā)射到無線信道。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。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。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。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。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。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)。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)。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。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。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。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。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)。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。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。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。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)。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。接收端使用多根天線捕獲信號。空時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。 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。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。 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。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。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。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）。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。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。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。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。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。其中，大尺度模型主要用于描述發(fā)射機與接收機之間長距離上的信號強度變化，而小尺度模型則用于描述短距離(幾個波長)或短時間(秒級)內(nèi)接收信號強度的快速變化()。由于電波通過各個路徑的距離不同，因而從各路徑來的反射波的到達時間不同，相位也就不同。多徑傳播時的相對時延差通常用最大多徑時延差來表示，設(shè)信道的最大時延差（或稱為時延擴展），則定義多徑傳播信道的相關(guān)帶寬為，它表示信道傳輸特性相鄰兩個零點之間的頻率間隔。在頻率平坦衰落的情況下，各個多徑信號是相干的，并且可以認為不存在ISI，由于信號帶寬遠小于相干帶寬，可以認為在間隔內(nèi)信號包絡(luò)不發(fā)生變化，經(jīng)過不同路徑接收到的信號可以直接相加，總的路徑增益為各路徑增益之和，則接收信號為發(fā)送信號與總的路徑增益的乘積，再加上噪聲和干擾。（2）信道的時變特性造成多普勒擴展[11]，從而引起信號的頻譜擴散和時間選擇性衰落。此外，值得一提的是，在MIMO系統(tǒng)中，由于移動臺和基站周圍的散射環(huán)境不同而造成的不同位置上的天線經(jīng)歷不同衰落的特性，還會產(chǎn)生空間選擇性衰落。最簡單的大尺度路徑損耗的模型可以表示為： （21） 其中表示本地平均發(fā)射信號功率，表示接收功率，是發(fā)射機與接收機之間的距離。 MIMO系統(tǒng)容量分析 MIMO系統(tǒng)模型考慮具有根發(fā)射天線、根接收天線的MIMO系統(tǒng)，用離散時間描述的復(fù)基帶線性系統(tǒng)模型[12]。發(fā)射信號矩陣的方差為： （25）設(shè)總的發(fā)射功率為，則有： （26） 其中表示矩陣的跡，即矩陣的所有對角元素的和。用(的復(fù)矩陣)來描述信道。這樣可以得到歸一化的約束條件： （28）我們假設(shè)信道矩陣在接收端是確知的,而在發(fā)射端并不一定確知。用（的列矩陣）來描述接收端的噪聲。我們用來表示每個接收天線的平均功率。人們已經(jīng)熟知在加性高斯環(huán)境下，信道容量由下式給出： （214）MIMO系統(tǒng)信道容量的導出是基于近似理想的傳播環(huán)境：信道是準靜態(tài)的，即信道參數(shù)中一個突發(fā)幀期間保持不變，而在幀與幀之間是一個隨機變量；信道參數(shù)對發(fā)端未知，收端可以通過跟蹤估計得到；信號為窄帶信號，無頻率選擇性衰落；各條路徑均是瑞利衰落，且相互獨立；不考慮多用戶干擾。 （4）接收信號：維信號。為方便起見，記的歸一化形式為，且滿足關(guān)系式。特別地，當時， 當時 （218）從上式可以看出，信道容量隨信噪比不再是對數(shù)增長，而是線形增長。而分層空時(BLAST：Belllaboratories Layered SpaceTime)技術(shù)卻利用了無線信道多徑傳播的特點，更適合于在傳播路徑較豐富的環(huán)境下使用。 本章在學習BLAST的基本原理基礎(chǔ)上，介紹了BLAST系統(tǒng)中ML，ZF，MMSE，SIC等一系列檢測方法的基本原理。經(jīng)過空時構(gòu)造的信號通過MIMO信道傳播以后，被根接收天線接收。數(shù)學表達式如下： （31）其中是的估計符號向量，為發(fā)射信號存在的空間，表示在所在的空間內(nèi)尋找最小值，是向量二范數(shù)運算符。這包含有對組合的調(diào)查，一個非常困難的工作。 迫零檢測算法迫零檢測算法是一個線性接收器。一般而言，如果先檢測出信噪比比較大的信號，則可以降低該信號對其它信號的干擾，從而提高系統(tǒng)的性能。符號差錯率（SER）在任一個信道的平均值大于所有信道的上界[14]。 最小均方誤差檢測算法ZF迫零檢測算法完全消除了符號間干擾，但同時增強了噪聲。 BLAST系統(tǒng)模型我們假設(shè)一個具有根發(fā)射天線、根接收天線的MIMO無線通信系統(tǒng)，信道時平坦瑞利衰落環(huán)境，即在突發(fā)符號期間信道傳輸矩陣是恒定的，并且在接收端已采用信道估計的方法將其精確的估計出來，接收端明確得到了信道信息。MMSE檢測算法抑制了干擾和噪聲成分，但是ZF檢測算法僅僅排除了干擾的成分。由此可見檢測排序是基于信干噪比（SINR）的。由此可看出，影響球形譯碼的兩個關(guān)鍵問題是：(1) 搜索半徑d 的選擇。球譯碼算法并沒有真正解決第一個問題，但用歸納法解決了第二個問題。假設(shè)我們已經(jīng)完成了半徑為d 的球體內(nèi)的k維格點的判定，則對任何一個k維格點，在具有相同半徑d 的更高維球體內(nèi)k+1維坐標的可取值集合就可以表示成一個區(qū)間。因此算法的復(fù)雜度取決于所訪問的節(jié)點數(shù)。該條件又可等價為： （313）式(313)并不是充分條件。一些用戶采用相同的脈沖成型以符號同步方式發(fā)送獨立數(shù)據(jù)經(jīng)過獨立的、平坦衰落信道。相反的，接收天線間的相關(guān)性會降低分集增益。為了簡單起見，所有用戶將使用二進制相移鍵控(BPSK)調(diào)制星座177。關(guān)于不理想的信道估計對算法性能的影響的研究將放在今后的工作中進行。通過改變?nèi)航M的大小，可以在計算復(fù)雜度和檢測性能之間進行折衷。 群組后驗概率提取 迭代多用戶檢測(IMUD)的核心思想是群組后驗概率提取(GAPPE)。通過采用軟球形譯碼算法(SD)可以降低它的復(fù)雜度。的元素的先驗概率表示為，并且我們假設(shè)其各個元素是統(tǒng)計獨立的。 軟判決干擾抵消 在處理完畢一個群組之后，后驗概率被用來提升改善性能以及使算法收斂。為了處理下一個組，我們執(zhí)行軟判決干擾抵消，即將量測向量按照下式更新： （46） 我們假設(shè)組內(nèi)以及組間的剩余干擾向量均是互不相關(guān)的，因此群組的剩余干擾的協(xié)方差矩陣可表示為： （47） 于是非期望分量（干擾）的協(xié)方差矩陣可以按下式進行更新： （48） 為了對下一個組進行處理，我們需要對上式進行求逆陣運算。 我們發(fā)現(xiàn)最有效的對用戶進行分組的方法是以基于錯誤方差最小化(EVM)準則的。在上式中具有最低的干擾方差的個用戶就被選出構(gòu)成群組，同時它們所對應(yīng)的列被從矩陣中移除以構(gòu)成。第二次和隨后的迭代過程都和第一次類似，但有兩個例外：第一，GAPPE中的先驗概率被設(shè)置為先前迭代過程中估算的APP值；第二，用戶被隨機的分配到不同群組中，而不是通過誤差方差最小化(EVM)方式。對于采用soft SD GAPPE的IMUD，則復(fù)雜度會顯著降低。用戶數(shù)量是。我們可以區(qū)分三種情況：輕負載的陣列，臨界加載陣列和過載陣列。作為參考，我們同時也給出了在聯(lián)合最大似然估計(JML)誤碼率的聯(lián)合界性能。在誤碼率為時,與GD和MMSE VBLAST相比約能夠獲得3dB的SNR增益。IMUD的軟判決干擾抵消減輕了組大小減少所帶來的效果。圖 (8,6,2)和(8,2,6)模型（過載）圖 (6,2,6)模式（過載）接下來，我們討論所感興趣的過載系統(tǒng)的情況。另一個更極限的例子，我們只用6個天線來檢測12個用戶，即(6,2,6)模式。，MMSE VBLAST也表現(xiàn)出較