【正文】 計(jì)量之間的均方誤差達(dá)到最小，即： （34）最小均方誤差譯碼檢測算法的加權(quán)矩陣需要滿足下面的關(guān)系： （35） 要找的加權(quán)矩陣使得上式得均方誤差最小，根據(jù)推導(dǎo)可得： （36） 從加權(quán)矩陣可以看出最小均方誤差譯碼檢測算法考慮了噪聲的影響，而迫零譯碼檢測算法沒有考慮噪聲的影響，在接收端需要己知信道的響應(yīng)和噪聲的方差才可以得到加權(quán)矩陣，然后得到發(fā)送信號(hào)的估計(jì)量： （37）相對于只考慮發(fā)送符號(hào)間干擾消除的ZF迫零檢測算法，MMSE 濾波的設(shè)計(jì)兼顧考慮了干擾與噪聲的抑制，可以有效地克服噪聲增強(qiáng)的問題，獲得更好的性能。迫零檢測算法分解關(guān)于平行數(shù)據(jù)流的連接，伴隨著多樣性增益和陣列增益與成比例。由于矩陣的轉(zhuǎn)置只能存在于當(dāng)矩陣的列為獨(dú)立的情況下，因此假設(shè)。采用迫零檢測算法來消除所有的乘性干擾和信號(hào)間干擾，一般做三個(gè)方面的處理：一是迫零，二是符號(hào)刪除，三是信號(hào)補(bǔ)償。從這個(gè)方面來說它是最優(yōu)的。即測試的所有可能值，找出使得值最小的即為最大似然解。圖 BLAST系統(tǒng)框圖BLAST一般可分為水平分層空時(shí)結(jié)構(gòu)(HBLAST：Horizontal BLAST)、對角分層空時(shí)結(jié)構(gòu)(DBLAST：Diagonal BLAST)與垂直分層空時(shí)結(jié)構(gòu)(VBLAST：Vertical BLAST)，這些構(gòu)造方式只是在空間和時(shí)間上對經(jīng)過星座映射的符號(hào)進(jìn)行排列而沒有進(jìn)行任何形式的編碼。設(shè)發(fā)射天線數(shù)為，接收天線為。在分層空時(shí)技術(shù)發(fā)展過程中，F(xiàn)oschini于1996年在文獻(xiàn)中提出了對角空時(shí)分層結(jié)構(gòu)(DBLAST)，但DBLAST的檢測方法較為復(fù)雜。第三章 分層空時(shí)系統(tǒng)的檢測技術(shù)無線傳輸?shù)牡湫吞攸c(diǎn)就是多徑傳播和頻率選擇性衰落。從該公式可以看出，信噪比每增加，可增加的信道容量，信道容量隨信噪比按對數(shù)增長。（5）每個(gè)接收端的：，與無關(guān)。（2）發(fā)送信號(hào)：總發(fā)射功率，且與無關(guān)。 MIMO的信道容量MIMO系統(tǒng)在發(fā)射端和接收端都采用多天線（或陣列天線）和多通道，傳輸信息經(jīng)過空時(shí)編碼形成個(gè)信息子流，這個(gè)信息子流經(jīng)個(gè)天線發(fā)射出去，經(jīng)過空間信道后由個(gè)接收天線接收。接收噪聲的相關(guān)矩陣可表示為： （29）如果的元素之間沒有相關(guān)性，則接收噪聲的協(xié)方差矩陣為： （210）每一個(gè)接收天線上的噪聲功率為。信道矩陣中的元素可能是確定的也可能是隨機(jī)的?；跉w一化的考慮，假定接收天線中每一根天線的接收功率都等于總的發(fā)射功率。那么，發(fā)射信號(hào)的方差矩陣為： （27） 其中為的單位陣。圖 MIMO系統(tǒng)框圖如果考慮信道是高斯信道，則由信息論知道最好的信號(hào)分布也應(yīng)該是高斯分布。由此可以得到平均的信號(hào)噪聲比（）為： （22）其中是單邊噪聲功率譜密度，是信號(hào)帶寬，是獨(dú)立于距離、功率和帶寬的常數(shù)。另外信號(hào)在電波傳播路徑上受到建筑物及山丘等的阻擋所產(chǎn)生的陰影效應(yīng)也會(huì)產(chǎn)生損耗，這些損耗就是大尺度衰落。通常，用信道的相干時(shí)間與信號(hào)的周期進(jìn)行比較，來衡量多普勒擴(kuò)展的影響程度。在這種情況下，就不能簡單地將信號(hào)與信道響應(yīng)進(jìn)行相乘了，接收信號(hào)應(yīng)該是發(fā)射信號(hào)與總的信道響應(yīng)的卷積，然后再加上噪聲和干擾。如果，則信道的傳輸函數(shù)可以看作是一個(gè)常數(shù)，信號(hào)的不同分量經(jīng)歷了相同的衰落，這時(shí)信道衰落為平坦的。這種衰落是由多徑傳播引起的，所以稱為多徑衰落。下面將分別介紹這兩種衰落模型的特征。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，通信用戶還可能處于隨機(jī)的移動(dòng)當(dāng)中，這些特點(diǎn)造成無線信道中的信號(hào)傳輸機(jī)制比較復(fù)雜。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(yuǎn)的意義。為了更進(jìn)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(diǎn)的MIMO傳輸方案，它們在系統(tǒng)性能、傳輸速率以及實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度的權(quán)衡中具有不同的折中。傳統(tǒng)上認(rèn)為多徑傳播是無限傳輸?shù)囊粋€(gè)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。此外，本文指出當(dāng)系統(tǒng)處于過載情況時(shí)，MMSE VBLAST檢測算法表現(xiàn)出相當(dāng)強(qiáng)的適用性，這一點(diǎn)與人們通常所認(rèn)為的并不一樣。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(yàn)概率(APP)提取兩種技術(shù)[9]。遺憾的是它們的復(fù)雜度為用戶數(shù)量的指數(shù)級(jí)，從而使得它們的應(yīng)用在天線數(shù)量較多時(shí)受到限制。在組檢測算法中(Group Detector：GD) [4]，組檢測以外的信號(hào)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。 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。由此，整個(gè)發(fā)射系統(tǒng)可以看成一個(gè)具有串行級(jí)聯(lián)編碼系統(tǒng)；在接收端，采用在SISO的空時(shí)譯碼器與SISO的信道譯碼器組成了迭代譯碼結(jié)構(gòu)。Turbo碼由兩個(gè)的遞歸系統(tǒng)的卷積碼并行級(jí)聯(lián)而成，接收端通過兩個(gè)分量譯碼器相互交換信號(hào)的先驗(yàn)信息，使得迭代譯碼的Turbo碼能夠達(dá)到很低的誤碼率。對于空間未編碼系統(tǒng)，空時(shí)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。在選擇編碼和天線映射算法時(shí)，智能層次、復(fù)雜度和先驗(yàn)信道信息認(rèn)識(shí)有很大的不同。映射可能會(huì)包括天線元的線性空間加權(quán)或者線性天線空時(shí)預(yù)編碼。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。上個(gè)世紀(jì)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(jìn)行更高頻譜效率傳輸?shù)目赡苄浴哪壳暗募夹g(shù)發(fā)展來看，MIMO系統(tǒng)——這項(xiàng)被譽(yù)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。在當(dāng)今的信息社會(huì)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。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(jì)中必須解決的一項(xiàng)關(guān)鍵而艱巨的任務(wù)。關(guān)鍵詞：MIMO系統(tǒng) 群組檢測 迭代方法 MAP估計(jì) 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(shí)系統(tǒng)的檢測技術(shù) 2 分層空時(shí)結(jié)構(gòu)的簡介 2 分層空時(shí)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(yùn)算法則 2 信號(hào)模型 2 群組檢測 2 群組后驗(yàn)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(píng)價(jià) 2 2致謝 錯(cuò)誤！未定義書簽。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。同時(shí)人們希望移動(dòng)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。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(gè)重大課題。 我們考慮一個(gè)窄帶多用戶系統(tǒng)，該系統(tǒng)中多個(gè)用戶的發(fā)送信號(hào)通過一個(gè)同步的、平坦衰落信道到達(dá)接收端天線陣列。通過選擇組的大小可以在性能和復(fù)雜度之間進(jìn)行折衷。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。 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。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(shí)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(gè)巨大挑戰(zhàn)。在MIMO技術(shù)的研究過程中。MIMO系統(tǒng)充分開發(fā)了空間資源利用多個(gè)天線實(shí)現(xiàn)多發(fā)多收，在有限的頻譜資源上可以實(shí)現(xiàn)高速率和大容量，可以取得更高的頻譜效率。每個(gè)符號(hào)流映射到其中一根發(fā)射天線上。為了恢復(fù)消息，進(jìn)行解調(diào)和去映射操作。這種空時(shí)相關(guān)性可以使接收機(jī)克服MIMO信達(dá)衰落和減少發(fā)射誤碼。Turbo碼得益于其非常有效的迭代譯碼算法。 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(yùn)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(shí)編碼、映射過程作為“內(nèi)碼”編碼器。在這個(gè)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(yùn)算法則系統(tǒng)提供顯著優(yōu)于先前報(bào)道的不理想方法的性能（例如減少估算）。因?yàn)橥瑯拥脑颍葱诺谰仃嚻娈愄匦裕?，原始的垂直分層空時(shí)碼（VBLAST）檢測算法[4]也不能應(yīng)用。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(jì)(JML) [4]和聯(lián)合最大后驗(yàn)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(gè)額外用戶只消耗很少的能量。 另一個(gè)可能的選擇是組檢測算法的變種算法，該算法采用MMSE準(zhǔn)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(hào)，我們將該算法稱為GD檢測算法。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。MIMO的原理是把收發(fā)端天線的信號(hào)進(jìn)行合并，以改進(jìn)每個(gè)MIMO用戶的通信質(zhì)量和速率。 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(rèn)為是將在下一代無線通信系統(tǒng)中采用的一項(xiàng)革命性的技術(shù)。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(yuǎn)不夠系統(tǒng)和完善。 無線信道的傳播特性 任何通信信號(hào)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(diǎn)與實(shí)質(zhì)，才能針對存在的問題給出解決的技術(shù)方案。 無線信號(hào)衰落示意圖 值得注意的是這兩種模型并不是相互獨(dú)立的，在同一個(gè)無線信道中，存在大尺度衰落，也會(huì)存在著小尺度衰落。不同相位的多個(gè)信號(hào)在接收端疊加，有時(shí)同相疊加而加強(qiáng)，有時(shí)反相疊加而減弱；這樣，接收信號(hào)的幅度將急劇變化，即產(chǎn)生衰落。如果信號(hào)的頻譜比相關(guān)帶寬寬，那么時(shí)延不同的路徑會(huì)導(dǎo)致碼間干擾(ISI)，這時(shí)信道被稱作是頻率選擇性的。但是對于頻率選擇性衰落信道，信號(hào)帶寬大于相干帶寬或與相干帶寬相當(dāng)。由于移動(dòng)臺(tái)和基站之間的相對運(yùn)動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生多普勒擴(kuò)展現(xiàn)象，具體表現(xiàn)為：當(dāng)基站發(fā)射一個(gè)單頻信號(hào)時(shí)，在多徑環(huán)境中所接收到的信號(hào)頻譜將不再是一根譜線，而是彌散為一個(gè)具有有限帶寬的譜峰，從而引起信道時(shí)間上的變化，產(chǎn)生信道的時(shí)變特性（時(shí)間選擇性）。由多徑時(shí)延擴(kuò)展引起的小尺度衰落如下所示：由多普勒擴(kuò)展引起的小尺度衰落如下所示： 大尺度衰落 無線電波在自由空間內(nèi)傳輸，其信號(hào)功率會(huì)隨著傳播距離的增加而減小，這會(huì)對數(shù)據(jù)速率以及系統(tǒng)的性能帶來不利影響。對于典型環(huán)境來說，路徑損耗指數(shù)一般在2到4中選擇。用（的列向量）表示每個(gè)符號(hào)周期內(nèi)的發(fā)射信號(hào)，其中第個(gè)元素表示第根天線發(fā)射的信號(hào)。如果發(fā)射端不知道信道特性，我們可以假設(shè)每個(gè)天線具有相同的發(fā)射功率。表示矩陣的第個(gè)元素，代表從第根發(fā)射天線到第根接收天線之間的信道衰落系數(shù)。可以通過信道估計(jì)來估計(jì)信道矩陣，然后將CSI反饋到發(fā)射端。它的元素是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的復(fù)零均值高斯變量，其實(shí)部和虛部相互獨(dú)立，方差相等。則每個(gè)接收天線的平均信噪比定義為： （211）接收信號(hào)矢量可以表示為： （212） 接收信號(hào)的方差可以由上式得： （213） 此時(shí)，總的接收信號(hào)的功率等于。MIMO系統(tǒng)信道容量公式的數(shù)學(xué)模型是：（1）天線數(shù)：為發(fā)射天線數(shù)；為接收天線數(shù)