基于CDMA的MIMO-OFDM系统检测算法和多址方案的研究

论文摘要

未来移动通信系统要达到大容量的要求，并满足用户高速移动多媒体业务的需求，需要在物理层技术上有所突破。由于多入多出（MIMO）技术能够成倍的提高系统容量；正交频分复用（OFDM）技术能够以低复杂度有效对抗无线信道中的多径衰落，因此MIMO-OFDM系统被认为是下一代移动通信系统物理层的主要备选方案之一。码分多址（CDMA）作为一种多址技术能够提供用户的灵活接入，并在多小区组网环境下具有较高的频率复用系数，因而结合CDMA多址方案的MIMO-OFDM系统具有良好的应用前景。 本文主要研究整合三种技术优势而形成的基于CDMA的MIMO-OFDM系统上行链路的检测算法和多址方案。论文的主要工作和创新点包括： 在对MIMO-OFDM系统，以及单天线OFDM系统各种基于CDMA的多址方案研究和分析的基础上，提出了基于CDMA的MIMO-OFDM的系统模型。 在上述系统模型的基础上，提出了两种面向用户的逐级删除检测算法，即面向用户的逐级删除迫零检测算法（UO-GC-ZF）和面向用户的逐级删除最小均方误差检测算法（UO-GC-MMSE）；针对这两种算法的用户排序环节，提出了四种具有不同计算复杂度和性能的排序准则，即平均误符号率（ASER）准则、最大最小信噪比（Max-Min-SNR）准则、最大最大信噪比（Max-Max-SNR）准则以及平均信噪比（ASNR）准则；利用Sherman-Morrison-Woodbury公式，对UO-GC-MMSE算法中各级检测的矩阵求逆运算进行了简化，大大降低了UO-GC-MMSE算法的运算量；详细分析了两种面向用户的逐级删除检测算法的计算复杂度，并与传统线性检测算法ZF和MMSE做了比较；对UO-GC-ZF算法和UO-GC-MMSE算法进行了性能仿真。仿真结果表明，在不同激活用户数以及不同符号调制方式的情况下，无论采用何种排序准则，面向用户的逐级删除检测算法都优于相应的传统线性检测算法。并且当系统没有功率控制的情况下，面向用户的逐级删除检测算法相对于传统的ZF和MMSE检测算法具有更加明显的性能优势。 同样在上述系统模型的基础上，本文提出了两种传统线性检测算法的简化算法，即面向用户的分块迫零（UO-BZF）和分块最小均方误差（UO-BMMSE）检测算法；以及具有较低处理时延的面向用户反馈辅助（UO-FA）检测算法。对计算复杂度和仿真结果的分析表明，在用户扩展块内的信道变化不大的无线环境中，UO-BZF算法和UO-BMMSE算法在性能损失不大的情况下，能够大大降低传统ZF和MMSE算法的计算复杂度；UO-FA检测算法在计算复杂度增加不多的情况下，性能大大优于传统的ZF和MMSE检测算法。 本文针对MIMO-OFDM系统比SISO-OFDM系统增加了空间域的特点，提

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 图目录
• 表目录
• 符号说明
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 MIMO-OFDM系统及基于 CDMA的多址方案概述
• 1.2.1 MIMO-OFDM系统
• 1.2.2 基于 CDMA的多址方案
• 1.3 本文研究的价值和意义
• 1.4 本文要解决的问题
• 1.5 论文的主要创新点
• 第2章 基于 CDMA的 MIMO-OFDM系统
• 2.1 概述
• 2.2 系统模型
• 2.3 本章小结
• 第3章 面向用户的逐级删除检测算法
• 3.1 引言
• 3.2 系统模型
• 3.3 UO-GC-ZF算法
• 3.3.1 算法描述
• 3.3.2 计算加权矩阵
• 3.3.3 排序准则
• 3.3.3.1 ASER准则
• 3.3.3.2 Max-Min-SNR准则
• 3.3.3.3 Max-Max-SNR准则
• 3.3.3.4 ASNR准则
• 3.4 UO-GC-MMSE算法
• 3.4.1 算法描述
• 3.4.2 逐级递推算法计算加权矩阵
• 3.4.3 排序准则
• 3.5 算法复杂度分析
• 3.6 数值仿真
• 3.7 本章小结
• 第4章 面向用户的分块线性检测算法和反馈辅助检测算法
• 4.1 引言
• 4.2 系统模型
• 4.3 分块线性检测算法
• 4.3.1 UO-BZF检测算法
• 4.3.2 UO-BMMSE检测算法
• 4.3.3 复杂度分析
• 4.3.4 数值仿真
• 4.4 面向用户的反馈辅助检测算法
• 4.4.1 算法描述
• 4.4.2 复杂度分析
• 4.4.3 数值仿真
• 4.5 本章小结
• 第5章 多天线多载波多时隙码分多址
• 5.1 M-ACT-CDMA概述
• 5.2 系统模型
• 5.3 检测算法
• 5.3.1 迫零ZF检测
• 5.3.2 最小均方误差MMSE检测
• 5.4 数值仿真
• 5.5 本章小结
• 第6章 复合正交用户扩展码
• 6.1 理论分析
• 6.1.1 向量和矩阵的变形
• 6.1.2 用户扩展码对接收机性能的影响
• 6.2 复合正交矩阵和复合正交码
• 6.2.1 定义
• 6.2.2 生成方法
• 6.2.2.1 基本复合正交矩阵
• 6.2.2.2 通用复合正交矩阵
• 6.3 数值仿真
• 6.4 本章小结
• 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 作者在攻读博士期间发表、己录用及在审的论文
• 作者在攻读博士期间申请的专利