MIMO-OFDM系统中接收机及信道估计技术研究

论文摘要

下一代移动通信技术将要在移动环境下提供更高的数据传输，以满足人们对于多媒体业务的强烈需求。人们一般把下一代移动通信技术统称为B3G或者4G。目前有多种关键技术可以作为下一代移动通信系统的候选关键技术。为了支持比3G通信系统高十倍以上的数据速率，学术界普遍认为，OFDM技术是必由之路。在多天线，即多发多收（MIMO）的情况下，信道容量在高信噪比下近似与接收或者发送天线数的最小值呈正比，这在理论上为移动通信的高速传输指明了方向。因此，在被称作B3G或4G的下一代移动通信系统中，MIMO-OFDM技术被普遍接受为物理层的框架。在中国FuTURE项目以及欧盟WINNER项目中，以MIMO-OFDM为物理层基础的下一代移动通信系统的研究正在如火如荼的展开。 本文的工作基于国家863重点项目，围绕MIMO-OFDM技术展开，对MIMO接收机设计和优化以及信道估计和信噪比估计误差对于MIMO-OFDM系统性能的影响等进行了深入的研究。 本文第一章首先回顾了移动通信的发展历程，介绍了3G技术的进展以及B3G或4G的发展现状，重点分析了目前B3G或4G的物理层存在的问题和难点，为接下来的论叙提供了研究背景。 第二章首先给出了研究使用的系统框架，接着概述了已存在的一些MIMO接收算法。重点论叙了基于格缩减（Lattice Reduction）的线性检测算法的优缺点。基于该算法，本文提出了两种改进算法。一种称作判决反馈辅助的基于格缩减的线性检测算法。仿真表明该算法能够明显改善采用迫零（Zero Forcing）准则的基于格缩减的检测算法性能。另一种称作基于格缩减的列表检测。仿真表明，该算法能够以较低的复杂度在高信噪比以及采用MMSE准则的情况下逼进最大似然（Maximum Likelihood）的性能。 第三章利用EXIT图分析迭代MIMO检测的收敛性能，同时提出利用EXIT图分析法对迭代检测算法进行优化。EXIT图分析法的好处在于能够分别研究每个检测或者译码算法的收敛性能。本文利用EXIT图分析了列表球译码中列表大小对迭代检测收敛性的影响。第三章同时给出了如何利用EXIT图将列表球译码(List Sphere

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 移动通信发展现状
• 1.2 B3G物理层框架
• 1.3 检测算法分类
• 1.4 B3G物理层性能
• 1.5 研究方向
• 1.6 结论
• 1.7 参考文献
• 第二章 改进的基于格缩减的检测算法
• 2.1 引言
• 2.2 系统模型
• 2.3 基于格缩减的检测算法
• 2.3.1 线性检测
• 2.3.2 连续干扰删除（Successive Interference Cancellation）
• 2.3.2.1 基于ZF与MMSE的连续干扰删除
• 2.3.2.2 基于格缩减的连续干扰删除
• 2.3.3 基于格缩减的检测算法的判决方法
• 2.4 改进算法
• 2.4.1 判决反馈辅助的基于格缩减的检测算法
• 2.4.1.1 算法推导
• 2.4.1.2 仿真结果
• 2.4.1.3 复杂度分析
• 2.4.1.4 结论
• 2.4.2 基于格缩减的列表检测
• 2.4.2.1 算法推导
• 2.4.2.2 仿真结果
• 2.4.2.3 复杂度分析
• 2.4.2.4 结论
• 2.5 总结
• 2.6 附录
• 2.7 参考文献
• 第三章 迭代检测算法收敛性分析及优化
• 3.1 引言
• 3.2 EXIT图分析法
• 3.2.1 EXIT图简介
• 3.2.2 外信息传递特性
• 3.2.2.1 并行级联码的迭代译码
• 3.2.2.2 成员译码器的外信息传递特性
• 3.2.3 EXIT图以及迭代译码轨迹
• 3.3 使用EXIT图优化迭代检测
• 3.3.1 系统模型
• 3.3.2 接收机算法
• 3.3.2.1 列表球译码（List Sphere Decoding）
• 3.3.2.2 迭代软干扰删除（Iterative Sof Interference Cancellation）
• 3.3.2.3 组合的迭代检测算法
• 3.3.3 EXIT图分析
• 3.3.3.1 列表球译码检测（LSD）的EXIT图分析
• 3.3.3.2 基于MMSE的迭代软干扰删除（MMSE-ISIC）的EXIT图分析
• 3.3.3.3 迭代检测算法的选择
• 3.3.4 仿真结果及分析
• 3.3.4.1 误码率性能
• 3.3.4.2 复杂度分析
• 3.4 结论
• 3.5 参考文献
• 第四章 迭代线性检测信噪比估计敏感性分析
• 4.1 引言
• 4.2 基于线性检测的迭代软干扰删除
• 4.2.1 系统模型
• 4.2.2 迭代软干扰删除（ISIC）
• 4.2.3 比特似然比（Bit LLR）计算
• 4.2.4 软符号估计
• 4.2.5 新的计算方差的方法
• 4.3 仿真结果
• 4.3.1 信噪比估计误差对MMSE检测的影响
• 4.3.2 信噪比估计误差对MF检测的影响
• 4.3.3 信噪比估计对迭代线性检测的影响
• 4.3.4 复杂度分析
• 4.4 结论
• 4.5 参考文献
• 第五章 MIMO-OFDM系统信道估计
• 5.1 引言
• 5.2 MIMO-OFDM系统最优训练序列
• 5.2.1 系统模型
• 5.2.2 导频设计
• 5.3 Least Square信道估计
• 5.3.1 LS算法推导
• 5.3.2 LS信道估计的均方误差（MSE）限
• 5.4 Lagrange插值的均方误差限
• 5.4.1 Lagrange插值
• 5.4.2 线性以及二阶插值的MSE限
• 5.5 仿真结果
• 5.6 结论
• 5.7 参考文献
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文主要贡献
• 6.2 展望
• 致谢
• 攻读博士学位期间已发表、录用和投出的学术论文
• 攻读博士学位期间已申请的专利