论文摘要
多输入多输出（MIMO,Multiple-InputMultiple-Output）技术在平坦衰落信道条件下能有效提高无线通信系统的信道容量,并利用分集增益增强信息传输的可靠性。正交频分复用（OFDM,Orthogonal Frequency Division Multiplexing）技术能有效对抗宽带无线多径信道的频率选择性衰落。MIMO技术与OFDM技术相结合可以扩展MIMO系统的应用环境,综合两种技术的优势,使系统有效工作在频率选择性衰落环境下。Turbo迭代信号处理技术能使无线通信系统中的接收机以合适的复杂度达到近似最佳的性能。本文基于软信息迭代处理技术研究了OFDM、MIMO以及MIMO–OFDM系统迭代接收机中的信号检测,信道估计以及频偏参数估计。论文的第一部分利用外信息转移（EXIT,ExtrinsicInformationTransfer）图讨论了Turbo迭代接收机中软入软出（SISO,Soft-Input Soft-Output）模块的互信息转移特性;设计了分组空时块码（G-STBC,Group-wiseSpace-TimeBlockCoding）系统中的两种分组软检测算法,并利用EXIT图预测了这两种软检测算法和Turbo码,LDPC码以及卷积码联合使用时的收敛阈值,为选取互信息转移特性匹配的软检测和软译码构成良好的迭代接收提供了依据。论文第二部分讨论了平衰落信道下MIMO系统的软入软出检测,提出了一种改进的MAP-LSD（Maximum-A-PosterioriListSphereDecoder）算法,该算法考虑了先验信息项对预处理层排序和符号枚举排序的影响,有效地控制了先验信息项动态范围较大时,几何体搜索复杂度增加的现象;利用EXIT图讨论了输出外信息对数似然比限幅的最佳阈值;采用小于1的加权因子校正了正反馈（positivefeedback）和近似计算对外信息对数似然比产生的放大作用,补偿了放大效应导致的性能损失。理论分析和仿真表明:改进算法能降低传统MAP-LSD算法的复杂度,提高检测性能。论文第三部分针对OFDM系统中的信道估计问题进行了研究。在时变信道的条件下,论文设计了一种新的基于软信息迭代处理的自适应双模式转换信道估计器。为避免不准确软信息对面向软判决信道估计性能的影响,构造置信度量函数对重构软符号进行置信判断,置信度较高的软符号按照面向判决的模式重新估计信道,而对于置信度较低的软符号则基于EM（ExpectationMaximization）算法进行信道更新,这样的两种估计模式自适应结合能有效跟踪信道变化,大大节省导频。另一方面,基于自适应软入软出算法理论对OFDM系统中的APP（APosterioriProbability）信道估计器进行了分析和扩展,通过分析信道在时域的时间逆反状态方程,设计了时域双向信道估计器代替传统的单向维纳预测器（Wienerpredictor）进行信道估计。理论分析和仿真表明:设计的双向估计算法具有更强的理论完备性,而且较单向信道估计具有更好的性能。论文第四部分讨论了MIMO-OFDM系统中的信道估计问题。设计了一种改进的BayesianEM（BEM）信道估计器,利用软球形译码的搜索列表和信道译码器反馈的先验信息对传统EM信道估计中软信息近似处理进行了修正,获得了更为准确的软符号统计信息,提出了新的考虑符号互相关的信道冲激响应最大后验概率（MAP,Maximum-A-Posterioir）估计,互相关信息的加入使软信息利用更加充分,因此新的BEM算法具有较传统算法更好的估计性能。设计了MIMO-OFDM系统中基于变分Bayesian-EM（VBEM,VariationalBayesianExpectationMaximization）算法的联合信号检测与信道估计迭代接收机。和进行参数点估计的EM算法相比,VBEM算法能获得随机参数的分布估计,因此新算法能充分利用软符号和信道参数的统计信息。理论分析和仿真表明:基于VBEM的联合符号检测与信道估计算法能获得较传统算法更好的误码率性能。论文最后一部分考虑快时变条件下,MIMO-OFDM系统迭代接收机中的信道估计和频偏估计。设计了时变多径衰落条件下MIMO-OFDM系统中一种新的信道估计算法。该算法结合递归EM算法和Kalman预测对时变信道进行跟踪。递归EM算法序贯遍历软球形译码器产生的搜索列表估计各个子载波上的信道频率响应;基于获得的信道频率响应估计,Kalman预测器利用信道的时域二阶统计特性进一步跟踪信道时变。这种估计算法结合了空频域和时域的序贯处理,充分利用了迭代接收机中传递的软信息和信道统计信息,因此能达到优良的估计效果。设计了时变条件下一种新的联合信道和频偏估计算法,给出了参数估计和迭代接收的处理流程。在迭代的初始阶段,利用译码重构的软符号和Maclaurin展开近似表达式估计频偏,并按照最大后验概率准则估计信道;随着迭代的进行,频偏估计进一步逼近真实值,此时利用关于前一次频偏估计的Taylor展开近似表达式更新频偏,在Maclaurin近似计算的基础上进一步提高了估计性能。仿真结果表明:新算法有效解决了MIMO-OFDM系统中时变信道和频偏参数的估计问题,使迭代接收机获得良好性能。
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