论文摘要
目前在无线高速宽带城域网技术IEEE802.16（WiMAX）、3GPP长期演进技术LTE和3GPP2超移动宽带UMB技术中,都采用MIMO技术来提高信道容量,增强频谱利用率;而MIMO检测分离经过MIMO信道的混合信号,是MIMO系统的关键技术之一。当前的检测算法主要包括线性检测算法、干扰抵消检测算法、改进的检测算法和球形译码算法。QRM-MLD-ASESS算法属于改进的选择干扰抵消的算法,兼顾性能和复杂度,性能接近最大似然（ML）算法,且算法复杂度有较大的灵活性,能够接近线性检测算法。本文主要研究MIMO无线通信系统中基于多选择干扰抵消的检测技术。文章简单介绍了各种MIMO检测算法及其性能仿真,重点描述了宽带无线通信系统中,可配置的MIMO检测模块的硬件设计和实现,并提出了优化的实现方案。本文首先介绍了新一代宽带无线通信系统WIMAX、LTE、UMB系统,以及MIMO技术在这些系统中的应用。然后描述了基于经典的MIMO系统结构――V-BLAST系统,介绍了包括最大似然、球形译码、迫零、最小均方误差和干扰消除等经典MIMO检测算法,阐明了这些算法的原理和准则,比较并分析了仿真结果。接着详细介绍了MLD、QRM-MLD和QRM-MLD-ASESS算法,并且比较了MMSE和这三种算法的复杂度,QRM-MLD-ASESS算法是一种性能较好且复杂度适中的算法。分析了采用FPGA实现的原因,并提出了算法的基本架构。最后,详细阐述了基于QRM-MLD-ASESS算法的可配置MIMO检测器的实现,定义了接口数据格式,详细描述了算法流程,给出了实现框图,并且给出定点化性能仿真,选取与浮点性能接近的定点位宽。针对每个模块的特点分别提出了FPGA的简化实现方案,通过迭代优化硬件资源,最终给出了硬件资源消耗列表。既满足了性能和资源需求,又支持可配置的功能。文章结尾对将来需要研究的一些技术点进行了总结和展望。
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摘要ABSTRACT第一章 绪论1.1 引言1.2 本文研究的技术背景1.3 本课题研究的意义1.4 本文的篇章结构第二章 新一代宽带通信系统及MIMO关键技术简介2.1 WIMAX无线接入系统2.2 3GPP LTE无线通信系统2.3 3GPP2 UMB无线通信系统2.4 MIMO部分的关键技术介绍2.4.1 MIMO技术简介2.4.2 MIMO的实现方法2.4.3 MIMO和AAS的比较2.4.4 MIMO方案的选择2.5 本章小结第三章 经典MIMO检测算法及性能仿真3.1 引言3.2 系统模型框架和信道模型3.2.1 V-BLAST系统简介3.2.2 MIMO系统的数学建模3.3 经典MIMO的检测算法的介绍3.3.1 最大似然检测算法3.3.2 线性检测算法3.3.3 干扰抵消检测算法3.3.4 改进检测算法3.3.5 球形译码算法3.4 经典MIMO检测算法的仿真及性能分析3.4.1 仿真平台介绍3.5 本章小结第四章 QRM-MLD-ASESS算法4.1 引言4.2 MLD算法4.3 QRM-MLD算法介绍4.4 QRM-MLD-ASESS算法介绍4.5 QRM-MLD-ASESS算法复杂度分析4.6 基于QRM-MLD-ASESS算法实现方案和架构分析4.7 本章小结第五章 QRM-MLD-ASESS算法的FPGA实现5.1 引言5.2 高性能MIMO检测器的需求及其实现难点分析5.3 基于FPGA实现的流程和技巧5.3.1 FPGA简介5.3.2 Verilog HDL简介5.3.3 流水线设计5.3.4 并行设计5.3.5 FPGA设计流程5.4 QRM-MLD-ASESS的QR分解的算法和实现5.4.1 QR分解数学原理5.4.2 基于Householder变换的算法5.4.3 Givens变换的算法5.4.4 Systolic Array 脉动矩阵实现QR分解5.5 QRM-MLD-ASESS的M搜索算法的算法和实现5.5.1 一级距离计算模块5.5.2 二级幸存符号排序模块5.5.3 二级累计分支度量计算模块5.5.4 比特对数似然比计算模块5.6 性能仿真和FPGA实现资源统计5.6.1 性能仿真及资源消耗5.6.2 本次设计优化和可配置总结5.7 本章小结第六章 结束语参考文献致谢攻读硕士学位期间已发表或录用的论文上海交通大学硕士学位论文答辩决议书
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