移动通信V-BLAST系统及检测算法研究 本文关键词：移动通信，算法，检测，研究，系统
移动通信V-BLAST系统及检测算法研究 本文简介：摘要：提高移动通信系统的容量是提高移动通信系统性能的目标之一。空时编码技术可以在一定衰落环境下提供高质量的编码符号，从而提高系统容量，因而在无线通信中得到了广泛的关注。贝尔实验室提出的垂直分层空时码系统（V-BLAST）是移动通信的一项重要技术，因其传输速率和频谱利用率都较高，已经开始在实际系统中应
移动通信V-BLAST系统及检测算法研究 本文内容：
摘要：提高移动通信系统的容量是提高移动通信系统性能的目标之一。空时编码技术可以在一定衰落环境下提供高质量的编码符号，从而提高系统容量，因而在无线通信中得到了广泛的关注。贝尔实验室提出的垂直分层空时码系统（V-BLAST）是移动通信的一项重要技术，因其传输速率和频谱利用率都较高，已经开始在实际系统中应用。基于此，笔者主要研究垂直分层空时码系统的模型构成和常用检测算法，并对各种检测算法的特点和性能进行分析，在此基础上对算法进行改进，将传统的定序干扰消除算法和极大似然相结合，对改进算法进行仿真。
关键词：V-BLAST；垂直分层空时码系统；MIMO；检测算法；定序串行干扰消除
近年来，移动通信用户越来越多，对移动通信业务的需求也越来越多样化，从一开始的语音业务到现在的音频、视频等多媒体业务，不断增加的音频、视频业务对频谱资源的需求也越来越大。如何提高频谱利用率一直是通信工程师考虑的问题。通信工程师采用信源编码技术、信道编码技术、调制解调技术和信号处理技术来提高频谱利用率。由于MIMO（多输入多输出）技术和V-BAST（空时编码）技术可以提高移动通信的系统容量和频谱利用率，被认为是新一代移动通信系统的关键技术。MIMO技术利用多径效应，将智能信道转化为矩阵信道。Foschini和Chuah[1]认为MIMO系统的频谱利用率可以达到20～40b/(s·Hz)。Foschini[1]等提出了分层空时码技术（BLAST），其基本原理是将输入的信息比特流分组，对每组信息流进行独立的编码和调制，然后使用频分多址技术或时分多址技术或码分多址技术进行发射；接收信号时，采用相应的技术将信号进行分离，再经过各自的解码器进行解码，得到各自的信号。Bell实验室对其提出的BLAST系统进行了室内实验，当系统的工作频率为1.9GHz,采用8个发射天线和12个接收天线发射100个符号时，20个训练符号的发送速率为24.3kb/s，8个发射端的符号流采用未编码的16QAM编码,可以达到了25.9b/(s·Hz)的频谱效率。本文首先介绍V-BLAST的系统模型和多输入多输出的简化信道模型，接着对多种垂直分层空时码系统的检测算法进行比较，在此基础上，采用传统的定序干扰消除算法和极大似然算法相结合的方法对V-BLAST系统性能进行研究和仿真。最后对V-BLAST系统中有待于进一步解决的问题提出研究展望。
1系统模型
移动通信系统的性能在很大程度上决定于无线信道的特性。单发单收系统无线信道的特性已经研究得很透彻，针对其各通信标准所采用的载频、带宽、环境等都有权威机构给出实测的信道模型。对于多天线信道而言，许多单天线的概念都被继承了下来，如路径传播损耗、阴影衰落、多径衰落损耗、长期衰落、短期衰落、相干时间、相干带宽、频率选择性衰落、平坦衰落[2]等,所采用的信道模型也基本都是单天线情况下的一些拓展。本文采用独立的慢衰落环境中的多输入多输出MIMO系统，假设发送端的天线数目为M，接收端端的天线数目为N。用hij表示从第j个发射天线到第i个接收天线的信道增益。（1）这里的N表示噪声：N=(n1,n2,……nN)T，它们的均值为0，方差σ2/2为独立复高斯随机变量。假设在一帧内信道的增益是固定不变的，帧和帧之间保持独立，在接收端已知信道参数。该系统的结构图如图1所示。系统工作流程如下。首先，一串信号流经串-并转换为M路子信号流，然后使用BPSK或QAM对各路子信号流进行调制；调制完成后，分别送到M个发射机，通过各自的天线发送出去。这里假设不论有多少个发送天线，系统的总发射功率是不变的，且总发射功率是平均分配到各个天线的。接收端共有N个接收天线，它们相互独立在同一条信道上工作，同时接收来自M个发送天线的信号。假设发送天线之间、接收天线之间完全不相关，且发送的数据也互相独立。V-BLAST系统中接收天线的个数一般要大于或等于发送天线的个数。
2检测算法
目前，对于V-BLAST系统有很多检测算法。例如Golden[3]给出了经典的Golden检测算法，该算法的思想与多用户检测中的串行干扰抵消算法类似，首先对信道矩阵求伪逆，然后进行排序，该算法复杂，难以实现。LiYuan[4]提出了一种并行检测算法，可以有效提高性能，但该算法要求发送天线个数和接收天线个数相同。本文以Golden算法为基础，将串行干扰抵消算法与最大似然算法相结合。在Golden算法中，V-BLAST接收端的每个接收天线同时接收同一频带的所有信号，这样M个发射信号都叠加在一起。对于第i个信号，其他发射天线发出的信号可以视为对第i个信号的干扰。检测算法就是要从叠加信号中检测出第i个信号，可以只使用迫零法来实现。Golden算法采用逐步检测相消来实现子信号流的区分和检测。算法过程如下：首先检测一个子信号，然后将此子信号从接收的叠加信号中消去，并对剩下的信号进行修正，再在修正的信号中检测出下一个子信号，依次类推，直到所有符号都被检测完为止。Golden算法需要考虑如何制定一个最佳的检测次序，一般按照信噪比的大小来制定检测次序，信号比最大的子信号被首先检测出来，然后消去这个信号，再对信号进行修正，再次检测出修正信号中信噪比最大的子信号，直到把所有信号检测完成为止。这种检测次序被称为极小极大次序(OptimalOrderDecisionFeedbackEqualization,OODFE)检测。Golden算法中子信号的检测采用迫零法。Golden算法需要对信道矩阵求M次伪逆，根据伪逆矩阵中的行向量范数的大小进行排序，流程图如图2所示[5]。极大似然（ML）算法是性能最优的算法，假定所有的未编码符号是等概率发射的，则极大似然算法选择下式成立的矢量作为发射信号的近似：（2）极大似然接收机的复杂度，是发射天线个数M的指数函数，即M增大，复杂度呈指数增加。因此，本文提出的将串行干扰抵消算法和极大似然算法相结合的算法，可以有效降低有复杂度。该算法的原理是将原来的一次消去1个子信号，改变为一次消去多个子信号[6]。其次，在接收到的混合信号中消去前k个子信号，再对剩下的M-K子信号继续使用OODFE检测算法，即r"=r-c1…kH1…k；2""11ˆargminMKMMKMcFcrHc−+−+=−；本算法要注意的是，K的取值问题，如果K值较小，检测的复杂度比较大，与Golden算法近似，但性能较好；如果K值较大，虽然可以降低检测的复杂度，但是性能会降低。
3仿真
本文设计了具有一个4个发射天线和4个接收天线的通信系统。该系统采用准静态瑞利衰落的信道，信道编码采用16QAM，系统发射10000帧符号，每帧120个比特。对接收端的符号分别采用OODFE检测算法和改进算法做了仿真，其性能如图3所示。从图3可以看出，当信噪比超过15dB时，改进算法的系统性能开始优于OODFE检测算法。随着信噪比的增加，改进算法的优势更加明显。4结语本文在分析V-BLAST系统几种不同的接收端检测算法后，提出了一种将串行干扰抵消算法和极大似然相结合的改进算法。仿真结果表明，本改进算法可以在一定程度上提高系统的性能。
作者：张莉 单位：南京大学金陵学院
移动通信V-BLAST系统及检测算法研究 来源：网络整理
免责声明：本文仅限学习分享，如产生版权问题，请联系我们及时删除。
相关文章