高阶MIMO检测中的低复杂度软判决算法研究

新一代无线通信系统均采用了多流空分复用、高阶调制、高码率信道编码等技术以提高吞吐量。针对使用高阶调制的高阶MIMO（Multiple Input Multiple Output）系统,研究低复杂度的检测算法和软输出算法是降低接收机整体复杂度的关键一环。本文选定了复杂度低、易于硬件实现的K-Best为MIMO检测的搜索方法,在探讨了几种近似的次优计算算法基础上,提出了一种复杂度低、性能较好的K-Best软信息简化算法——限幅替代法。仿真结果表明,该方法无论是性能还是复杂度都全面占优。因此,适合用于新一代无线通信系统的MIMO软输出检测。     

基于分支定界和有效集的信号检测算法

大规模多输入多输出（multi-input multi-output,MIMO）系统中,随着天线数量的增多,现有传统信号检测算法在高阶调制时不能很好地平衡系统的检测性能和算法复杂度。为了解决以上问题,基于二次规划（quadratic programming,QP）检测器应用了有效集法和具有可变二分法的深度优先分支定界算法,提出了一种适用于大规模MIMO高阶调制系统的低复杂度检测算法,并提出了一种修剪策略和引入了近似因子,改善了系统性能,在复杂度和性能之间进行了更好地折中。复杂度分析表明,所提出算法复杂度比QP算法和二阶QP算法高,但比传统分支定界算法要低。仿真分析结果表明,在收发天线均为32的大规模MIMO场景下;在256QAM调制、误码率（bit error ratio,BER）为10^-4时,比传统分支定界算法提升了约3 dB的性能增益,验证了算法对高阶调制的适应性。     

大规模MIMO系统中软输出信号检测方法

为解决在上行多用户大规模多输入多输出(MIMO)系统中,迫零(ZF)检测算法可取得近似最优性能,但ZF检测算法涉及复杂度高达O(K3)的矩阵求逆运算(其中K为用户数)的问题,基于Lanczos算法提出一种软输出信号检测方法,避免了高阶矩阵求逆运算,使复杂度由O(K3)降为O(K2).该方法为了计算软输出信息——对数似然比(LLR),通过对基于Lanczos算法的迭代计算解向量的过程进行分析,给出了一种低复杂度的LLR近似计算方法.仿真结果表明:提出的软输出信号检测方法的误比特率(BER)性能与计算复杂度均优于基于Neumann级数近似的信号检测算法,同时,最多仅需5次迭代就可取得逼近于ZF检测算法的性能.     

一种低复杂度多输入多输出球形译码算法

针对多输入多输出（MIMO）系统接收机的软输出MIMO译码问题,提出了一种低复杂度的球形译码算法.该算法基于传统的Dijkstra球形译码算法,引入查找表机制和单树更新软值（LLR）的算法,改进Dijkstra球形译码进出栈的方法,减少系统的存储开销.在不降低系统性能的前提下,有效减少接收机的复杂度.仿真结果表明,在不同调制方式下,新的球形译码算法与最大似然（ML）译码算法性能几乎相同,同时算法复杂度大为降低.     

一种抗信道相关性的高效MIMO检测算法

多输入多输出(MIMO)技术作为新一代移动宽带通信的核心技术,面临着天线数目增大带来的系统增益和高信道相关性导致的检测误码之间的矛盾.对此提出一种新的格基规约(LR)辅助的K-Best算法,由于经LR处理后K-Best算法中每一个父节点的子节点不确定,本文采用基于需求的扩展方案扩展子节点,并基于候选最小堆的排序算法降低排序复杂度,平均时间复杂度从O(KN log2(KN))降低至O(K log2K),空间复杂度从O(KN)降低至O(K).并且针对经LR处理后,星座图不再是有限的所带来的检测误码,提出了一种越界控制方案提高检测的准确率.仿真结果表明,越界控制方案使得算法在高信道相关性下其误码率(BER)性能得到了3 d B的增益.并且本算法与最大自然ML算法仅有1 d B的差距,算法复杂度远小于ML算法,仅仅随着天线数呈线性增长,是一种适用于大规模天线系统的高效的MIMO检测算法.     

一种低复杂度的联合信号检测算法

空间调制(Spatial Modulation,SM)技术每一时刻只激活一根发送天线用于信息数据的传输,大大改善了传统多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)系统存在的问题.然而,SM系统的性能好坏多取决于接收端的信号检测算法.因此,为有效提高系统性能,在对现有的SM系统信号检测算法的优缺点进行分析的基础上,提出了一种联合信号检测算法.该算法将归一化最大比合并(Normalized Maximum Ratio Merging,NMRC)算法与拥有硬限判决条件的最大似然(Hard Limiting-Maximum Likelihood,HL-ML)算法相结合,取长补短,以达到既能保证系统最优检测性能又可以减小计算复杂度的目的.仿真结果表明,该联合算法的误比特率检测性能接近于最优检测算法,同时其计算复杂度被大大降低.     

有效逼近MIMO信道容量的软解调算法

针对Turbo-MIMO系统中基于最大后验概率(MAP)的软解调方案复杂度过高的问题,基于准最大似然相移键控(QML-PSK)检测以及比特级多流编码分层调制空时(LST)传输的思想,提出了一种适用于任意正交幅度调制(QAM)星座图且可逼近MIMO信道容量的低复杂度软解调算法及其接收机模型.该算法将求解外信息时的MAP问题转换成最大似然(ML)解调问题,然后使用高效的QML-PSK检测算法求解.然而QML-PSK检测算法仅适用于PSK信号的软解调,因此文中提出了一种QAM-PSK软解调算法,采用比特级多流编码LST传输技术将高阶QAM信号转化为PSK信号.理论分析和仿真结果表明,与现有最优的基于球形译码的软解调算法相比,QAM-PSK软解调算法能以不到其1/2的复杂度获得几乎相同的误码率性能,并且其低复杂度优势在问题维数增大时更为明显.     

基于可学习权重衰减的大规模MIMO信号检测

大规模多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)系统随着天线数的增加,信号检测的计算复杂度随之提高,使用更深层次的神经网络并不会显著提高检测性能,因此设计一种低复杂度、高性能的检测算法尤为重要.文中提出了一种基于深度神经网络的大规模MIMO信号检测算法.该神经网络基于投影梯度...     

基于EM算法的MIMO OFDM系统信道估计

针对慢时变频率选择性MIMO OFDM(Multiple Input Multiple Output Orthogonal Frequency Division Multi-plexing)系统,提出一种低复杂度的信道估计算法.文中所用方法是STBC(space-time block coded)MIMO OFDM系统中一种基于EM(Expectation Maximization)的自适应信道估计技术.仿真结果显示在慢衰落环境下,随着用户数的增加,最小均方误差性能没有损失.与RLS(Recursive Least-Squares)算法比较,本文所提出的方法利用了Alamouti STBC编码结构,从而降低了计算复杂度.     

基于子空间追踪的广义空间调制系统检测算法

广义空间调制(Generalized spatial modulation,简称GSM)技术在通信领域内受到了广泛的关注。在多输入多输出天线系统中,该技术仅激活部分天线,利用激活天线索引序号和天线上调制符号组合共同传输数据。众所周知,最大似然(Maximum Likelihood,简称ML)检测算法能够实现最优的检测性能。然而,随着发射天线数目的增加或者采用高阶调制方式,ML检测需要极高的计算复杂度,导致其无法在实际中应用。考虑到GSM信号的稀疏特性,文章将压缩感知理论应用于GSM系统的信号检测中,提出了一种低复杂度的基于子空间追踪的广义空间调制系统(SP-based)检测算法。仿真结果表明,所提出的检测算法较ML算法能够极大的降低计算复杂度,并实现较好的检测性能。     

一种用于电力线通信系统的改进MIMO检测算法

目前多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)技术已经被电力线通信(power line communication,PLC)系统采用,但由于MIMO PLC系统噪声呈非高斯分布而且各端口噪声之间存在相关性,故不能直接采用无线系统中的MIMO检测算法。采用了二元Middleton class A分布对MIMO PLC系统中噪声进行建模,提出了基于该噪声分布的最大似然检测改进算法,由于改进最大似然检测算法实现复杂度高,为了便于实现,进一步提出了用近似函数降低复杂度的2种次优的检测算法,优化了算法复杂度。仿真结果表明,与传统的基于高斯噪声分布的最大似然检测算法相比,提出的基于二元Middleton class A类噪声分布的信号检测算法在MIMO PLC系统能获得更好的性能。在性能损失较小的情况下,次优算法的复杂度明显低于最大似然检测改进算法。     

一种交织迭代无线多跳中继方案研究

在新一代无线通信系统中,迭代检测技术以其良好的性能得到广泛研究与应用.介绍了基于交织迭代的多用户检测算法,并将其引入多跳中继技术中,然后结合OFDM和MIMO技术对其性能进行仿真和分析.同时,设计了一种双时隙传输方案,其很好地克服相邻中继阶段传输时产生的自耦合干扰现象,使系统具有较高的空间分集效果,以及灵活性的系统架构、更强的传输能力.     

一种高效的V-BLAST最大似然检测算法

垂直分层空时码(V-BLAST)是贝尔实验室提出的一种多发射多接收天线(MIMO)结构无线通信系统,该系统具备较高频谱利用率和易于实现的特点.在V-BLAST检测算法中,最大似然算法有最好的检测性能,但它的算法复杂度最高.笔者提出了一种高效的V-BLAST最大似然检测算法,此算法在保证较高的检测性能的前提下大大减小了算法复杂度.     

空时码在MIMO系统下的性能比较

多输入多输出（MIMO）无线信道具有分集增益和空间增益,因此MIMO系统比单输入单输出（SISO）系统有更高的频谱利用率．本文分析了V—BLAST的几种经典的检测算法,并进行了仿真;仿真结果和理论分析表明：不同的天线组合和检测算法对MIMO系统的性能都有很大的影响,因此要从更全面的观点来分析空时码．     

一种新型可变半径的球形译码算法

在MIMO系统的信号检测算法中,球形译码算法的性能最接近最大似然检测算法,但传统的球形译码算法复杂度较高。详细分析了球形译码算法原理的基础上对传统算法进行改进,提出了一种新型可变半径的球形译码算法。仿真结果表明,新算法可以在保持译码性能的同时有效地降低运算复杂度,从而更适合现代无线通信实时性的要求。     

多输入多输出Volterra滤波均衡器设计

为了从带有噪声的输出信号中恢复出输入信号,研究了多输入多输出(MIMO)Volterra滤波均衡器的设计问题,并给出了具体的设计步骤．讨论了当使用p阶逼近Volterra滤波均衡器代替无限阶Volterra滤波均衡器时的收敛性及误差界．引进了MIMO Volterra滤波器局部l2稳定性的概念,利用多维z变换,给出了p阶逆的计算公式,然后研究了Volterra滤波均衡器的设计算法,并讨论了它的收敛性及误差界．仿真结果表明,所提方法不仅可以直接应用到多输入多输出系统,而且还可应用到阵列信号处理及无线通信系统中．     

宽带快衰落MIMO信道中高斯插值算法研究

对时变多输入多输出（MIMO）信道的估计和跟踪是实现MIMO系统接收端准确检测、解码等的前提。将低阶高斯插值算法应用于宽带Rayleigh快衰落MIMO信道，对其快速变化实现估计，与采用信道跟踪相比，该方案算法复杂度低，且易于实现。同时对该算法进行了仿真，分析了影响算法性能的主要因素。仿真和分析表明，高斯插值估计算法与单纯的最小二乘相比可以较好地反映快衰落信道的变化，较大地降低系统的估计误差，改善系统的性能。     

LR算法在MIMO-LAS-CDMA系统中的应用

在多入多出系统中,使用减格算法进行信号检测,如果结合多用户检测算法可以达到接近极大似然检测的性能。为了达到这个目的,给定多入多出系统的信道矩阵需要转化成一个正交的矩阵,以减小或消除信号检测过程中常规迫零算法对噪声的放大作用。为此,将减格算法与常规迫零检测算法结合,分析和仿真了接收机中使用减格辅助的迫零算法在M IMO-LAS-CDMA系统中的性能。仿真结果显示,使用这个新算法在复杂度开销增加不大的情况下,性能上超过了使用迫零算法接收机的系统。