Turbo-BLAST检测与自适应功率分配算法研究

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MIMO技术可以提高无线通信系统的链路可靠性和数据传输速率,当未知信道状态信息时,发射端采用空时编码、空分复用等技术,充分利用MIMO无线信道的分集和复用增益可以提高系统的性能。当已知全部或部分信道状态信息时,在发射端采用自适应天线选择和功率分配等技术可以提高系统的信道容量或改善系统的误比特率性能。在多用户环境下,还可以通过自适应资源分配技术,进一步改善系统的性能。本论文研究内容包括信道完全被估计和信道估计有误差两种情况下,Turbo-BLAST迭代检测技术、Turbo-BLAST系统的自适应功率分配和天线选择技术、基于CDMA技术的上行多用户Turbo-BLAST系统的解相关以及迭代检测算法,基于迫零准则的下行多用户Turbo-BLAST系统的自适应资源分配技术。论文的主要内容如下:   1.在研究传统Turbo-BLAST检测技术的基础上,针对信道估计有误差情况,提出了一种考虑信道估计误差的迭代检测算法,把信道估计误差和高斯自噪声的影响作为等效噪声,推导出等效噪声的方差,用信道估计矩阵进行基于软干扰抵消的迭代检测,可以在信道估计有误差时带来明显性能增益,同时没有过多的增加计算复杂度。   2.提出以信道容量为优化目标的自适应算法和对应的迭代检测算法。通过对MIMO信道进行奇异值分解,把MIMO信道分解为多个并行的子信道,发送端在总功率约束条件下,采用注水原理对各个并行的子信道进行功率分配,可以显著提高Turbo-BLAST系统的信道容量性能,在接收端,对接收信号进行基于软干扰抵消的迭代检测可以改善系统的误比特率性能。此外,在接收天线保持不变的情况下,适当增加发射天线数目,对其有选择地发送可以进一步提高系统容量。   3.提出以误比特率为优化目标的自适应算法和相应的迭代检测算法。首先针对信道完全被估计以及信道估计有误差两种情况,提出以误比特率为优化目标的自适应功率分配算法,发送端以误比特率为目标函数,在总功率约束的条件下,运用拉格郎日极值法来获得最佳的功率分配矩阵,在接收端对接收信号进行迭代检测,所提方案可适用于M-QAM和M-PSK等不同调制方式。通过发送端的自适应功率分配,可以显著改善系统的误比特率性能,而通过接收端的迭代检测,误比特率性能可以得到进一步改善。然后在接收天线保持不变的情况下,采用基于后验信干噪比的天线选择算法进行发送天线选择,可以进一步改善系统的误比特率性能。   4.构造了一种基于CDMA技术的多用户Turbo-BLAST系统模型,针对信道估计有误差情况,提出了考虑信道估计误差的解相关算法和相应的迭代检测算法。所提方案联合多用户检测和迭代检测思想,通过多用户检测可以消除用户间干扰,而通过迭代检测可去除天线间干扰。所提方案在解相关后的算法复杂度仅和期望用户的天线数目有关,而与活动用户数目没有关系,在没有明显增加计算复杂度的基础上,可以实现多用户复用,并通过接收端的迭代检测改善系统的误比特率性能。而对每个用户进行以误比特率为优化目标的自适应功率分配,则可以改善多用户Turbo-BLAST系统的误比特率性能。   5.提出一种基于迫零准则的下行多用户Turbo-BLAST系统模型,发送端采用迫零准则实现多用户复用,而接收端采用Turbo思想进行迭代检测。同时提出了以信道容量为优化目标的多用户调度算法和自适应功率分配算法,当系统中具有大量活动用户时,从所有要求接入的用户群中选择出一小部分用户,并对所选择的用户进行自适应功率分配。所提算法通过发送端的迫零波束成形可以实现多用户复用,而通过接收端的迭代检测可以获得较好的误比特率性能。
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