基于空间复用的LTE系统中信号检测算法研究

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LTE(Long Term Evolution)是未来移动通信的一个主流通信系统,采用多输入多输出(MIMO,multiple-input multiple-output)技术,将高速的数据传输分解为多条低速的子数据流,从不同的天线发送出去,极大的提高了系统容量。由于在接收端每个天线上收到的信号都是发送信号在频域和时域的叠加,因此采用合适的检测算法才能恢复出各个天线上的发送信号,检测算法性能的好坏和复杂度的高低是影响其用于实际通信系统的一个重要因素。本文结合理论研究与MATLAB仿真,根据现阶段研究热门的干扰消除的MMSE和球型检测算法,提出了双向检测的MMSE检测算法和基于固定阈值做可靠性判断的球型检测算法,仿真表明,这两种改进算法都在原算法的基础上提高了性能。本文的主要工作包括:首先,根据LTE系统干扰消除的MMSE检测算法,提出了一种双向检测的MMSE改进算法。该算法利用MMSE算法检测过程中不同的接收数据层具有不同的可靠性原理,首先从第一层向后逐项检测,直到检测到Nt层,将得到的Nt/2至Nt数据层的值保留;同时,再从第Nt层向第一层开始逐项检测,将最后检测得到的1至Nt/2数据层值保留。再对两边得到的检测值进行综合,得到可靠性较高检测值。由于该算法在运算过程中对传输矩阵不断进行更新,传输矩阵的秩不断减小,传输矩阵的相关性降低,系统中等效的信噪比不断提高,因此系统的容量也获得了提升。仿真结果表明,该算法在信噪比为10dB时,误码率性能比MMSE检测算法提高了3dB,系统容量比MMSE算法提高了5bit/s/Hz。其次,根据球型检测算法复杂度高的问题,提出了一种基于固定阈值判断的球型检测算法ZF-SD。该改进算法以迫零检测结果为基准,将基于迫零检测结果的半径选择方法和可靠性判断准则引入到球型检测算法之中。首先采用复杂度低的迫零检测算法获得检测结果,然后对迫零检测结果做可靠性判断,若可靠性满足阈值,则采用迫零检测结果做最终检测结果,若可靠性不满足阈值,则采用基于迫零检测结果选择半径的球型检测算法做最终的检测结果。通过理论推导证明了将基于迫零检测结果的半径选择方法和可靠性判断准则引入到球型检测算法的可行性。仿真结果表明,在信噪比大于10dB时,ZF-SD算法误码率与球型译码算法基本保持不变,但复杂度却比球型检测算法降低了30%。最后,利用MATLAB中的GUI固件搭建了LTE检测的软件仿真平台,最终可以通过界面上的按键来控制程序的选择、执行、天线个数的选择等,比较方便地比较各个算法之间的差异。以具体的实例说明了本软件平台实现的过程及仿真得到的结果。使用该仿真平台,简化了参数的优化,可以实现人机交互,也为后续的研究提供了极大的便利。
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