（通信与信息系统专业论文）无线协同通信系统中的检测技术研究.pdf

摘要 摘要 多输入多输出( m u l t i i n p u tm u l t i o u t p u t ，m i m o ) 技术可以在不增加频谱资源和 发射功率的前提下极大提高无线通信系统的分集增益和频谱利用率，但m i m o 技 术带来巨大优势同时也产生了极大的接收机处理复杂度，寻求低复杂度高性能的 检测算法直是无线通信技术研究的热点问题。 由于能量、价格和尺寸等因素的限制，很难在移动终端配置多根天线，协同 通信( c o o p e r a t i v ec o m m u n i c a t i o n s ) 的提出解决了这一问题，它通过单天线终端在多 用户或多中继环境下共享自身天线从而构成虚拟m i m o 系统，提高系统的分集增 益和频谱利用率，同时提高了蜂窝小区边缘用户的性能和基站覆盖面积。 独立成分分析( i n d e p e n d e n tc o m p o n e n ta n a l y s i s ，i c a ) 是近年来出现的一种强 有力的数据分析工具，该算法可以在不知道源信号的分布和混合模型的情况下， 通过分析和处理已知源信号的混合信号来提取或恢复独立的源信号，其在无线通 信盲信号分离领域的应用已经开始引起人们的重视。 作为l t e ( l o n gt e r me v o l u t i o n ) 上行链路的多址接入方案单载波频分多址 ( s i n g l e 。c a r e e rf r e q u e n c y - d i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ，s c f d m a ) 是近年来提出的一种 既具备单载波系统功率峰均比，又具备多载波通信实现简单和资源调度灵活特性 的新型频分多址通信系统。因此基于s c f d m a 系统，设计合理的多用户协同传 输方案是一个值得考虑到问题。 本文从通信系统中的检测问题角度，先研究了低复杂度m i m o 检测技术，提 出了两种具有低复杂度均衡性质的协同s c f d m a 传输方案，最后提出协同通信 系统中基于i c a 的盲源信号分离算法。 第一章介绍了本文工作的研究背景和现状，指出了本文的主要内容和结构安 排。 第二章研究了三种低复杂度m i m o 检测算法：球形译码( s p h e r ed e c o d i n g ， s d ) 、c h a s e 检测和q r d m 检测算法，同时基于垂直分层空时编码( v e r t i c a l b e l l l a b o r a t o r i e s l a y e r e d s p a c e t i m e ，v b l a s t ) 系统，提出了一种衡量q r d - m 检测 算法运算复杂度的简单的方法，分析了各种算法的运算复杂度，并通过计算机仿 真讨论各种算法的性能，同时做纵向对比。 摘要 第三章提出了具有低复杂度均衡性质的协同s c f d m a 传输方案。首先阐述 了协同通信和s c f d m a 的相关概念；接着引申出了一种两用户协同单载波频域 均衡( s i n g l e c a r t i e rf r e q u e n c y d o m a i ne q u a l i z a t i o n ，s c f d e ) 传输方案；然后针对集 中式映射( l o c a l i z e df r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ，l f d m a ) 署i ：1 分布式映射 ( d i s t r i b u t e df r e q u e n c y d i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ，d f d m a ) 方式的s c f d m a 系统分 别提出了一种具有低复杂度均衡性质的两用户协同传输方案；最后通过计算机仿 真分析和研究了各协同传输方案的特点和误码率性能。 第四章首次提出了将i c a 算法应用到协同通信系统中，实现协同通信系统盲 源信号分离。首先介绍了四种i c a 算法：矩阵联合对角化算法( j o i n ta p p m x i m a t e d i a g i n a l i z a t i o no fe i g e n m a t r i x e s ，j a d e ) 、自适应分离算法( e q u i v a r i a n ta d a p t i v e s e p a r a t i o n v i ai n d e p e n d e n c e ，e a s i ) 、中值e a s i ( m e d i a n e q u i v a r i a n ta d a p t i v e s e p a r a t i o nv i ai n d e p e n d e n c e ，m e a s i ) 并i 快速独立分量分析( f a s t i c a ) ；然后给出了 两种分布式空时分组码( d i s t r i b u t e ds p a c et i m eb l o c kc o d e ，d s t b c ) 传输方案，并 基于以上方案，通过i c a 方法实现了协同通信系统的盲源信号分离。 论文最后部分总结了已有研究工作，并指出了下一步研究方向。 关键词：协同通信，独立成分分析，单载波频分多址，低复杂度检测 i i a b s t r a c t m u l t i - i n p u tm u l t i - o u t p u t ( m i m o ) t e c h n o l o g yc o u l da c h i e v eh i g hd i v e r s i t yg a i n a n ds p e c t r a le f f i c i e n c yw i t h o u tc o n s i d e r i n g a d d i t i o n a lb a n d w i t ha n dt r a n s m i s s i o np o w e r h o w e v e r , m i m ob r i n g sc o n s i d e r a b l ea d v a n t a g ef a c t o r s a sw e i ia sh i g hd e t e c t i o n c o m p l e x i t ya tt h er e c e i v e r h o wt of i n dl o w c o m p l e x i t yb u t l l i 曲p e r f o n n a n c ed e t e c t i o n 引g o r i t h m sh a sb e e nah o tt o p i ci nt h ew i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n r e s e a r c h i n ga r e a b e c a u s eo ft h el i m i t so ft h ep o w e r , s i z e , a n d h a r d w a r ec o m p l e x i t y , i ti sd i f f i c u l tt o c o l l o c a t em a n ya n t e n n a sa tt h em o b i l et e r m i n a l s c o o p e r a t i v e c o m m u n i c a t i o n sw a s p r o p o s e d ，w h i c he n a b l e ss i n g l e - a n t e n at e r m i n a l si nm u l t i p l eu s e r s o rr e l a y se n v i r 0 1 1 1 ：1 1 e 1 1 t t os h a r et h e i ra n t e n n a sa n dg e n e r a t e sav i r t u a lm i m o s y s t e m a tt h es 锄et i m e i tc a l l e x t e n dt h ec e l lc o v e r a g ea n d i m p r o v et h ec e l le d g ep e r f o r m a n c e i n d e p e n d e n tc o m p o n e n ta n a l y s i s ( i c a ) i sac o m p u t a t i o n a lm e t h o df o rs e p a r a t i n g am u l t i v a r i a t e s i g n a l i t sa p p l i c a t i o ni nb l i n d s i g n a ls e p a r a t i o no fw i r e l e s s c o m m u n i c a t i o n sh a sb e g u nt ob ea t t a c h e di m p o r t a n c e s i n g l e c a r r i e rf r e q u e n c y - d i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ( s c f d m a ) i san e w m u l f i p l e a c c e s ss c h e m et h a th a sb e e na d o p t e di n l o n gt e r me v o l u t i o n ( l t e ) u p l i n k i ti s p r e t b 玎e df o ru p ! i n kc o m m u n i c a t i o n sb e c a u s eo fi t sl o wp e a k 。t o a v e r a g ep o w e rr a f t o ( p a p r ) ，a n dw i t ht h es a m em e r i t sa sm u l t i c a r r i e rc o m m u n i c a t i o ns y s t e n l s ，s u c ha s s l m p l es t r u c t u r ea n df l e x i b l er e s o u r c es c h e d u l i n g h o wt od e s i g n “冶s o n a b 】em u 石u s e r c o o p e r a t i v et r a n s m i s s i o ns c h e m e si sw o r t h yo f r e s e a r c h i n g i n t h i s d i s s e r t a t i o n ，c o n s i d e r i n g t h e d e t e c t i o n t e c h n o l o g y i n w i r e l e s s c o m m u n l c a t l o ns y s t e m s ，w er e s e a r c ho nt h el o w c o m p l e x i t yd e t e c t i o na l g o r i t h m s i n m i m os y s t e m s ，u s ei c aa l g o r i t h m si nc o o p e r a t i v ec o m m u n i c a t i o ns y s t 锄s 南rb i n d s l g n a j s e p a r a t i o n ，a n dp r o p o s et w o c o o p e r a t i v et r a n s m i s s i o ns c h e m e sw i t h l o w 。c o m p l e x i t ye q u a l i z a t i o ni ns c f d m as y s t e m s t h i sd i s s e r t a t i o nc o n s i s t so ff i v ec h a p t e r s i n c h a p t e ro n e , t h eb a c k g r o u n da n d c u l t e ms i t u a t i o no ft h e r e a s e a r c h i n ga r e aa r ei n t r o d u c e d m o r e o v e r ，t h em a i nw o r k sa n d c o n t r i b u t e so ft h i sd i s s e r t a t i o na r es u m m a r i z e d i i i i nc h a p t e rt w o t h r e el o w c o m p l e x i t yd e t e c t i o na l g o r i t h m sf o rm i m os y s t e m sa r e 咖d i e d s u c ha ss p h e r ed e c o d i n g ( s d ) ，c h a s ed e t e c t i o n ，a n dq r d - md e t e c t i o n a l g o r i t h m s b a s e d o nv e r t i c a l b e l ll a b o r a t o r i e s l a y e r e d s p a c e t i m e ( v b l a s t ) s v s t e m s ，as i m p l em e t h o dt o m e a s u r et h ec o m p u t a t i o n a lc o m p l e x i t yo fq r d - m d e t e c t i o na l g o r i t h mi sp r o p o s e d a n dt h e n w ed i s c u s sa n dc o m p a r e t h ep e r f o r m a n c eo f t h e s ea l g o r i t h m st h r o u g hs y s t e ms i m u l a t i o n s i n c h a p t e rt h r e e ，t w o k i n d so f c o o p e r a t i v e t r a n s m i s s i o ns c h e m e sw i t h l o w c o m p l e x i t ye q u a l i z a t i o n i ns c - f d m as y s t e m sa r ep r o p o s e d f i r s to fa l l ，t h e c o n c e p t i o no fc o o p e r a t i v ec o m m u n i c a t i o n sa n ds c f d m aa r ei n t r o d u c e d s e c o n d l y ，a t w o u s e rc o o p e r a t i v et r a n s m i s s i o n s c h e m ei n s i n g l e c a r d e rf r e q u e n c y - d o m a i n e q u a l i z a t i o n ( s c f d e ) s y s t e m si sp r o p o s e d t h i r d l y ，b a s e do n l o c a l i z e df r e q u e n c y d i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ( l f d m a ) a n dd i s t r i b u t e df r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e a c c e s s ( d f d m a ) s y s t e m s ，w ep r o p o s e dac o o p e r a t i v et r a n s m i s s i o ns c h e m e sw i t h 1 0 w c o m p l e x i t ye q u a l i z a t i o n ，r e s p e c t i v e l y f i n a l l y ，t h r o u g hs y s t e m s i m u l a t i o n s ，w e a n a l y z et h ec h a r a c t e r i s t i c sa n dc o m p a r ew i t ht h ep e r f o r m a n c eo f t h e s es c h e m e s i nc h a p t e rf o u r , u s i n gb l i n ds i g n a ls e p a r a t i o nt e c h n o l o g y 。l - i c ai nc o o p e r a t i v e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m si ss t u d i e d f i r s t l y , w ei n t r o d u c et h r e ei c aa l g o r i t h m s ：j o i n t a p p m x i m a t ed i a g i n a l i z a t i o n o f e i g e n m a t r i x e s ( j a d e ) ，e q u i v a r i a n t a d a p t i v e s e p a r a t i o n v i ai n d e p e n d e n c e ( e a s i ) ，m e d i a n e q u i v a r i a n ta d a p t i v es e p a r a t i o nv i a i n d e p e n d e n c e ( m e a s i ) ，a n df a s t i c aa l g o r i t h m s t h e n ，t w o k i n d so fd i s t r i b u t e ds p a c e t i m eb l o c kc o d e ( d s t b c ) s y s t e m sa r ei n t r o d u c e d f i n a l l y ，b a s e do nt h e s es c h e m e s ， t h e s ei c aa l g o r i t h m sa r eu s e di nc o o p e r a t i v ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m sf o r b l i n ds i g n a l s e p a r a t i o n f i n a l l v ，s o m ec o n c l u s i o n so ft h ed i s s e r t a t i o na r ed r a w n ，a n dt h ef u r t h e rr e s e a r c h i s s u e sa r ep o i n t e do u t k e y w o r d s ：c o o p e r a t i v e c o m m u n i c a t i o n s ，i n d e p e n d e n tc o m p o n e n t a n a l y s i s ， s i n g l e c a r d e rf r e q u e n c y d i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ，l o wc o m p l e x i t y d e t e c t i o n i v 图目录 图目录 图1 1全文的研究思路和结构4 图2 1 v - b l a s t 系统模型一6 图2 2 球形译码算法的几何表示8 图2 3 c h a s e 检测算法模型一9 图2 4q r d - m 算法流程图12 图2 5 球形译码算法在v - b l a s t 系统中误码率1 4 图2 - 6c h a s e 检测算法在v - b l a s t 系统中误码率1 5 图2 7q r d - m 检测算法在v - b l a s t 系统中误码率1 6 图2 8 低复杂度m i m o 检测算法误码率比较17 图3 1a f 协同模型2 0 图3 2s c f d e 和o f d m 系统结构一2 2 图3 3s c 。f d m a 和o f d m a 系统原理2 4 图3 4d f d m a 和l f d m a 子载波映射方式2 5 图3 5d f d m a 和l f d m a 模式频谱2 5 图3 - 6两用户协同系统模型2 8 图3 7两用户协同d f d m a 传输方案系统框图3 2 图3 8相同频谱利用率条件下多种传输方案误码率3 7 图3 - 9 用户间信道为赖斯分布的协同d f d m a 方案误码率3 8 图3 1 0 用户间信道不同分布的d f d m a 协同方案误码率一3 9 图3 11 两用户协同l f d m a 传输方案系统框图4 0 图3 1 2l f d m a 中丢弃又：( o ) 对误码率的影响4 3 图3 1 3 用户1 发射信号和被用户2 转发信号瞬时频谱4 4 图3 1 4 相同频谱利用率条件下多种传输方案误码率4 5 图3 1 5 用户间信道为赖斯分布的协同l f d m a 方案误码率4 6 v i i 图目录 图4 1i c a 算法模型4 8 图4 2 单中继d s t b c 方案5 2 图4 3j a d e 算法在单中继d s t b c 系统中误码率5 4 图4 4e a s i 算法在单中继d s t b c 系统中误码率5 4 图4 5m e a s i 算法在单中继d 二s t b c 系统中误码率5 5 图4 6f a s t i c a 算法在单中继d s t b c 系统中误码率5 6 图4 7 两中继d s t b c 方案5 7 图4 8j a d e 算法在两中继d s t b c 系统中的误码率5 9 图4 9e a s i 算法在两中继d s t b c 系统中的误码率5 9 图4 1 0m e a s i 算法在两中继d s t b c 系统中的误码率6 0 图4 1 1f a s t i c a 算法在两中继d s t b c 系统中的误码率6 1 v i i i 表目录 表目录 表2 1c h a s e 检测算法复杂度分析1 4 表2 2m = n = 4 ，c h a s e 检测算法运算次数15 表2 3q r d - m 检测算法运算复杂度比较l7 表3 1时隙1 、2 两用户交换信号2 9 表3 2时隙3 、4 用户向基站发送信号2 9 表4 1中继节点处理方式5 7 i x 缩略词表 3 g p p a f a p s a w g n b e r b p s k c c c p c r c c s i d f d m a d f t d s t b c d s f b c e a s i f a s t i c a f d m a f f t i c a i d f t i f f t i p s i s i j a d e l f d m a 缩略词表 3 r dg e n e r a t i o np a r t n e r s h i pp r o j e c t a m p l i f y - a n d f o r w a r d a v e r a g ep o w e rs c a l i n g a d d i t i v e 、孙i t eg a u s s i a nn o i s e b i te r r o rr a t i o b i n a r yp h a s es h i rk e y i n g c o d e dc o o p e r a t i o n c i r c l ep r e f i x c y c l i cr e d u n d a n c yc h e c k c h a n n e ls t a t ei n f o r m a t i o n d i s t r i b u t e df r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e a c c e s s d i s c r e t ef o u r i e rt r a n s f o f i n d i s t r i b u t e ds p a c et i m eb l o c kc o d e d i s t r i b u t e ds p a c ef r e q u e n c yb l o c kc o d e e q u i v a r i a n ta d a p t i v es e p a r a t i o nv i a i n d e p e n d e n c e f a s ti n d e p e n d e n tc o m p o n e n ta n a l y s i s f r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s f a s tf o u r i e rt r a n s f o r m i n d e p e n d e n tc o m p o n e n ta n a l y s i s i n v e r s ed i s c r e t ef o u r i e rt r a n s f o r m i n v e r s ef a s tf o u r i e rt r a n s f o r m i n s t a n t a n e o u sp o w e rs c a l i n g i n t e r - s y m b o li n t e r f e r e n c e j o i n ta p p m x i m a t ed i a g i n a l i z a t i o no f e i g e n m a t r i x e s 第三代合作伙伴计划 放大前传 平均能量缩放 加性白高斯噪声 误码率 二进制相移键控 编码协同 循环前缀 循环冗余校验 信道状态信息 分布式频分多址 离散傅立叶变换 分布式空时分组码 分布式空频分组码 自适应分离算法 快速独立分量分析 频分多址接入 快速傅立叶变换 独立成分分析 离散傅立叶反变换 快速傅立叶反变换 。瞬时能量缩放 符号间干扰 矩阵联合对角化算法 l o c a l i z e df r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s集中式频分多址 x 缩略词表 l t e m e a s i m i m o m l m m s e m - q a m m r c o f d m 0 f d m a p a p r q a m q p s k s c f d e s c f d m a s n r s i n r s d s t b c s f b c v b l a s t l o n gt e r me v o l u t i o n m e d i a n e q u i v a r i a n ta d a p t i v es e p a r a t i o nv i a i n d e p e n d e n c e m u l t i - i n p u tm u l t i - o u t p u t m a x i m u ml i k e l i h o o d m i n i m u mm e a n s q u a r ee r r o r m a r yq u a d r a t u r ea m p l i t u d em o d u l a t i o n m a x i m u mr a t i oc o m b i n g o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x o r t h o g o n a l f r e q u e n c y d i v i s i o n m u l t i p l e a c c e s s p e a k - - t o a v e r a g ep o w e rr a t i o q u a d r a t u r ea m p l i t u d em o d u l a t i o n q u a d r a t u r ep h a s es h i f tk e y i n g s i n g l e - c a r r i e rf r e q u e n c y - - d o m a i ne q u a l i z a t i o n s i n g l e - c a r r i e rf r e q u e n c y - d i v i s i o nm u l t i p l e a c c e s s s i g n a l - t o - n o i s er a t i o s i g n a lt oi n t e r f e r e n c ep l u sn o i s er a t i o s p h e r ed e c o d i n g s p a c et i m eb l o c kc o d e s p a c ef r e q u e n c yb l o c kc o d e v e r t i c a l - b e l ll a b o r a t o r i e s l a y e r e ds p a c e t i m e 长期演进 中值e a s i 多输入多输出 最大似然 最小均方误差 肘进制正交幅度调制 最大比合并 正交频分复用 正交频分多址接入 峰值平均功率比 正交幅度调制 正交相移键控 单载波频域均衡 单载波频分多址接入 信噪比 信干比 球形译码 空时分组码 空频分组码 垂直分层空时编码 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名：盏! 跫望 日期：阳卜年岁月日 论文使用授权 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：笾咀堂 导师签名： 捌础 日期：k f 均年r 月“日 第一章绪论 1 1研究背景与现状 第一章绪论 随着计算机技术、微电子技术和半导体技术的发展，无线通信技术得到了广 泛的应用和飞速的发展。未来宽带蜂窝移动通信将同新一代宽带无线接入系统、 短距离互联系统以及自组织无线网络共同组成融合的、泛在的新一代宽带无线移 动通信网络，实现高质量、高速率、支持多业务和无缝覆盖的全球移动多媒体传 输功能 】- 3 1 。 面对无线通信美好发展前景同时，也面临了众多需要克服的技术难题。这些 难题突出表现在多径衰落、时延扩展、多址干扰和远近效应等【4 卜 6 1 。其中多径衰落 是由于传输信号受无线传播环境的影响，在电波的传播路径上产生了反射、绕射 和散射等效应引起的。 针对以上问题，多种新型无线通信传输技术应运而生，并得到了深入的研究 和讨论，如多天线技术、协同中继技术和单载波多载波多址技术等。多输入多输 k b ( m u l t i i n p u tm u l t i o u t p u t ，m i m o ) 7 】【8 通过接收端或和发射端配置多根天线，并 认为天线间信道服从互相独立的瑞利衰落分布，通过接收信号的分集合并处理将 多径效应转变为有利因素，可以在不增加带宽和发射功率的情况下很大程度上提 高通信系统的容量和频谱利用率。m i m o 系统带来巨大优势同时，也产生了极大 的接收机检测复杂度【9 】。众所周知，最大似然( m a x i m u ml i k e l i h o o d ，m l ) 检测算法 是最优的检测方法，能够完全获得接收分集增益，但是其运算复杂度与调制阶数 和发射天线数的乘积成指数关系，复杂度过高，不易于实现。研究低复杂度高性 能的检测算法一直是m i m o 技术研究领域的热点。 受能量、价格和尺寸等因素的限制，在移动终端配置多根发射天线的设想是 很难实现。一种虚拟m i m o 技术协n n _ 信( c o o p e r a t i v ec o m m u n i c a r l o n s ) 1 0 】【l l 】 解决了这一限制，它通过单天线终端在多用户或中继环境下通过共享它们的天线， 从而提高分集性能。通信系统的性能很大程度上决定于对系统传输信道的准确估 计，传统获得信道信息的方法是添加合理的导频符号。相比传统的m i m o 系统， 协同通信系统信道环境更为复杂，从而很难设计合理的导频信息，同时导频的添 电子科技大学硕士学位论文 加降低了系统频谱利用率和传输速率。另外某些特殊需求的通信系统要求在未知 信道信息情况下实现源信号的检测。为了解决以上问题，作者首次提出将独立成 分分析( i n d e p e n d e n tc o m p o n e n ta n a l y s i s ，i c a ) t 1 2 】- 【1 4 1 应用到协同通信系统中，实现 协同通信系统的盲源信号分离。 在宽带无线通信传输环境中，正交频分复用( o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i y i s i o n m u l t i p l e x i n g ，o f d m ) t 1 5 】通过将频率选择性衰落信道转换为频率平坦性衰落信道， 从而克服由于高速数据传输需求下符号间干扰问题。o f d m 带来优越性能的同时 也带来了严重的高峰值平均功率比( p e a k t o a v e r a g ep o w e rr a t i o r ，p a p r ) 1 6 j 问题， 降低了移动终端设备功率利用率。单载波频域均衡( s i n g l e c a r r i e rf r e q u e n c y d o m a i ne q u a l i z a t i o n ，s c f d e ) 1 7 】【1 8 】技术具有较低的p a p r ，同时能够有效的对抗 信道的频率选择性衰落，实现高速率、大容量的通信传输 19 】。其对应的多址接入 方案单载波频分多址( s i n g l e - c a r t i e rf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e a c c e s s ， s c f d m a ) t 2 0 】- 【2 1 】技术是通过采用单载波调制和频域均衡一种多址传输技术，在克 服p a p r 问题同时能取得和o f d m 技术相同的性能，已成为3 g p p ( 3 r dg e n e r a t i o n p a r t n e r s h i pp r o j e c t ) 长期演进( l o n gt e r me v o l u t i o n ，l t e ) 上行接入方案讨论的热点 2 2 1 - 2 5 1 o 目前关于s c f d e 和s c f d m a 系统中的协同传输方案设计问题讨论甚少，而 且主要集中在窄带协同通信向宽带环境下发射方案的扩展，如文献 2 6 和 2 7 分别 提出了基于分布式空时分组码( d i s t r i b u t e ds t b c ，d s t b c ) 禾h 分布式空频分组码 ( d i s t r i b u t e ds p a c e f r e q u e n c yb l o c kc o d e ，d s f b c ) ，至今还没有文献关注协同环境 下接收机检测面临的更高运算复杂度问题。如何构建具有低复杂度均衡性质的多 用户s c f d m a 系统引起了作者的关注。 1 2 课题来源与本文工作 本文课题来源于作者所在实验室承担的国家基础研究重大项目“编码调制协 同传输理论”( 9 7 3 项目，编号2 0 0 7 c b 31 0 6 0 4 ) 、自然科学基金青年科学基金“多用户 m i m o 无线通信中的容量域、多用户空时预编码方法及其应用研究”( 编号 6 0 7 0 2 0 7 3 ) 、企业合作项目“m i m o 无线系统的空时编码与检测技术研究”( 编号 k 0 7 2 8 0 1 4 ) ，以及作者赴西班牙瓦伦西亚理工大学e p s a g a t a c a 实验室参与的 合作研究项目西班牙高校科研项目“无线通信系统中的盲源分离技术i c a 方法应用与研究”。 第一章绪论 本文围绕无线通信系统接收机信号检测问题，首先研究了m i m o 系统中多种 低复杂度检测算法，即球形译码( s p h e r ed e c o d i n g ，s d ) 【2 8 】f 2 9 1 、c h a s e 检测【3 0 】和 q r d - m 检测算法【”】，并基于垂直分层空时编码( v e r t i c a l b e l l l a b o r a t o r i e s l a y e r e d 。s p a c e t i m e ，v - b l a s t ) 3 2 系统，提出了一种衡量q r d - m 检 测算法运算复杂度的简单的方法，通过计算机仿真研究和分析了低复杂度m i m o 检测技术误码率性能和复杂度，并对性能做纵向比较；然后从接收机均衡算法的 运算复杂度最低的前提下，基于两种映射方式下的s c f d m a 系统【2 0 】：分布式频 分多址( d i s t r i b u t e df r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ，d f d m a ) 矛n 集中式频分多址 ( l o c a l i z e df r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ，l f d m a ) ，分别提出了对应的具有 低复杂度均衡性质的两用户协同传输方案；最后本文提出将i c a 方法引入协同通 信系统中，研究了多种i c a 算法在协同通信系统中的性能：快速独立分量分析 ( f a s t i c a ) ”j 、矩阵联合对角化算法( j o i n ta p p m x i m a t ed i a g i n a l i z a t i o no f e i g e n m a t r i x e s ，j a d e ) 3 3 j 、自适应分离算法