（电路与系统专业论文）mimo接收机技术与编码优化研究.pdf

、01i iyiillll1ll17ll6llliolllf14llh1llll5illll 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的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。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机构的学位 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了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：翊缓 日期：丝! ! ：f ! ! 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保留并向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以 公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇 编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论文注 释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名：堑! 绳盈 导师签名： 日期：丝! ! ! j ：! ! 日期：怂z ! ：! ! ! m i m o 接收机技术与编码优化研究 摘要 多输入多输出技术( m i m o ) 可在不增加带宽和发射功率的前提下成 倍提高无线通信系统的容量和频谱利用率，已成为当前广泛认同的支持 新一代无线通信高速率需求的一项关键技术。而m i m o 系统的性能很大程 度上取决于发射端信号设计与接收端的检测算法，因此，实现m i m o 潜在 增益的关键在于为发射端设计优化的信号传输形式，及在接收端设计低 复杂度高性能的接收机算法。基于此，本论文在国内外相关研究工作的 基础上，针对m i m o 系统接收机设计与编码优化进行了深入研究，主要取 得了以下研究成果： 1 针对一种高性能的增强型m m s e 检测( e m m s e ) 算法复杂度过高 问题，提出了两种低复杂度算法。算法1 根据矩阵求逆引理采用递推的 方法计算加权矩阵，降低了复杂度。算法2 采用预处理结合m m s e 滤波 的方法，在检测符号和计算输出比特对数似然比( u 且) 时考虑符号判决 误差的影响，并在干扰消除时去掉了判决误差均值，其复杂度相比 e m m s e 算法大大降低，其性能在低阶调制下与e m m s e 算法相近，在高 阶调制下优于e m m s e 算法。 2 提出了一种用于空时比特交织编码调制( m i m o b i c m ) 系统的低 复杂度迭代接收机方案。该方案在第一次迭代中采用线性最小均方误差 ( m m s e ) 滤波，而在随后的迭代中采用一种低复杂度m m s e 结合软干扰 消除( s i c ) 的算法来抑制残余干扰和噪声。该算法通过将软干扰消除后的 残余干扰和噪声的各分量近似为不相关的随机变量，使得在m m s e 滤波 时不必矩阵求逆，只需一些求倒数运算，不仅大大降低了计算复杂度， 而且容易实现。仿真证实该方案可以获得和传统的m m s e 结合s i c 的方案 几乎相同的性能。 3 针对迭代树搜索( i t s ) 检测算法在计算比特l l r 时需c l i p p i n g 而造 成系统性能下降问题，提出一种新的基于m 算法的软m i m o 检测方案( 称 为路径选择与延伸方案，记为p c e ) 。该方案通过合适的选取某些删除路 径，将这些路径保留并延伸为全长路径，可确保对每一比特都能计算其 l l r 而不必d i p p i n g ，并能提供可靠性高的l l r 值。文中给出了路径选取 的规则及延伸所选路径为全长的低复杂度方法。仿真结果表明所提算法 在相同复杂度下相比i t s 有更好的性能，因而达到更好的性能与复杂度的 折衷。 4 提出一种新的基于部分后验概率的软检测方案( 记为p a p p ) 。该方 案在树的每一级递推计算部分符号序列的后验概率，并基于此近似计算 从第1 级到该级的所有比特l l r ，再采用m 算法保留部分符号序列延伸至 下一级。考虑到某些比特l l r 会多次计算，给出了算法的一种低复杂度 实现方法。另外，还给出了一种计算符号序列后验概率的简单方法。仿 真结果表明该算法在同样的复杂度下性能优于i t s 。 5 以外信息转移( e 娜) 图为工具，研究了m i m o 系统中低密度奇偶 校验( l d p c ) 码与基于m 一算法的软m i m o 检测器的联合设计与优化。首 先，给出了基于m 一算法的检测器( 包括i t s 、p c e 、p a p p ) 的e x i t 分析。 发现由i t s 、p c e 的输出比特l l r 按照蒙特卡罗方法计算得到的外信息 转移曲线不是真正的e x i t 曲线，并分析了出现这种现象的原因；而对 p a p p ，可得到其真正的e x i t 曲线，进而可用于码的设计。接着，提出 一种新的l d p c 码度分布优化准则和方法。该算法可使内译码器与外译 码器的e x i t 曲线很好的匹配，并容易得到满足目标速率要求的l d p c 码； 同时，该算法能将度优化问题转化为线性优化问题来求解，计算简单， 容易实现。仿真结果表明，优化的l d p c 编码的方案相比规则l d p c 编 码的方案性能有很大的提高，表明了所提优化算法的有效性以及联合优 化的必要性。 关键词：m i m o 系统 迭代树搜索 e m m s e l d p c 码优化 m m s e s i c e x i t 分析 r e c e i v e rt e c h n o l o g i e sa n dc o d i n g o p t i m i 乙蜘0 nf o rm i m os y s t e m s a b s t r a c t m u l t i p l e - i n p u tm u l t i p l e - o u t p u t ( m i m o ) t e c h n o l o g yh a sb e e ni d e n t i f i e da st h em o s t d o m i n a n ts o l u t i o ni nf u t u r eb r o a d b a n dw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o ns y s t e m s ，b e c a u s ei th a st h e p o t e n t i a lo fa c h i e v i n gr e m a r k a b l yh i g hc h a n n e lc a p a c i t ya n ds p e c t r u me f f i c i e n c yi nr i c h s c a t t e r i n ge n v i r o n m e n t sw i t h o u ti n c r e a s i n gt h eb a n d w i d t ho rt r a n s m i t t e dp o w e r h o w e v e r , t h ep e r f o r m a n c eo ft h em i m os y s t e ms t r o n g l yd e p e n d so nt h es i g n a ld e s i g na tt h e t r a n s m i t t e ra n dt h ed e t e c t i o na l g o r i t h ma tt h er e c e i v e r ，a n dh e n c eo n eo ft h ek e yp r o b l e m s i sh o wt od e s i g na p p r o p r i a t e s i g n a l i n ga n dp r a c t i c a l r e c e i v e rs c h e m e st or e a l i z et h e p r o m i s e dc a p a c i t yg a i n m o t i v a t e db yt h eo b s e r v a t i o n ，t h i st h e s i si n t e n s i v e l yi n v e s t i g a t e s r e c e i v e rt e c h n o l o g i e sa n dc o d i n go p t i m i z a t i o nf o rm i m os y s t e m so nt h eb a s i so ft h e u p - t o d a t ei n t e r n a t i o n a l r e s e a r c hw o r k s ，a n d p r e s e n t s s o m en e wr e s u l t s t h em a i n c o n t r i b u t i o n sc a l lb es u m m a r i z e da sf o l l o w s ： 1 t oo v e r c o m et h ed r a w b a c ko ft h eh i g hc o m p l e x i t yo fa l le n h a n c e dm i n i m u mm e a n s q u a r ee r r o r ( e m m s e ) b a s e dd e t e c t i o na l g o r i t h m ，t w ol o w c o m p l e x t i yd e t e c t i o n a l g o r i t h m sa r ep r o p o s e d t h ef i r s to n ec o m p u t e st h ee q u a l i z e rm a t r i c e sb ya d o p t i n g r e c u r s i v em e t h o db a s e do nm a t r i xi n v e r s i o nf o r m u l a ，a n dc a nd e c r e a s et h ec o m p l e x i t yt o s o m ee x t e n t t h es e c o n do n e a p p l i e sp r e - p r o c e s s i n gc o m b i n e dw i t hm i n i m u mm e a ns q u a r e e r r o r ( m m s e ) f i l t e r i n g , t a k e st h es y m b o l sd e c i s i o ne r r o r si n t oa c c o u n ti nd e t e c t i n g s y m b o l sa n dc a l c u l a t i n gt h eb i tl o g - l i k e l i h o o dr a t i o s ( l l r s ) ，a n dr e m o v e st h ee x p e c t e d v a l u e so ft h ed e c i s i o ne r r o r sw h e np e r f o r m i n gi n t e r f e r e n c ec a n c e l l a t i o n t h ec o m p l e x i t yo f t h es e c o n da l g o r i t h mi s s i g n i f i c a n t l yl e s st h a nt h a to fe m m s ea l g o r i t h m m o r e o v e r , s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a t ，i t sp e r f o r m a n c ei sa l m o s tt h es a m ea st h a to fe m m s e a l g o r i t h mw h e nl o w o r d e rm o d u l a t i o n sa r ee m p l o y e d ，a n di sm u c hb e t t e rt h a nt h a to f e m m s e a l g o r i t h mw h e nh i g l l o r d e rm o d u l a t i o n sa r ee m p l o y e d 2 al o w - c o m p l e x i t yi t e m t i v er e c e i v e rf o rm i m ob i t - i n t e r l e a v e dc o d e dm o d u l a t i o n ( b i c m ) s y s t e m s i sp r o p o s e d i nt h ep r o p o s e ds c h e m e ，w e a p p l yl i n e a rm m s ef i l t e r i n gi n t h ef i r s ti t e r a t i o na n du t i l i z ean e wl o w - c o m p l e x i t ym m s ec o m b i n i n gw i t hs o f t i i n t e r f e r e n c ec a n c e l l a t i o n ( s i c ) i nt h ef o l l o w i n gi t e r a t i o n st os u p p r e s sr e s i d u a li n t e r f e r e n c e a n d n o i s e b ya d o p t i n gt h es t r a t e g yt h a tt h ed i f f e r e n tc o m p o n e n t so ft h er e s i d u a l sa n d t h e n o i s ea l ea p p r o x i m a t e db yu n c o r r e l a t e dr a n d o mv a r i a b l e sa f t e rt h es i c ，t h ec o m p l e x i t yo f t h ea l g o r i t h mc a l lb eg r e a t l yr e d u c e da n dt h ea l g o r i t h mc a l lb ee a s i l yp e r f o r m e da st h e m a t r i xi n v e r s i o nf o rm m s ei sn o tn e c e s s a r y c o m p u t e rs i m u l a t i o nr e s u l t sc o n f i r mt h a tt h e p r o p o s e ds c h e m ew i t hm u c hl o w e rc o m p l e x i t yc a na c h i e v ea l m o s tt h es a m ep e r f o r m a n c e a st h ec o n v e n t i o n a lm m s e c o m b i n i n gw i t hs i c 3 t oo v e r c o m et h ed i s a d v a n t a g eo ft h ed e g r a d e ds y s t e mp e r f o r m a n c eo ft h ei t e r a t i v e t r e es e a r c hf i r s ) d e t e c t i o nr e s u l t i n gf r o mt h ef a c tt h a ti tn e e d sl l rc l i p p i n gw h e n c a l c u l a t i o n gs o m eb i tl l r s ，an e wm - a l g o r i t h mb a s e ds o f t - m i m od e t e c t i o ns c h e m e ， c a l l e dp a t h - c h o o s i n g - e n t e n d i n g ( p c e ) a l g o r i t h m ，i sp r o p o s e d t h es c h e m ee n s u r e st h a tt h e l l rv a l u eo fe a c hb i tc a nb ec a l c u l a t e dw i t h o u tr e s o r t i n gt oc l i p p i n ga n dp r o v i d e sh i g h l y r e l i a b l eu l r ，b ya p p r o p r i a t e l yc h o o s i n gs o m ed i s c a r d e dp a t h s ，r e t a i n i n gt h e ma n d e x t e n d i n gt h e m t o f u l l l e n g t hp a t h s t h er u l e t oc h o o s es u i t a b l ed i s c a r d e dp a t h si s p r e s e n t e da n dt h el o w c o m p l e x i t ya p p r o a c ht o e x t e n dt h e mt of u l ll e n g t hi s g i v e n c o m p u t e rs i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h ep r o p o s e da l g o r i t h mc a np r o v i d em u c hb e t t e r p e r f o r m a n c et h a ni t sa n da c h i e v eg o o dp e r f o r m a n c e c o m p l e x i t yt r a d e - o f f 4 an e wp a r t i a la p o s t e r i o r ip r o b a b i l i t i e sb a s e ds o f td e t e c t i o n ，c a l l e dp 喳d b i s p r o p o s e d t h es c h e m er e c u r s i v e l yc a l c u l a t e st h eap o s t e r i o rp r o b a b i l i t i e so fp a r t i a ls y m b o l s e q u e n c e sa te a c hs t a g eo ft h et r e e ，b a s e do nw h i c ht h el l r so ft h o s eb i t sf r o mt h ef i r s t s t a g et ot h ec u r r e n to n ea l ea p p r o x i m a t e l yc o m p u t e d ，a n dt h e n ，b yu s i n gm - a l g o r i t h m ， r e t a i n sp a r t i a ls y m b o ls e q u e n c e sa n de x t e n d st h e mt ot h en e x ts t a g e c o n s i d e r i n gt h a tt h e l l r so fs o m eb i t sm a yb ee v a l u a t e ds e v e r a lt i m e s ，ar e d u c e d - c o m p l e x i t yi m p l e m e n t a t i o n m e t h o di sa l s og i v e n i na d d i t i o n ，as i m p l ea p p r o a c hf o rc a l c u l a t i n gt h eap o s t e r i o r p r o b a b i l i t i e so fs y m b o ls e q u e n c e si ss u g g e s t e d s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a t ，w i t hag i v e n c o m p l e x i t y , t h ep r o p o s e da l g o r i t h mc a n o b t a i nb e t t e rp e r f o r m a n c et h a ni t s 5 j o i n td e s i g na n do p t i m i z a t i o no fb o t hl o wd e n s i t yp a r i t yc h e c k ( l d p c ) c o d e sa n d m a l g o r i t h mb a s e ds o f td e t e c t o r si n c l u d i n gi t s ，p c ea n dp a p pi nm i m os y s t e m si s i n v e s t i g a t e dv i at h et o o lo fe x t r i n s i ci n f o r m a t i o nt r a n s f e r ( e x i t ) c h a r t s f i r s t ，w ep r e s e n t e x i ta n a l y s i sf o ri t s ，p c ea n dn 廿p w ei n d i c a t et h a tt h ee x t r i n s i ci n f o r m a t i o nt r a n s f e r c u r v e so fi t sa n dp c eo b t a i n e db ym o n t ec a r l os i m u l a t i o n sb a s e do no u t p u tl l r sa u r en o t t r u ee x i tc u r v e s ，a n dt h ee x p l a n a t i o nf o rs u c hp h e n o m e n ai sg i v e n w h i l e ，f o rp a p p ，t h e i v r o p t i m i z a t i o na p p r o a c ha n dt h ei m p o r t a n c eo ft h ej o i n to p t i m i z a t i o n k e yw o r d s ：m i m os y s t e m s ，e m m s e , m m s e s i c ，i t s ，l d p cc o d eo p t i m i z a t i o n ， e x i ta n a l y s i s v 摘要 目录 a b s t r a c t 目录 i v i 图目录。一。一i x 第一章绪论 l 1 1mim o 技术概述1 1 2m i m o 技术的研究进展。2 1 2 1m i m o 发射机技术2 1 2 2mim o 接收机技术8 1 3 论文的主要工作及章节安排1 5 1 4 本章参考文献：。1 7 第二章编码的v - b l a s t 系统中的低复杂度检测算法 3 1 2 1 引言3 1 2 2 基带信号模型3 3 2 3e m m s e 检测算法简介3 4 2 4 提出的低复杂度检测算法3 7 2 4 1 算法一3 7 2 4 2 算法二3 9 2 4 2 1 预处理3 9 2 4 2 2 符号估计与比特l l r 计算4 0 2 4 2 3 复杂度分析4 4 2 5 仿真结果4 5 2 6 本章小结4 8 2 7 本章参考文献：。4 8 第三章一种低复杂度m i m o b i c m 迭代接收机设计。 3 1 引言5 3 3 2t u r b o m i m o 原理5 4 3 2 1s t - b i c m 5 4 3 2 2 迭代接收机原理5 6 3 3m m s e s i c 原理5 7 3 4 新的低复杂度检测算法5 8 3 4 1 加权向量计算、符号估计及比特l l r 计算5 8 3 4 2 软符号估计及方差计算6 2 3 4 3 复杂度估计6 2 3 5 仿真结果。6 3 3 6 本章小结。6 6 3 7 本章参考文献：6 6 第四章基于路径选取与延伸的迭代树搜索检测 7 0 4 1 引言7 0 4 2m a p 与l t s 检测原理7 1 4 2 1 发射机与接收机结构7 1 4 2 2m a p 检测原理7 2 4 2 3i t s 检测原理7 3 4 2 3 1z f 预处理7 3 4 2 3 2m - 算法7 3 4 3 提出的新算法7 5 4 3 1 算法描述。7 5 4 3 1 1 路径选取的规则和方法7 5 4 3 1 2 路径延伸的方法7 6 4 3 2 无偏m m s e 预处理7 7 4 3 3 复杂度分析7 8 4 4 仿真结果与讨论。7 9 4 5 本章小结8 3 4 6 本章参考文献：8 3 第五章基于部分后验概率的软m i m o 检测算法 5 1 引言8 5 5 2 提出的算法8 5 5 2 1 算法描述8 6 5 2 2 无偏m m s e 预处理9 0 5 2 3 复杂度分析9 2 5 2 4 后验概率对数的简化计算9 2 5 3 仿真结果与讨论9 3 5 4 本章小结。9 6 5 5 本章参考文献：9 7 第六章基于m 算法的软m i m o 检测器的e x i t 分析及l d p c 码的设计优化9 8 6 1 引言9 8 6 2 系统描述。1 0 0 6 2 1l d p c 编码的m i m o 系统1 0 0 6 2 2l d p c 码1 0 1 6 2 3l d p c 编码m i m o 系统的迭代接收机结构。1 0 1 6 3 基于m - 算法的软m i m o 检测器的e x i t 分析1 0 2 6 3 1i t s 的e x i t 分析1 0 3 v 6 3 2p c e 的e x i t 分析。1 0 5 6 3 3p a p p 的e i t 分析1 0 7 6 4l d p c 码的设计优化1 1 0 6 4 1 内译码器的e x i t 函数1 1 0 6 4 2 外译码器的e x i t 函数1 1 2 6 4 3l d p c 码优化算法1 1 2 6 5 仿真结果1 1 7 6 6 本章小结1 1 9 6 7 本章参考文献：1 1 9 第七章总结与展望 7 1 论文工作总结1 2 3 7 2 展望1 2 4 致谢 发表或录用论文情况 l i 1 2 5 1 2 6 图2 51 6 q a m 调制下4 发4 收算法2 与e m m s e 算法f e r 性能比较4 7 图2 61 6 q i a m 调制下8 发8 收算法2 与e m m s e 算法f e r 性能比较4 8 图3 1 采用s t b i c m 与迭代接收机的m i m o 系统框图5 5 图3 2 新的低复杂度算法与m m s e s i c 算法的b e r 性能比较“ 图3 3 新的低复杂度算法与m m s e s i c 算法的b e r 性能比较。6 4 图3 4 新的低复杂度算法与m m s e s i c 算法的b e r 性能比较。6 5 图3 5 新的低复杂度算法与m m s e s i c 算法的b e r 性能比较。6 5 图3 - 6 新的低复杂度算法与m m s e s i c 算法的b e r 性能比较。6 6 图4 1 采用s t b i c m 与迭代接收机的m i m o 系统框图7 1 图4 2 路径延伸时采用p b m 与f b m 的性能比较8 0 图4 34 ( 擒m 调制下新算法与i t sb e r 性能比较。8 0 图4 41 6 q a m 调制下新算法与i t sb e r 性能比较8 1 图4 54 发4 收1 6 q a m 调制下新算法m = 8b e r 性能：8 2 图4 64 发4 收1 6 o a m 调制下n sm = 8b e r 性能8 2 图5 18 发8 收4 q a m 调制下新算法与i t sb e r 性能比较9 4 图5 24 发4 收1 6 q a m 调制下新算法与i t sb e r 性能比较9 4 图5 38 发8 收4 q a m 调制下n m = 4 的b e r 性能9 5 图5 48 发8 收4 q a m 调制下新算法m = 4 的b e r 性能9 6 图6 1 发射机结构1 0 0 图6 2 传统的迭代接收机结构1 0 1 图6 3 文献f 7 1 提出的迭代接收机结构1 0 2 图6 44 q a m 调制下i t s 的互信息转移曲线1 0 4 图6 5 由i t sc l i p p e d 与未c l i p p e d 的比特u 瓜计算所得平均互信息转移曲线 1 0 5 i x 图6 64 q m 调制下p c e 的互信息转移曲线。1 0 6 图6 7p c e 由经延伸计算的u 且与未经延伸所计算的u 且计算所得平均互信息转移 曲i 戋】【0 7 图6 84 c 淤m 调制下p a p p 的e x i t 曲线1 0 8 图6 - 9p a p p 在第所计算的u 且与前胁1 级计算的u 瓜的平均互信息转移曲线 1 0 9 图6 1 04 - q a m 调制下采用无偏m m s e 预处理时p a p p 的e x i t 曲线1 0 9 图6 1 11 6 c i a m 调制下采用无偏m m s e 预处理时p a p p 的e x i t 曲线1 1 0 图6 1 2 优化设计的非规则l d p c 编码的m i m o 系统的e x i t 图1 1 6 图6 1 3 规则( 3 ，6 ) l d p c 编码的m i m o 系统的e x i t 图1 1 6 图6 1 4 优化设计的非规则l d p c 编码系统与规则( 3 ，6 ) l d p c 编码系统的b e r 性能 t ：较1 1 8 图6 1 5 优化设计的非规则l d p c 编码系统与规则( 3 , 6 ) l d p c 编码系统的b e r 性能 步t ：较1 1 9 x 北京邮电大学博士论文 1 1m i m o 技术概述 第一章绪论 无线通信是当今科学技术发展中最活跃的领域之一，是通信产业中发展最快的一 部分。无线通信的飞速发展和广泛应用，极大地推动了社会经济的发展，改变着人们 的生活方式。而随着社会的发展和人们物质生活及精神生活水平的提高，人们对新的 无线传输容量的需求迅猛增长，新一代无线通信系统必须在有限的带宽内提供很高的 吞吐量才能满足人们日益增长的对高速数据通信的需求i l l 。 但是，可用来增加无线系统容量的传统资源是无线带宽和发射机功率，这两种资 源在现代无线网络的发展中受到非常严格的限制：无线带宽受到无线频谱资源的限 制；发射机功率受到电源功率的限制。这两种资源的增长速度无法跟上人们对无线通 信容量预期需求的增长速度。在这种情况下，迫切需要研究与开发能有效利用频谱资 源、提高频谱效率的新的传输技术及解决方案。 t e l a t a r t 2 l 和f o s c h i n i l 3 - 5 】等人的研究表明：在具有大量散射的无线衰落环境下，采 用多个发射天线和接收天线可以在不增加带宽或发射功率的前提下成倍提高无线通 信系统的信道容量。这种采用多个收发天线的系统称为多输入多输出( m i m o ) 系统， 其潜在信道容量近似与收发天线数目的最小值呈线性关系。这意味着：通过增加收发 天线数目可以大幅提高无线系统的频谱效率。实验进一步证实，贝尔实验室垂直分层 空时结构( v - b l a s t ) 在2 4 3 4 d b 的平均信噪比下可实现高达2 0 4 0 b p s h z 的频谱效率 c - s 。此后，m i m o 技术引起学术界与工业界的广泛关注，得到空前发展，成为当前 广泛认同的支持新一代无线通信高速率需求的一项关键技术l 引。 m i m o 信道容量的发现是信息理论的一次重大突破，对无线通信的系统结构、组 网与网络设计、分析方法、发射机和接收机信号处理技术、无线资源管理等各个方面 都产生了极其深远的影响【l o - 1 1 l ，催生了贝尔实验室分层空时结构( b l a s t ) 1 3 , 6 1 、空时 编码【1 2 】、空时预编码【1 3 1 5 】等一系列新颖的技术。这些技术已成功应用到当前和未来无 线通信系统的标准中，如w c d m a 、i e e e8 0 2 1 1 、8 0 2 1 6 和3 g p pl t e 等i l6 。，成为 现代无线通信系统的关键组成部分。 绪论 1 2m i m o 技术的研究进展 目前，世界各国学者对m i m o 系统的理论、性能、算法和实现等进行了广泛深入 的研究，涵盖单用户m i m o ( s u m i m o ) l r 丌、多用户m i m o 1 s l 、多小区多用户 m i m o 9 , 1 9 。2 1 】等各个方面，取得了丰硕的研究成果。与单天线系统相比，m i m o 系统 可提供分集增益、复用增益，阵列增益等，收发机技术是实现m i m o 潜在增益的关键 l 勿。这里我们主要介绍s u m i m o 系统中发射机未知信道信息情况下的空间复用、空 时编码及检测等收发机关键技术，特别是频率平坦衰落信道情况下的收发机设计。 1 2 1m i m o 发射机技术 ( 一) 接收机已知但发射机未知信道信息下的发射机技术 ( 1 ) 空间复用技术 空间复用技术能提供很高的信息传输率，通常采用分层空时结构( b l a s t ) 实现 【3 2 3 l 。该结构基本原理是：在发射端，信息序列串并变换成多个子序列，分别调制后， 按一定的方式分配给各发射天线，然后各天线用同一频带同时发射。根据编码方式及 符号流分配给发射天线的方式，可有多种分层空时结构，分述如下： a 垂直分层空时结构( v - b l a s t ) 为简化实现，最初的v - b l a s t 结构 6 - 8 1 没有使用信道编码。该结构首先将信息比 特流串并变换分成万r 个子流( 刀r 为发射天线数) ，然后各子流分别调制并直接从相应 天线发射；接收端采用迫零结合排序的串行干扰消除( z f - o s i c ) 算法来检测符号。 为提高抗干扰性能，可在上述结构中加入信道编码，此时又称为单外码分层空时 结构：信息比