基于V-BLAST的MIMO信号检测算法.doc

基于V-BLAST的MIMO信号检测算法摘要：本文主要介绍了v-blast系统的基本原理和信号检测算法,重点对v-blast解码算法的计算复杂度与检测性能进行了研究。关键词：v-blast mimo 信号检测 算法中图分类号：tn925文献标识码：a文章编号：1007-9416(2012)02-0130-02abstract:the basic principle of v-blast system and signal detection algorithms are introduced in this article, in which computational complexity and dtection performance of v-blast decoding algorithm are specially researched.keywords:v-blast mimo signal detection algorithm1、引言blast mimo方案是一种典型的、用于追求数据速率最大化的空分复用(sdm:space division multiplexing)传输方案。在众多的mimo传输方案中，追求数据速率最大化的v-blast传输方案（又称为分层空时码，layered space-time code）以及追求分集增益最大化的stbc传输方案最为典型。主流的v- blast 检测算法有最大似然(ml)解码算法、线性解码算法和连续干扰抵消(sic)解码算法这三大类，线性解码算法包括迫零(zf)和最小均方误差(mmse)算法，连续干扰抵消算法包括串行干扰抵消算法和排序串行干扰抵消算法。2、v-blast检测算法基于v-blast系统的特点，人们提出了许多不同的v-blast检测算法。下面我们将一一介绍。2.1 最大似然译码算法最大似然（maximum likelihood,ml）解码算法出现的比较早，它从发射所有信号中搜索满足(1)式的一个信号矢量（前提是所有信号的发射概率是相同的）：式中-frobeniu范数，即选择使式(1)值最小的作为发送信号的估值。这种算法理论上性能最优,但缺点是天线越多,它的复杂度就越高，所以这种检测算法不太实用。2.2 迫零检测算法迫零（zero-forcing，zf）算法是最简单的一种信号检测算法，基本思想是把来自于各个发送天线的信号当作期望得到的信号，而剩下的部分会把它当作干扰信号，所以能够完全抑制各个天线之间的互扰。迫零算法利用的是在式(15)两端同时左乘一个转换矩阵，迫零算法用的转换矩阵式信道矩阵的伪逆矩阵，可由下式计算得其中表示求逆。显然，其中表示阶的单位矩阵，m表示接收天线数。对式（15）两端左乘，得然后对结果在星座中进行量化，即得到的估值其中表示矢量量化。上述处理是为了消除信道的乘性干扰和未检测出信号之间的干扰，将带来的干扰置为零，所以该算法称作迫零算法。但这检测算法虽然禁止了干扰，但却使噪声加强，所能检测性能必然大大的被影响。2.3 最小均方误差译码算法类似于迫零算法，最小均方误差（minimum mean square error，mmse）算法也是在检测等式的两边同时左乘一个转换矩阵，不同的是mmse算法使用的转换矩阵考虑了噪声的影响，即用满足下式的矩阵代替zf中的：其中，表示取期望值。下面讨论如何根据式(5)的准则推导的表达式3，6。矩阵的选择应该使误差的方均值最小，设各天线发送的信号之间相互独立，则有式中表示接收信号中包含的噪声。结合以上式子得：此时，mmse与zf算法采用的权矢量矩阵相同，因此，在低信噪比时，mmse算法的检测性能相对强于zf算法；在高信噪比时，收敛于，两者的检测性能等价。可以认为mmse是一种广义zf算法，且复杂度相对zf有所增加，低信噪比性能略有提升。2.4 串行干扰抵消算法串行干扰抵消（serial interference cancel，sic）的关键思想在于采用逐步检测相消法来实现子流的区分和检测，对于一个单一的矢量信号，该算法分为两大步骤来实现：零化与干扰消除，下面给出它的详细过程。(1)零化。由第一个子流中提取信号，其中是zf/mmse接收机的/的第一行，量化便可对译码得到。(2)干扰消除。假定对的判决无误，然后从接收矢量中减去的贡献得到返回(1)，令，从第二个子流中提取信号实现对的译码，并重复上述步骤，直到所有矢量信号被译出为止。假设在检测中，由于错误判决引起的误差传播为零，也就是sic每一级的检测都正确，在第级后，系统将等效为一个发收的v-blast系统，这样下一级针对该等效系统的线性检测即可获得比前面一级中的检测更高的分集。由此我们可以得出结论，sic算法的优点是检测性能优于对应线性检测的性能，缺点是误差传播存在的前提下，后续符号检测的分集优势很难被充分挖掘出来，整个系统的检测性能会受限于最先检测信号的检测性能。2.5 排序串行干扰抵消算法排序串行干扰抵消（ordered serial interference cancel，osic）算法是对sic算法的一种改进。设加权矢量矩阵，零化准则有zf和mmse，因此可以分别用或表示，两种方法分别称为zf-vblast和mmse-vblast。我们用zf准则来实现具体的步骤：接着重复(2)到(7)直到所有矢量信号被译出来为止。3、结语本文阐述了v-blast系统中多种检测算法的理论知识，给出了zf、mmse、osic等算法的检测推导过程和详细检测步骤。从而我们可以得出结论：(1)ml具有最优的检测性能，但复杂度远远高于其余算法；(2)zf和mmse复杂度最低，但检测性能最为一般；(3)osic的检测性能和复杂度比较理想，在实际系统中是一类很有竞争力的检测算法。不过osic与ml性能上的差距使得对新算法的研究依然有很大空间。参考文献1s.m.alamouti.asimpletransmitdiversity technique for wireless communicationsj. ieee journal on selected areas in communicati