本文關(guān)鍵詞：MIMO-OFDM系統(tǒng)信道估計與信號檢測聯(lián)合方法研究　出處：《哈爾濱工程大學(xué)》2014年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：在MIMO-OFDM系統(tǒng)中,信號檢測算法的性能和復(fù)雜度對整個通信系統(tǒng)的可靠性和實(shí)時性有很大的影響。一般具有優(yōu)異檢測性能的信號檢測算法復(fù)雜度較高不適用于實(shí)際應(yīng)用。因此研究具有最優(yōu)檢測性能且復(fù)雜度適中的信號檢測算法是MIMO-OFDM接收系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵。另外,在系統(tǒng)的接收端只有對信道的精準(zhǔn)估計才能有效地消除信道對發(fā)送信號的干擾,因此信道估計是MIMO-OFDM系統(tǒng)接收的重要技術(shù)之一。在MIMO-OFDM系統(tǒng)中,信道估計和信號檢測一般是相互獨(dú)立的。由于信道狀態(tài)信息的獲得只取決于訓(xùn)練序列,若信道估計精度過低,必然導(dǎo)致系統(tǒng)的誤碼率急劇升高。同時,大多數(shù)信號檢測算法均是針對沒有信道編碼的無線通信系統(tǒng),檢測一般采用硬判決,算法沒有有效的利用信道譯碼輸出的有用信息。因此將信道估計、信號檢測、信道譯碼通過迭代技術(shù)聯(lián)合起來可有效地提高M(jìn)IMO-OFDM系統(tǒng)的整體性能。論文針對MIMO-OFDM系統(tǒng)中的聯(lián)合信道估計、信號檢測和信道譯碼技術(shù)進(jìn)行了深入的研究,主要研究成果如下:首先,研究了 MIMO-OFDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、最優(yōu)導(dǎo)頻設(shè)計方法以及輔助導(dǎo)頻下的信道估計算法,給出了相應(yīng)的理論分析。在此基礎(chǔ)上針對多輸入多輸出正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的盲信道估計算法存在收斂速度慢以及使用奇異值分解復(fù)雜度高等問題,提出了一種基于改進(jìn)子空間的MIMO-OFDM半盲信道估計算法。算法首先利用快速數(shù)據(jù)投影方法替代奇異值分解跟蹤噪聲子空間來估計信道狀態(tài)信息,然后利用訓(xùn)練序列對信道進(jìn)行校正,以解決一般盲信道估計算法存在模糊矩陣問題,提高了信道估計算法的精度。仿真結(jié)果表明該方案具有較快的收斂速度且降低了運(yùn)算復(fù)雜度,是一種實(shí)用的半盲信道估計方法。其次,研究了分層空時編碼、經(jīng)典的MIMO系統(tǒng)信號檢測技術(shù),并對其進(jìn)行相應(yīng)的理論與仿真分析。在此基礎(chǔ)上將量子搜索算法引入檢測系統(tǒng)并對其進(jìn)行改進(jìn),實(shí)現(xiàn)了一種理論上復(fù)雜度較低的改進(jìn)量子搜索信號檢測算法,仿真結(jié)果表明該算法能夠逼近最大似然檢測算法的檢測性能,且系統(tǒng)復(fù)雜度有了明顯改善。針對球形譯碼算法初始半徑的選取和最終輸出判決問題,提出了一種適合高信噪比的改進(jìn)球形譯碼檢測算法。針對基本粒子群優(yōu)化信號檢測算法易于陷入局部極值和收斂精度較低的問題,提出了一種適合低信噪比的改進(jìn)粒子群優(yōu)化信號檢測算法。算法結(jié)合遺傳算法的雜交技術(shù)和極值擾動機(jī)制,對基本粒子群優(yōu)化算法進(jìn)行改進(jìn)。仿真結(jié)果表明該算法有效地提高了系統(tǒng)的信號檢測性能,有較強(qiáng)的全局搜索能力,是一種實(shí)用的信號檢測方法。然后,對期望最大化算法及其擴(kuò)展進(jìn)行理論研究。在此基礎(chǔ)上提出了基于廣義空間迭代期望最大化的時域和頻域的信道估計算法,并結(jié)合信號檢測理論,針對采用期望最大化算法存在收斂速度慢等缺陷,提出了一種基于頻域的SAGE-ISD聯(lián)合信道估計檢測算法。方案主要采用了線性最小均方誤差信道估計對信道進(jìn)行初估計,并利用聯(lián)合迭代技術(shù)結(jié)合廣義空間迭代期望最大化算法和改進(jìn)球形譯碼檢測算法對信道進(jìn)行估計校正和信號檢測,從而提高了系統(tǒng)的可靠性。針對時域上最大似然檢測算法難于硬件實(shí)現(xiàn)以及傳統(tǒng)的信道估計性能較差等缺陷,提出了一種基于時域的SAGE-IPSO聯(lián)合信道估計檢測算法。該方案使用訓(xùn)練序列進(jìn)行信道初估計,利用廣義空間迭代期望最大化算法對信道估計值進(jìn)行校正,并結(jié)合改進(jìn)的粒子群優(yōu)化算法完成對信號的迭代檢測,使系統(tǒng)性能得到改善。仿真結(jié)果表明兩種方案能以較少的迭代次數(shù)完成信道的精準(zhǔn)估計和數(shù)據(jù)檢測,檢測性能與理想信道估計下的最大似然檢測算法相接近。最后,對信道編譯碼算法和軟輸入軟輸出信號檢測進(jìn)行理論研究。在此基礎(chǔ)上針對傳統(tǒng)的MIMO-OFDM接收機(jī)中信道譯碼、信道估計和信號檢測各自獨(dú)立工作帶來的誤碼率較高的問題,提出了一種改進(jìn)的迭代聯(lián)合接收方案,該方案充分利用譯碼器提供的軟信息進(jìn)行聯(lián)合信道估計與信號檢測,仿真結(jié)果表明所提方案顯著提高了系統(tǒng)的性能。
[Abstract]:In the MIMO-OFDM system, signal detection performance and reliability of the algorithm complexity of the whole communication system and real time has a great influence. Signal detection algorithm has excellent performance and high complexity of detection is not suitable for practical application. Therefore research on signal detection algorithm has optimal detection performance and moderate complexity is the key to the design of receiving system MIMO-OFDM. In addition, at the receiving end of the system only on channel estimation precision can effectively eliminate the interference of the transmitted signal channel, so channel estimation is an important technology of the MIMO-OFDM system. A receiver in the MIMO-OFDM system, channel estimation and signal detection is generally independent of each other. Since the channel state information is obtained only in the training sequence, if the channel estimation accuracy is too low, will inevitably lead to the error rate increased sharply. At the same time, the majority of signal detection algorithms are In view of the wireless communication system without channel encoding, usually adopt the hard decision algorithm, there is no effective use of the useful information of channel decoding output. So channel estimation, signal detection and channel decoding through the combined iterative technique can effectively improve the overall performance of the MIMO-OFDM system. The thesis focuses on the joint channel estimation in MIMO-OFDM system, signal detection and the channel decoding technology is studied, the main research results are as follows: firstly, research the MIMO-OFDM system structure, the optimal pilot design method and auxiliary guide channel frequency estimation algorithm, gives the corresponding theoretical analysis. Blind channel based on multiple input multiple output orthogonal frequency division multiplexing system estimation algorithms the slow convergence speed and the use of singular value decomposition complexity problems, proposes a semi blind subspace based on improved MIMO-OFDM Channel estimation algorithm. The algorithm firstly fast data projection method instead of singular value decomposition of tracking noise subspace to estimate the channel state information, then the channel was corrected with the training sequence, blind channel estimation algorithm to solve general fuzzy matrix problem, improve the accuracy of channel estimation algorithm. The simulation results show that this scheme has fast convergence speed and reduce the computational complexity, is a semi blind channel estimation method is practical. Secondly, study the layered space-time encoding, MIMO signal detection classic, and carried on the theory and the corresponding simulation analysis on it. On the basis of quantum search algorithm is introduced to detect system and improvement of the implementation of the an improved quantum theory with low complexity signal detection algorithm, the simulation results show that the performance of the algorithm is able to approximate the maximum likelihood detection algorithm , and the complexity of the system is improved. According to the selection of the initial radius of the sphere decoding algorithm and the final output decision problem, proposed an improved sphere decoding for high signal-to-noise ratio detection algorithm. According to the basic particle swarm optimization signal detection algorithm is easy to fall into local minima and the convergence precision is low problem, put forward a suitable for low SNR and improved particle swarm optimization algorithm. The signal detection algorithm based on genetic algorithms and hybrid technology and extreme disturbance mechanism, the basic particle swarm optimization algorithm. The simulation results show that the algorithm can effectively improve the performance of signal detection system, has a strong global search ability, is a kind of practical method of signal detection. Then, the expectation maximization algorithm and its extension theory research. Based on the generalized space iteration based on expectation maximization in time domain and frequency domain channel Channel estimation algorithm, and combined with the signal detection theory, aiming at using the expectation maximization algorithm has the defects of slow convergence, this paper proposes a detection algorithm of joint channel estimation based on SAGE-ISD frequency domain. The scheme mainly adopts linear minimum mean square error channel estimation of channel estimation, and the use of joint iterative technique combined with generalized iterative expectation the maximum algorithm and improved sphere decoding algorithm for the estimation of signal detection and correction of the channel, so as to improve the reliability of the system. According to the time domain maximum likelihood detection algorithm is difficult to realize, the traditional channel estimation performance and other defects, this paper proposes a detection algorithm of joint channel estimation based on SAGE-IPSO time domain. This scheme using training sequence channel estimation, using the generalized iterative expectation maximization algorithm to correct the estimated value of the channel, and the knot With the improved particle swarm optimization algorithm to complete the iterative detection of the signal, the system performance is improved. The simulation results show that the two scheme can complete the accurate channel estimation and data detection with fewer iterations, the detection performance and ideal channel estimation is close to the maximum likelihood detection algorithm. Finally, the algorithm and channel coding soft input soft output signal detection theory research. Based on the traditional MIMO-OFDM receiver channel decoding, bring channel estimation and signal detection work independently with high bit error rate problem, proposed joint receiver scheme is an improved iterative joint channel estimation and signal detection, the scheme makes full use of soft information to provide the decoder the simulation results show that the proposed scheme significantly improves the performance of the system.

【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TN919.3

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