创新课程设计--垂直分层空时码检测算法

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1、*****************创新课程*****************兰州理工大学计算机与通信学院2013年春季学期空时编码技术创新课程题目：垂直分层空时码检测算法专业班级：通信工程姓名：学号：指导教师：成绩：摘要分层空时码（BLAST）是贝尔实验室提出的一种基于多入多出（MIMO）传输方式的空时码系统。本文主要对BLAST系统中的一类垂直分层空时码的检测算法作了研究。依据MIMO系统的信号模型，分析了基于迫零准则和最小均方误差准则的估计算法。最后通过仿真比较了算法的性能。关键字：多入多出系统；迫零算法；分层空时码；最小均方误差目录前言I一、MIMO信号模型1二、V-BLAST

2、检测算法22.1迫零算法22.2.MMSE检测算法32.3非线性检测算法4三、算法仿真及分析5四、总结8五、参考文献9附录10前言当前多媒体业务和Internet业务的快速发展对移动通信的传输速率提出更高的要求。在几种复用技术如频分复用、时分复用和码分复用都已经广泛实用化的形势下，能提供更大信道容量和更高频谱利用率的编码、调制和信号处理的新技术成为了目前无线通信研究的热点。下一代无线通信面临的问题有：更高的传输速率、有限的频谱资源、恶劣的传输环境、低的发射功率。多天线技术的应用能够明显的改善无线通信系统的性能，提高系统的容量，是解决这些问题的有效途径之一。多天线技术广义上是指使用多根

3、发送天线或接收天线的技术。空时编码技术是多天线系统的支撑技术，应用于天线之间距离足够远，相关性足够小的情况。1998年Foschini在信息论的基础上证明了在准静态平瑞利衰落条件下，应用nT个发送天线、nR个接收天线，在nR大于等于nT的条件下，信道容量与发送天线数目nT成线性正比关系。在此基础上，Foschini提出了基于多元天线阵列的分层空时码(BLAST）结构，引入了空间维度的概念。采用这种多输入多输出（MIMO）天线技术进行空间维度的复用能大大提高无线传输的信息速率和频谱效率。BLAST是一种同时在空间维度和时间维度上编码的技术，属于空时码的一种。该技术将一维编码方法同空间维

4、度的传输结合起来，使得解码端的复杂度仅仅随天线数目的增加线性增长，而不是如二维空时码一样呈指数增长。V-BLAST（垂直分层空时码）系统的子流未进行编码，因此在检测方法上比编码的BLAST具有更简单的特点。本文首先介绍V-BLAST系统的信号模型，在此基础上应用不同的信号估计准则推导出不同的检测算法。一、一、MIMO信号模型假设一个点对点的MIMO系统，有nT个发送天线，nR个接收天线，系统的框图如图1所示：图1MIMO系统结构图1中nT个发射天线和nR个接收天线之间的信道构成MIMO信道，假设天线之间的距离足够大（大于1/2波长），该信道满足准静态和瑞利平坦衰落信道条件，并且该信道

5、响应矩阵H可以通道估计的方法准确估计，则每组天线在发送和接收一组信号的时间内信道响应不改变且接收信号相互独立。在此模型下，定义t时刻从发送天线j到接收天线i的信道响应为Hij(t),则接收天线i上接收的信号可以表示成:(1)其中，xj(t)，t∈(1,nT)为t时刻发送的信号,yi(t),t∈(1,nT)为接收到的t时刻的信号，hij(t)是对应的信道响应且E［｜hij｜2］=1,ni(t)满足均值为0的加性复高斯白噪，均值为0，方差为σ2。假定发送一组数据时间够短，其信道响应不变，把(1)式改写成矢量的形式为：(2)其中r=(ri...rnR)为接收到的矢量，H=(h11...hi

6、j...hnRnT)为信道响应矢量,x=(x1...xnT)为发送信号矢量，n=(n1...nnT)噪声矢量。(2)式就是用矢量形式表示的MIMO系统的信号模型。MIMO系统的信道容量在理论上可用如下式表示：(3)I表示单位矩阵，H表示信道传输矩阵，p表示发送信号的总功率，［●］H表示矩阵［●］的共轭转置。从式(3)可以看出，MIMO系统的信道容量随着天线数目的增加线性增长，多天线大大提高系统的频谱利用率。在典型的V-BLAST系统中，单用户的信息流经过串并变换后由个天线同时发送出去，在接收端通过nR个天线接收信号，通过信号处理方法解出发送的信号以后再复用成原信息流，达到保持原信息速

7、率不变而降低信道带宽、提高频谱利用率的目的。二、V-BLAST检测算法BLAST的一种结构:V-BLAST系统的子流未进行编码,因此在检测方法上比编码的BLAST具有更简单的特点；并且仍能有效的逼近香农限，填补了自适应天线与多用户检测技术之间的空白。V-BLAST系统一般要求接收天线数不少于发送天线数。在研究V-BLAST系统结构时,为了表述简便,假设信道被接收端通过发送的导频训练符号或其他方法完全无误地估计出来,即信道的估计值与真实值相等。同时还假定接收