序貫蒙特卡羅方法在無(wú)線MIMO系統(tǒng)中的應(yīng)用研究.pdf

1、多輸入多輸出(Multi-Input Multi-Output:MIMO)技術(shù)是未來(lái)無(wú)線通信系統(tǒng)的主導(dǎo)技術(shù)之一,并已經(jīng)應(yīng)用于新一代無(wú)線通信系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。MIMO系統(tǒng)的接收機(jī)需要在一個(gè)高維信號(hào)空間上完成空時(shí)結(jié)合的信號(hào)處理技術(shù),其設(shè)計(jì)變得更加復(fù)雜。序貫蒙特卡羅(Sequential Monte Cairo:SMC)方法是一類(lèi)在貝葉斯定理的框架下獲取統(tǒng)計(jì)問(wèn)題結(jié)論的數(shù)學(xué)方法,已經(jīng)廣泛應(yīng)用于統(tǒng)計(jì)信號(hào)處理領(lǐng)域。尤其是高維空間上的復(fù)雜計(jì)算可以通過(guò)SMC

2、方法得到簡(jiǎn)化。因此,重點(diǎn)研究了SMC方法在MIMO通信系統(tǒng)接收機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。
　　 首先分析了經(jīng)典SMC抽樣方法的缺點(diǎn),在其基礎(chǔ)上針對(duì)通信系統(tǒng)模型的特點(diǎn)提出了兩種改進(jìn)方案:擴(kuò)展抽樣集合方案和確定性抽樣方案。并以兩種方案為基礎(chǔ),提出了LCMC(LOW Complexity MC)抽樣和RSMC(Revised SMC)抽樣,兩種新的抽樣方法。通過(guò)分析表明,改進(jìn)的抽樣方法和經(jīng)典方法相比具有更高的樣本效率。在平坦衰落信道條件下,將改

3、進(jìn)的抽樣方法應(yīng)用于多天線檢測(cè);并在信道條件精確已知的假設(shè)前提下研究新的檢測(cè)算法的性能。仿真結(jié)果表明,新的檢測(cè)算法不僅能夠獲取接近最優(yōu)的誤碼率性能,而且具有更高的樣本效率和更低的計(jì)算復(fù)雜度,因此更加適用于MIMO檢測(cè)算法的序貫實(shí)現(xiàn)。
　　 而在信道未知條件下,接收機(jī)需要獲取多天線傳輸信道的實(shí)時(shí)信息。因此,進(jìn)一步研究提出,通過(guò)迭代估計(jì)方法可以利用信號(hào)樣本對(duì)信道初始估計(jì)值進(jìn)行修正。從而,提出了一種新的基于樣本的聯(lián)合檢測(cè)估計(jì)算法。聯(lián)合算

4、法采用分段處理的框架,將每個(gè)數(shù)據(jù)幀分成若干個(gè)時(shí)間間隙進(jìn)行接收處理。在間隙內(nèi)完成信道迭代修正,而初始值通過(guò)前一間隙的信號(hào)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行估計(jì)。同時(shí),在每個(gè)間隙中,利用空時(shí)雙重迭代抽樣方法獲取信號(hào)樣本,并在間隙的末尾對(duì)間隙內(nèi)的信號(hào)序列進(jìn)行最優(yōu)判決。在樣本序貫抽取的過(guò)程中,可以采用兩種方案利用信道的估計(jì)結(jié)果。仿真結(jié)果表明,新的聯(lián)合算法能夠逼近信道已知條件下的性能下限,同時(shí)每個(gè)樣本序列獨(dú)自使用信道估計(jì)結(jié)果的方案可以獲得更優(yōu)的系統(tǒng)性能。
　　

5、 將SMC方法應(yīng)用于Turbo接收機(jī)的設(shè)計(jì),提出了一種新的估計(jì)軟信息的方法。通過(guò)研究發(fā)送比特概率的計(jì)算發(fā)現(xiàn),這是一個(gè)在比特序列取值空間上對(duì)聯(lián)合概率進(jìn)行邊緣化計(jì)算的過(guò)程。研究表明,選取一個(gè)替代集合,并在替代集合的基礎(chǔ)上可以完成比特概率的近似計(jì)算。從而,Turbo接收機(jī)中軟信息的估計(jì)可以歸結(jié)為選取替代集合的過(guò)程。以此為基礎(chǔ),SMC檢測(cè)和球形譯碼檢測(cè)可以被歸結(jié)為一類(lèi)算法。同時(shí),研究也提出,可以通過(guò)RSMC抽樣獲取比特樣本集合作為替代集合。在平

6、坦衰落信道條件下的仿真結(jié)果表明,基于RSMC樣本集合計(jì)算得到的軟信息,其估計(jì)精度高于SMC檢測(cè)和球形譯碼檢測(cè)。從而,一種新的基于RSMC方法的Turbo接收機(jī)被提出,其在較低復(fù)雜度下獲取了逼近最優(yōu)的誤碼率性能。
　　 最后,提出一類(lèi)聯(lián)合接收機(jī)的實(shí)現(xiàn)方案。聯(lián)合接收機(jī)的目標(biāo)是直接求取信息比特的后驗(yàn)概率,其精確計(jì)算需要遍歷信息序列的取值集合。而提出的一類(lèi)近似實(shí)現(xiàn)方案,則是利用蒙特卡羅樣本獲取一個(gè)縮小的目標(biāo)集合,并在最后提出了基于RSM