對兩種類型的抗多徑干擾分析方法

PAGEPAGE20河南科技學院2009屆本科畢業(yè)生論文（設計）論文（設計）題目：無線搶答器設計學生姓名：張瑞華所在院系：機電學院所學專業(yè)：應用電子技術教育導師姓名：付廣春完成時間：2009年5月19日摘要本文以最小化系統(tǒng)總均方誤差(SunMSE)為準則，迭代設計線性收發(fā)機的方案。該方案通過對接收機的改進設計，能夠有效地避免傳統(tǒng)MMSE設計過程中出現(xiàn)的拉格朗日乘子不易計算的缺點，大大降低設計復雜度。由于拉格朗日乘子有解析解，發(fā)射預編碼矩陣也有閉式解，并且可以通過定點迭代算法有效解出。收端的接收機也不用基站下發(fā)，只要各自采用MMSE均衡即可。仿真結果證明該方法的有效性?；跀?shù)據(jù)塊傳輸模型，將窄帶MIMO并行干擾抵消接收機推廣到寬帶MIMO信道，在理想信道和信道估計下，通過仿真評估了所提出的寬帶MIMO并行干擾抵消接收機的性能。仿真結果表明：所建議的方案在寬帶MIMO信道下的性能好于窄帶MIMO信道下的性能，在寬帶MIMO信道下，接收機可獲得比窄帶下更大的分集增益。本設計借助數(shù)學建模的有關方法，結合移動通信的有關知識，提出一種改進的抗多徑干擾的接收模型，該模型主要通過系統(tǒng)模型、信道模型、信道的相關函數(shù)計算、波達方向估計算法、空自適應估計算法和空間自適應濾波算法等。并通過相應參數(shù)設置各種算法，應用MTLBEL進行仿真驗證。結果證明本問題所提出的方法可以有效提高接受裝置的抗干擾性能。關鍵詞：多徑干擾，MIMO，空時信號處理，預編碼，收發(fā)機聯(lián)合設計Onthetwotypesofanti-multipathinterferenceanalysismethodAbstract：AniterativelineartransceiverdesignschemeunderSumMeanSquaredError(SMSE)minimizationcriterionisproposed.Bymodifyingthestructureoftransceiver,thecomplexcomputationofLagrangianmultiplierwithintraditionalMMSEtransceiverdesigncanbeeffectivelyobviated,andthusthewholesystemcomplexitycanbegreatlyreduced.BecausetheLagrangianmultiplierhasanalyticalsolutiontransmitprecodingmatrixalsohasclosed-formsolutionandcanbesolvedeasilywithfixed-pointiterations.TherecelivefilterisworkedoutindependentlywithMMSEcriterionateachterminal,andthedownlinksingalingofeachreceiverfilterformbasestationisnotnecessary.Simulationsdemonstratethattheproposedschemeiseffective.ParallelinterferencecancellationreceiverinflatfadingMIMOchannelwasdirectlyappliedtofrequencyselectionMIMOchannelbasedonblocktransmissionmodel.Theperformanceofproposedwidebandreceiverisevaluatedbasedonperfectchannelsandchannelestimationcasesbycomputersimulation.SimulationresultsstatestheperformancesofMIMOspacetimeprocessingalgorithmsbasedonfrequencyselectivechannelhavetheadvantageoverthealgorithmsbasedonflatMIMOchannels,andthereceivercanobtainmorediversitygainthanitisinflatMIMOsystem.Withthisdesignthemethodofmathematicalmodeling,combinedwiththeknowledgeofsmartantennaAnimprovedanti-multipathinterferencemodelforsmartantennareceivers,Themodelisprimarilythroughthesystemmodel,channelmodels,channelcorrelationfunction,theDOAestimationalgorithm,adaptiveestimationalgorithmforspace,suchasadaptivefilteringalgorithm.CorrespondingparametersettingthroughavarietyofalgorithmsforsimulationapplicationsMTLBEL.Resultsshowthatthisquestioncanberaisedbyimprovingaccesstoeffectiveanti-interferenceperformancedevices.Keywords：Multi-diameterdisturbance,MIMO,interferencecancellation,Precoding,Jointtransceriverdesign目錄1緒論 11.1研究背景 11.2參數(shù)說明 22數(shù)學模型及算法分析 22.1無線信道的敘述 22.2無線多徑信道模型 32.3系統(tǒng)模型的建立 42.4并行干擾抵消接收機 52.5基于訓練序列的信道估計 63仿真及結果分析 84迭代接收機的設計分析 94.1迭代收發(fā)機的設計 104.2單用戶單信息流系統(tǒng) 134.3收斂性的分析 134.4計算復雜度的分析 144.5 仿真結果及其分析 165兩種方法的結果分析 16致謝 17參考文獻 181緒論1.1研究背景隨著社會的發(fā)展，人們對通信的需求日益迫切，對通信的要求也越來越高。理想的目標是能在任何時候，在任何地方，通過任何方式，與任何人交流的信息。顯然沒有移動通信，這個目標是無法實現(xiàn)的。移動通信有如下特點：(1)必須利用無線電波進行信息傳輸，(2)在復雜的干擾環(huán)境中運行，(3)可以利用頻普資源非常有限，(4)網(wǎng)絡結構的多樣化，(5)設備必須適應移動的環(huán)境。我們知道第一代模擬系統(tǒng)對應的接入技術是頻分多址技術FDMA，它僅能提供9.6kbit／s通信帶寬。第二代窄帶數(shù)字系統(tǒng)的接入技術主要有時分多址技術TDMA和碼分多址技術CDMA兩種，它可以提供9.6～28.8kbit／s的傳輸速率。由于多路徑傳輸，使許多無線電通信系統(tǒng)的信號受到多徑干擾的影響。通常電波的反射、衍射和散射特性、接收機的移動以及電波傳播環(huán)境的變化(如行駛的車輛、人群等)是引起多徑衰落的主要原因。當移動臺在基站的一個區(qū)域內(nèi)移動時，多徑衰落使接收到的信號由許多具有隨機幅度和相位的多徑信號形成的矢量和組成。當幾個主徑的相位基本一致時，信號得到加強；當幾個主徑的相位相差很大時，信號相互抵消而減弱。由移動和多徑引起的接收信號幅度的變化速度很快，因而稱這種衰落現(xiàn)象為快衰落。也稱為短期衰落或瑞利(Rayleigh)衰落。此外，由于各個路徑的時延不同，信號沿多個路徑的傳播造成信號到達接收機的時間不同。這樣，接收信號發(fā)生時延擴展，會引起碼間干擾。多徑干擾是影響無線通信系統(tǒng)的關鍵因素之一。對此，人們做了大量的嘗試并提出許多有效的方案。例如:分集技術、RAKE接收機、自適應濾波等等。目前，在建立抗多徑干擾的接受裝置的模型中主要存在以下問題：不能有效解決時延擴展，ISI和頻普利用率低的問題。計算方法的煩瑣，計算精確度低，計算量大等。同步算法的使用范圍狹窄，使得在一般環(huán)境下無法應用。本文提出的抗多徑干擾的智能接受天線，將有效縮短時延擴展，減低ISI，CII，提高頻普利用率，提高計算方法精度，減少計算量.由于智能天線是一種由多天線單元組廠的陣列天線，因此可以通過調節(jié)各陣元信號的加權幅度和相位來改變陣列的天線方位圖，從而降低干擾，提高信噪比。另外，智能天線還可以提高天線增益，減少信號發(fā)射功率，延長電池壽命，減少用戶設備的體積，在不降低發(fā)射功率的前提下，大大增加基站的覆蓋率。此外，由于智能天線可以從用戶方向和傳播時延獲知用戶位置，以為用戶提供定位服務。又由于智能天線的可以有效地提高通信性能，降低發(fā)射功率，減少電磁波對人體的傷害。符合現(xiàn)代的人性化理念。1.2參數(shù)說明——-多徑分量個的數(shù)；——通常是一個不變或服從瑞麗、萊對數(shù)正態(tài)分布的隨機變量；——服從均勻分布的。2數(shù)學模型及算法分析圖1信號的幾種傳輸方式2.1無線信道的敘述無線信道是一種時變的信道，電磁波的傳播形式和復雜，大一般可以歸結為折射、衍射、繞射等幾種基本的形式，如圖1所示。信道對傳輸信號的作用的一般表達式為(1)由式(1)可以看出，接收信號功率是距離的函數(shù)，而且信道對傳輸信號的作用有如下三類：自由空間傳輸損耗用表示，其中一般取3或4，|d|表示移動臺與基站的距離，矢量表示了距離具有的方向性的。對接受信號而言，知道其功率與知道場強和幅度是等效的。自由空間傳播損耗一般是由于地面反射以及折射的電磁波造成的。該損耗是移動臺與基站之間距離的函數(shù)，描述的是大尺度區(qū)間(數(shù)百米或者數(shù)千米)內(nèi)接受信號強度隨著發(fā)射機到接收機的距離而變化的特征。陰影衰落用表示。這是由于傳播環(huán)境中的地形起伏、建筑物以及其他障礙物對電波遮蔽所引起的衰落。陰影衰落表現(xiàn)在是數(shù)百波長的區(qū)間內(nèi)，信號的短區(qū)間中值也出現(xiàn)緩慢變化的特征，其衰落特征符合對數(shù)正態(tài)分布。多徑衰落用表示。這是由于移動傳播環(huán)境的多徑傳輸引起的衰落。通過無線信道的信號往往回沿著一些不同的路徑到達接收端，這一現(xiàn)象稱為信號的多徑傳輸。多徑傳輸是移動通信信道中最具代表性的特征，它表現(xiàn)在幾個或者數(shù)十個波長的范圍內(nèi)，接收信號場強的瞬時值呈現(xiàn)快速變化的特征。從無線系統(tǒng)工程的角度來看，傳輸損耗和陰影衰落主要影響到無線小區(qū)的覆蓋。而多徑衰落嚴重影響信號的傳輸質量，而且是不可避免的，所以只能采用抗干擾技術來減少其影響。因此，如何降低多徑衰落對信道的影響是現(xiàn)代研究的重要方向。2.2無線多徑信道模型圖2兩個用戶終端的信號通過多徑信道入射到基站理解陣列相應和多徑信道的關系在對接收系統(tǒng)進行性能分析時時非常重要的。正如前面所說，在無線系統(tǒng)中，信道中的發(fā)射信號與周圍環(huán)境的作用十分復雜，有大物體的反射、電磁波繞物體的繞射和信號的散射。這些復雜作用導致了接收機處會接收到多個信號分量，即多徑信號的產(chǎn)生。如圖2所示給出了兩個用戶終端在多徑環(huán)境下的簡圖。圖2中每個信號分量經(jīng)歷了不同的多徑環(huán)境，這就解決了第k個手機第個多徑分量的幅值、載波相移、時延、波達方向和多普勒頻移。這些參數(shù)都是時變的。將幅值、相移和多普勒頻移綜合起來，可以用簡化表示為：如果把每個多徑分量看作以離散時延、從離散方向到達的平面波，可以得到一個適于數(shù)字仿真的離散信道模型。對某個用戶而言，手機和基站接收機之間的信道可以表示為一個時變信道，信道沖擊相應為：.2.3系統(tǒng)模型的建立考慮點到點的多輸入多輸出的通信系統(tǒng)。系統(tǒng)有根發(fā)射天線和根接收天線，如圖2所示。發(fā)射端要發(fā)射的比特流經(jīng)串并變換，再編碼調制得到個同的數(shù)據(jù)流，同時由根不同的天線發(fā)射出去。這些信號在接收端由根接收天線接收，經(jīng)解調、解碼后恢復原始的發(fā)射比特。如果發(fā)射符號的持續(xù)時間遠遠大于信道延遲擴展，則信號通過信道不會產(chǎn)生頻率選擇性衰落。在寬帶MIMO系統(tǒng)，每根接收天線收到的信號包括所有發(fā)射天線發(fā)射的信號，并包括信道產(chǎn)生的ISI和高斯白噪聲，不失一般性，假設每根天線發(fā)射不同的信息符號，第根接收天線在時刻收到的信號為(2)=1，2，…，和=1，2，…。其中是從發(fā)射天線到接收天線的信道脈沖響應。信號是第根發(fā)射天線在時刻發(fā)射的基帶信號。是在第根接收天線上的噪聲采樣值。信號模型可寫成如下矢量形式(3)其中和是長度為維的列向量，分別為，，（4）系統(tǒng)采用塊傳輸時，設P是每個數(shù)據(jù)塊的長度，則每個數(shù)據(jù)塊有P個連續(xù)發(fā)射的數(shù)據(jù)矢量，每個數(shù)據(jù)矢量是維的矢量。P個符號矢量被連續(xù)發(fā)射到多輸入多輸出信道中，在其后在發(fā)射L-1個符號矢量，阻止塊間干擾。在接收端接收到P+L-1個連續(xù)符號矢量，每個符號矢量為維矢量。將P個連續(xù)發(fā)射的符號矢量寫成維矢量，P+L-1個信道輸出矢量寫成矢量，數(shù)據(jù)塊的輸入輸出信號模型可寫成(5)圖3信號的多輸入多輸出模型（6）2.4并行干擾抵消接收機在窄帶多輸入多輸出系統(tǒng)中，常用的是基于串行干擾抵消的V-BLAST接收機，但基于串行V-BLAST接收機的信號處理時延大，優(yōu)點是能夠從檢測排序中獲得增益，硬件資源少，而基于并行干擾抵消V-BLAST接收機的信號處理時延小，但需硬件資源多，基于并行干擾抵消的V-BLAST接收機不能從檢測排序中獲得增益。下面首先簡要地介紹窄帶多輸入多輸出并行干擾抵消接收算法。系統(tǒng)的輸入輸出關系如下(7)其中是維的發(fā)射信號矢量，是維的接收信號矢量，設H是窄帶多輸入多輸出信道矩陣。求出信道矩陣的偽逆G，偽逆的維數(shù)是，在第0級，同時檢測出所有層的信號得(8)是從所有層檢測出的信號矢量。稱為這級第0級。接下來在進行第1級干擾取消過程，即去除其他層的干擾，接收信號經(jīng)過第1級干擾取消后的信號為(9)其中是干擾取消所有(除第k層)層干擾后的信號矢量，表示信道矩陣的第列，是被檢測的第層的符號，即是估計信號矢量中的第個符號。在第級時，重新求出新的置零矩陣(即對刪除除第k列外的所有列后形成的矩陣求偽逆)，因此得到的置零矩陣實際是行矢量。得到的置零矩陣為，其中是干擾抵消因子。用去乘再判決，則恢復了發(fā)射矢量s的所有元素。可繼續(xù)進行N次并行干擾抵消，從而實現(xiàn)N級并行干擾抵消接收。該算法的優(yōu)點是不需要排序操作，不需要多次對信道矩陣求偽逆，但性能不如串行干擾抵消接收機?；诓⑿蠽-BLAST接收機同樣也有兩種準則，即基于迫零(ZF)和最小均方誤差(MMSE)準則，分別稱為MMSE-PIC和ZF-PIC接收機?；跀?shù)據(jù)塊除數(shù)模型(4)，上面介紹的窄帶并行干擾抵消接收機可以直接應用到寬帶多輸入多輸出系統(tǒng)中，信道矩陣用帶頭窄帶信道矩陣，發(fā)射信號矢量和接收信號矢量分別用和代替和。由于假設信道是慢變的，在一幀內(nèi)信道是不變的，每一幀有導頻和數(shù)據(jù)兩部分組成。數(shù)據(jù)部分有數(shù)據(jù)塊組成，幀的長度決定數(shù)據(jù)塊的個數(shù)。在下面的分析中假設接收端可以通過發(fā)射導頻序列獲得，發(fā)射端沒有信道信息，數(shù)據(jù)塊在塊內(nèi)是相關的，在塊與塊之間是不相關的。數(shù)據(jù)塊長度P的選擇可根據(jù)誤碼率和接收機的復雜程度折衷考慮。數(shù)據(jù)塊的長度P越大，接收機的性能越好。2.5基于訓練序列的信道估計采用相干借條的接收機必須有估計信道的能力。在多輸入多輸出系統(tǒng)中，采用每根天線發(fā)射不同的序列，為了使接收機能很好地估計信道訓練系列應具有很好的自相關性和很好的互相關性。下面將介紹有關訓練序列的估計信道模型。設訓練序列的長度為N，為了討論的方便，將是式(1)寫成矢量形式為(10)其中(11)是在第接收天線出觀測到的矢量。(12)是將信道所有發(fā)射天線到接收天線的脈沖相應寫成單一堆棧矢量形式(13)是噪聲矢量，是由塊Toeplitz組成的的訓練符號，(14)堆棧的脈沖相應矢量在每根接收天線被估計，可以利用最小平方信(LS)道估計準則來實現(xiàn)。LS信道估計是接收到的信號矢量和基于信道估計的重構接收，信號矢量的誤差平方最小。即(15)其中表示信道估計值.在式(14)中，假設自相關矩陣是可逆的。將(9)代入式(14)中得(16)如果加性噪聲是零均值而且和訓練序列是無關的，則LS信道估計是無偏的。信道估計器的誤差是(17)符號表示求矩陣的跡，表示求均值。假設噪聲是白色的且方差為，則LS的信道估計誤差處理為(18)由式(17)可以看出，LS估計的誤差取決于訓練序列的選擇。為了有效地識別新到的脈沖響應，式(14)的自相關矩陣應是可逆的，因此訓練序列矩陣應該是列滿秩的.矩陣是列滿秩的必要條件是(19)是訓練序列的長度，應該滿足式子(19)。3仿真及結果分析在寬帶兩發(fā)兩收的多入多輸出系統(tǒng)中，對上面提出的接收機進行了性能分析和仿真評估。調制方法是BPSK，信道是兩徑等功率瑞利信道，即信道階數(shù)為()導頻序列分別采用10個符號和16個符號。假設信道特性在一幀內(nèi)不變，從幀到幀間信道特性是隨機變化的，一幀有導頻序列和數(shù)據(jù)組成，數(shù)據(jù)有12個餓符號，數(shù)據(jù)段再分成10個數(shù)據(jù)子塊，每個數(shù)據(jù)子塊有12個字符。在發(fā)送導頻時，對信道進行估計，獲得信道后連續(xù)發(fā)射10個書記子塊，數(shù)據(jù)子塊的長度可根據(jù)接收機的性能和復雜度折衷考慮，長度越長，性能越高，但接收機的復雜度就越高，這里采用子塊長度為12。圖4理想信道下寬帶并行干擾抵消接收機的誤碼特性圖5寬帶接收機在理想信道和信道估計條件下的性能比較圖4給出了理想信道下寬帶并行干擾抵消接收機的誤碼特性，作為對比也給出了平坦獨立信道下窄帶并行干擾抵消接收機的誤碼曲線，從仿真結果看出:基于最小均方差準則的接收機的性能好于基于迫零準則的接收機，接收機在頻率選擇信道下的性能好與平坦獨立信道，在誤碼率為數(shù)量級，寬帶MMSE-PIC接受比窄帶MMSE-PIC接收機可獲得5dB左右的增益。在寬帶多輸入多輸出系統(tǒng)中，信道可看成是有個平坦獨立信道組成，系統(tǒng)可獲得的分集最大階數(shù)為，仿真結果也證明了這一點。圖5是寬帶接收機在理想信道和信道估計條件下的性能比較。仿真結果表明：在信道估計下，接收機的性能有所下降。這主要是由于信道估計誤差對接收機性能的影響，訓練序列的長度越長，信道估計誤差的影響越小，但有效數(shù)據(jù)長度要減小。當訓練序列長度為26個導頻符號時，相對理想信道信噪比損失1dB左右，而當訓練序列長度為10個符號時，信噪比則損失2.5dB左右，在實際系統(tǒng)實際時要折衷考慮有效數(shù)據(jù)量和系統(tǒng)誤碼特性來選擇訓練序列的長度，但訓練序列長度N應滿足式(19)。4迭代接收機的設計分析考慮如下多用戶多輸入多輸出下行鏈路:基站發(fā)射天線為M，同時服務用戶數(shù)為K，每個用戶的接收天線數(shù)為，支持的數(shù)據(jù)流為，第個用戶的數(shù)據(jù)維矢量)經(jīng)過預編碼矩陣(維)后送至發(fā)射天線，因此基站實際發(fā)射的信號為(20)其中是維總的預編碼矩陣，為發(fā)射到個用戶的數(shù)據(jù)，其各個元素相互獨立，且滿足零均值、單位方差。信號經(jīng)過信道后，被加性高斯白噪聲(AWGN)，第個用戶接收機的信號為(21)其中(維)為基站到第個用戶之間的信道矩陣，為加性高斯白噪聲，其均值為零，方差為。由于各個用戶一般不能交換數(shù)據(jù)，故每個用戶對其接收到的信號進行線性處理，以恢復自己的數(shù)據(jù)。設第個用戶采用(維)作為線性接收機，則對的估計為(22)綜上所述，多用戶多輸入多輸出下行鏈路線性收發(fā)機設計框圖如圖3所示。4.1迭代收發(fā)機的設計圖6多用戶多輸入多輸出下行鏈路圖7改良的收發(fā)機接收框圖由于采用圖6所示的收發(fā)機設計時，發(fā)端預編碼矩陣中出現(xiàn)的拉格朗日乘子不易求解，故本節(jié)采用圖7所示的改良結構進行收發(fā)機設計。相對于圖6，新的接收機設計方案中將每個用戶的接收機提出一個共同的系數(shù)，即.第個用戶的均方差(MSE)為(23)系統(tǒng)總的MSE為(24)因此收發(fā)機的設計問題轉化為如下優(yōu)化問題：，s.t.(25)其中為系統(tǒng)總的發(fā)射功率。根據(jù)式(23)可以寫出如下Lagrangian函數(shù)：(26)其中為拉格朗日乘子。根據(jù)KKT條件，可以列出如下方程組:(27)(28)(29)(30)(31)其中是維塊對角矩陣，是維綜合信道矩陣，是維矩陣。由式(26)左乘可得(32)對式(32)取共軛轉置，并由Hermite矩陣的性質可得(33)由式(31)，式(32)及式(28)可得(34)進一步可得(35)顯然此處。故由KTT條件式(29)可得:。代入式(34)可得(36)將式(36)代入式(27)，可得(37)而由式(26)可得(38)將式(37)代入式(36)可得(39)其中。由式(39)可見，引入了共同的增益因子后g后，發(fā)端預編碼矩陣有閉式解，而此閉式解與g無關。雖然式(39)比已有線性編碼方法更簡潔，且方程中僅有發(fā)端預編碼矩陣一個未知矩陣變量，但直接求解W仍然比較困難，因為D是依賴于W的，在此提出迭代求解方案：初始化；用式(36)求出各用戶的接受矩陣，從而得到D，再用式(38)算出W的更新值；W最近兩次更新值之差的Frobenius范數(shù)大于預設值(0.0001)時，返回步驟2；否則結束；對最終得到的W按發(fā)射功率進行歸一化；各個用戶單獨按最小均方差準則設計接收機。4.2單用戶單信息流系統(tǒng)作為一個特殊算法，下面將分析一下本文算法在單用戶單信息流情況下的特殊形式。此時W和G均為列向量，且有下式成立:(40)將式(39)代入(38)有(41)其中?？紤]到為一個標量，它的作用是對發(fā)射波束進行功率約束，我們可以得到如下快速迭代算法：初始化:;更新W:;功率約束:;如果結束(0.0001)，否則返回步驟(2)；根據(jù)的W值以最小均方差為準則設計G。同樣，對于W的功率約束可以在迭代收斂后再做，即步驟(3)和步驟(4)可以顛倒可以節(jié)省計算量。值得注意的是，此時迭代公式(步驟2)和文獻[15]的迭代方法相似。文獻[15]上針對TDD系統(tǒng)，在不發(fā)射訓練序列的前提下，通過發(fā)射端與移動端之間的往復直接傳輸接收到的信號來達到對信道矩陣主特征波束的逼近求解。因此，每一次迭代均要一次發(fā)射端與移動端之間的往復傳輸才能實現(xiàn)。而此的迭代算法則僅通過基站側的迭代實現(xiàn)，無需收發(fā)端的往復傳輸。4.3收斂性的分析由于面臨的問題是一個多參數(shù)優(yōu)化問題，且參數(shù)之間相互耦合，因此直接求解和困難。交替優(yōu)化迭代首先將待優(yōu)化的參數(shù)分成若干組，優(yōu)化其中一組參數(shù)時，假設其它組參數(shù)已經(jīng)固定，而當?shù)玫皆摻M參數(shù)的更新值時，就可以用于其它組參數(shù)的優(yōu)化。以上標n表示第n迭代后所得到的最優(yōu)解。從第3小節(jié)的分析可以知道，在給定的前提下，各個用戶的接收矩陣(與式(37)給出的相差一個系數(shù)g)()是最優(yōu)的，即(42)同理，當給定時，由式(40)所得到的也是最優(yōu)的，即(43)由(42)、(43)可得(44)因此優(yōu)化迭代方案總可以使系統(tǒng)的MSE逐漸減小，并最終收斂到一個穩(wěn)定的點。當然這個穩(wěn)定點有可能全局最優(yōu)，也可能局部最優(yōu)。仿真表明，信噪比小于10dB時，5次左右的迭代已基本收斂。4.4計算復雜度的分析為了簡化分析，本文采用flop表示計算復雜度。一個flop表示一次實數(shù)的加、減、乘或除法運算。一次復數(shù)的加法運算為2個flop。乘法運算為6個flop，除法為10個flop。基本的矩陣運算復雜度分別為若，，則的flop為6mnp;的SVD分解的flop為，復數(shù)矩陣約為實數(shù)矩陣的6倍；矩陣求逆的flop為為了分析方便，假設用戶天線數(shù)均為N，基站天線數(shù)為M，用戶數(shù)為K，對每個用戶支持的數(shù)據(jù)流數(shù)均為L。另外，文獻[12]用于求解注點及Lagrangian系數(shù)的數(shù)值求解迭代次數(shù)設為I，對于二分法求解，10-20次的迭代就可以達到的精度。文獻[12]的主要計算復雜度來自于Lagrangian系數(shù)的求解、發(fā)射預編碼矩陣及接收矩陣求解、每個可能的Lagrangian系數(shù)下的計算MSE等。一次迭代總的為以上3項復雜度之和，即(45)假設，忽略低次項后為(46)本文所提算法復雜度主要包括:D的計算(每個用戶接收矩陣組成，式(38))，對的求解，以及迭代求W。一次迭代總的flop為以上3項復雜度之和，即(47)假設，忽略低次項后為(48)表1給出了在不同的發(fā)射天線數(shù)、接收天線數(shù)、用戶數(shù)及每個用戶支持的數(shù)據(jù)流數(shù)下，每種算法的復雜度比較。在每個用戶支持單信息流的情況下，所提算法比文獻[12]復雜度節(jié)省15倍以上;在滿數(shù)據(jù)流時，所提算法也能節(jié)省7.5倍以上的計算復雜度?？梢?，本文所提算法的計算復雜度遠小于文獻[12]表1常用參數(shù)配置下兩種算法復雜度比較MNKILFlop本文算法文獻[12]Ratio42220124983766415.089742220N5632438087.77784623201926415715216.963762320N235201856647.893963220N261362537769.7098仿真結果及其分析圖8多用戶系統(tǒng)的誤符號性能曲線圖9單用戶單信息流系統(tǒng)的性能曲線本節(jié)的仿真環(huán)境如下:基站至各個用戶之間的信道均為Rayleigh平衰落，在一個數(shù)據(jù)幀內(nèi)信道保持不變，且在基站側可以準確已知。對于基站M天線，K個用戶，每個用戶N天線，每個用戶支持數(shù)據(jù)流的下行鏈路系統(tǒng)簡記為。為了防止某些情況下收斂速度過慢，對迭代次數(shù)的上界作了限制，在各種參數(shù)配置下MonteCarlo仿真次數(shù)大雨10000次.作為比較，本文給出了文獻[12]的仿真曲線。圖8給出了多用戶系統(tǒng)的誤符號性能曲線，可以看出，本文所提出的算法與文獻[12]偶相同的性能，但前者的計算復雜度卻遠遠小于后者。圖9給出了單用戶單信息流系統(tǒng)的性能曲線，作為比較，圖中也給出了主特征模式波束分別采用信道矩陣的最大奇異值所對應的右奇異矢量和左奇異矢量。可以看出，此時本文算法與主特征模式波束形成算法性能幾乎一致。5兩種方法的結果分析本文提出一種改進的收發(fā)機結構,并在此基礎上給出了一種有效的迭代算法以解決發(fā)射端預編碼矩陣的求解問題。由于拉格朗日乘子有解析解，因而預編碼矩陣也有閉式解。和傳統(tǒng)迭代求解方案相比，本文所提方案有更低的計算復雜度?；趬K傳輸，將窄帶MIMO信道下的并行干擾接收算法推廣到頻率選擇信道,得到了一種寬帶空時接收機,通過仿真分析和評估了所提出接收機的性能,仿真結果表明：所提出的接收機方案可行，而且頻率選擇信道有助于提高系統(tǒng)的分集增益。致謝本課題是在指導老師的精心指導下完成的.在整個研究過程中，得到了指導老師的全力支持和幫助。導師在學術上理論的淵博和對科學研究精益求精的工作態(tài)度與風格不但使我受益非淺，也深深地感染了我，在此對指導老師表示誠摯的感謝！同時也感謝本組同學在我做課題的過程中給予我的巨大幫助和鼓勵，還要特別感謝本班的一些同學在我寫論文期間給我提出的寶貴意見和關心支持。在此，對導師給我提供的良好學習和實驗環(huán)境致以真誠的謝意！參考文獻[1]胡容，黃愛蘋，王洪玉，顧偉康.采用多徑干擾抵消的RAKE接收機[J].電子與信息學報，2002（6）[2]杜娜，徐大專.一種低復雜度的空時多用戶迭代檢測方案[J].電子與信息學報，2009(2)[3]張敏，王中鵬.寬帶MIMO信道下的并行干擾抵消接收機[J].計算機工程與應用，2008(1)[4]倪興，王曉湘，杜娟.一種新的基于噪聲預測的部分判決反饋MIMO接收算法[J].電子與信息學報，2008(1)[5]馬義忠，司穎，竇戰(zhàn)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