王彥春

摘要：多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)是近些年來(lái)通信系統(tǒng)領(lǐng)域中的重要突破，可極大的提升無(wú)線(xiàn)通信的傳輸可靠性與信道容量，是推動(dòng)無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)進(jìn)步的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)其信號(hào)的檢測(cè)是MIMO技術(shù)中需深入研究的而重要課題。本文從MIMO技術(shù)的概述出發(fā)，分析MIMO通信系統(tǒng)中的信號(hào)檢測(cè)技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】MIMO 通信系統(tǒng) 信號(hào)檢測(cè)技術(shù)

隨著目前科學(xué)技術(shù)的推動(dòng)以及信息化時(shí)代的帶來(lái)，通信已經(jīng)成為人們生活中必不可少的重要部分，并隨著社會(huì)與經(jīng)濟(jì)水平的不斷提升，人們對(duì)通信的速率與質(zhì)量有著更高的標(biāo)準(zhǔn)與要求。在此背景下，無(wú)線(xiàn)通信業(yè)務(wù)在不斷發(fā)展，MIMO技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，此項(xiàng)技術(shù)的出現(xiàn)，極大的提升了通信的系統(tǒng)容量與實(shí)際傳輸速率，能夠?qū)崿F(xiàn)多路信號(hào)資源的并行性傳輸，并保證通信的可靠性，是第四代移動(dòng)通信的關(guān)鍵核心技術(shù)。MIMO的信號(hào)檢測(cè)是其系統(tǒng)應(yīng)用中最為重要的問(wèn)題，是影響系統(tǒng)運(yùn)行性能的重要因素，因此，對(duì)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行深入研究是一項(xiàng)重要課題。

1 MIMO技術(shù)的概述

1.1 內(nèi)涵

MIMO技術(shù)，是多輸入多輸出技術(shù)的簡(jiǎn)稱(chēng)，在信號(hào)發(fā)射與接收終端通過(guò)多根并行天線(xiàn)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的有效傳輸。MIMO發(fā)射端是使用的并行性天線(xiàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)信號(hào)的同時(shí)性發(fā)射，將多個(gè)不相容數(shù)據(jù)流在最短的時(shí)間效率內(nèi)容進(jìn)行傳輸與接收，此項(xiàng)技術(shù)與傳統(tǒng)的單向輸入、輸出技術(shù)有著本質(zhì)上的區(qū)別，其利用無(wú)線(xiàn)信道這一途徑，對(duì)空間資源進(jìn)行最大限度的開(kāi)發(fā)，并建立一種并行的多徑傳輸渠道，在系統(tǒng)寬帶與信號(hào)傳輸功率不變的情況下，實(shí)現(xiàn)信號(hào)資源容量與信號(hào)頻譜利用效率的成倍提升，是提升通信可靠性與穩(wěn)定性的關(guān)鍵性技術(shù)，順應(yīng)現(xiàn)階段人們對(duì)高速率、大容量、決定穩(wěn)定的通信需要，并成為第四代通信發(fā)展的核心技術(shù)。

1.2 優(yōu)勢(shì)

MIMO通信系統(tǒng)中，其發(fā)射端與接收端有著并行的信號(hào)傳輸天線(xiàn)，在系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)下，其發(fā)射終端所包含的每一根天線(xiàn)都會(huì)同時(shí)進(jìn)行信號(hào)的發(fā)射，而接收終端則會(huì)收到疊加狀態(tài)的信號(hào)。在系統(tǒng)的發(fā)射終端，信息資源所傳輸?shù)拇写a流會(huì)被轉(zhuǎn)化為一種多路并行狀態(tài)下的子碼流，并通過(guò)不同天線(xiàn)渠道，在同一個(gè)時(shí)刻與頻率中進(jìn)行發(fā)射，接收端口則通過(guò)對(duì)疊加信號(hào)的分離，計(jì)算出原始的子碼流，這種信息傳輸形式，相當(dāng)于對(duì)頻道資源的一種重復(fù)性使用，并對(duì)信息通過(guò)原有的頻帶進(jìn)行高速率的傳輸，大大提升了系統(tǒng)鏈路可靠性與頻帶的高度利用率。

2 MIMO通信系統(tǒng)中的信號(hào)檢測(cè)技術(shù)

2.1 最大似然檢測(cè)算法

此項(xiàng)檢測(cè)算法是通過(guò)找尋最佳的x^，井使得（Y-HX^）2最小即可，這種檢測(cè)的算法能夠使得系統(tǒng)獲取最優(yōu)的檢測(cè)效果，是現(xiàn)階段MIMO系統(tǒng)中信號(hào)檢測(cè)所使用的最優(yōu)算法，但是其缺點(diǎn)在于比較復(fù)雜，且隨著信號(hào)的發(fā)射調(diào)制階數(shù)增多而難度增加。如果假定發(fā)射終端的天線(xiàn)數(shù)量為M，其調(diào)制的階數(shù)為N，此項(xiàng)檢測(cè)方法需要經(jīng)歷重復(fù)性的數(shù)遍搜索，在天線(xiàn)的數(shù)量過(guò)多或者階數(shù)過(guò)高的時(shí)候，系統(tǒng)難以承受。為改善此類(lèi)問(wèn)題，可通過(guò)球形譯碼的算法進(jìn)行檢測(cè)，能夠達(dá)到大大降低算法的復(fù)雜程度，其簡(jiǎn)便的算法為：對(duì)M-l個(gè)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，然后對(duì)剩下的那一個(gè)信號(hào)通過(guò)迫零（ZF）的檢測(cè)方式進(jìn)行。

2.2 迫零（ZF）檢測(cè)算法

MIMO系統(tǒng)在運(yùn)行中，其接收終端會(huì)收到疊加形式的發(fā)射信息資源，因?yàn)楦黝?lèi)信號(hào)之間的繁雜性干擾，使得迫零檢測(cè)方式運(yùn)營(yíng)而生，迫零的檢測(cè)算法將接收終端的信號(hào)雜亂干擾進(jìn)行消除，其檢測(cè)矩陣為：

GZF=（H^HJ）^-1H通過(guò)信號(hào)資源之間的干擾性條件消除，實(shí)現(xiàn)多干流之間干擾的消除，對(duì)干擾降至零度。此項(xiàng)檢測(cè)方式比較簡(jiǎn)單，但是因?yàn)榇嬖谳^為嚴(yán)重的噪音有問(wèn)題而使用受限。為改善上述問(wèn)題，出現(xiàn)一種ML與迫零兩者相結(jié)合的檢測(cè)方式，即通過(guò)針對(duì)迫零的檢測(cè)，然后假設(shè)某一信號(hào)的分量為錯(cuò)誤值，經(jīng)過(guò)各個(gè)信號(hào)的篩選實(shí)現(xiàn)全部信道的檢測(cè)，最終得到理想的檢測(cè)效果。

2.3 V-BLAST檢測(cè)算法

垂直.貝爾分層空時(shí)碼理論提出后，其極大的提高了通信系統(tǒng)信道的容量，而V-BLAST檢測(cè)算法是作為上述理論的一種補(bǔ)充，其與CDMA系統(tǒng)中多用戶(hù)檢測(cè)功能相類(lèi)似，可有效排除干擾，形成一種具有判決和均衡反饋效果的結(jié)構(gòu)。V-BLAST檢測(cè)算法在應(yīng)用中需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行依次檢測(cè)，這一過(guò)程分為4個(gè)步驟，即排序、檢測(cè)信號(hào)、調(diào)制信號(hào)、消除干擾。在這一算法中，如何控制信號(hào)的排列順序是非常重要的，相關(guān)研究人員就此問(wèn)題進(jìn)行了信號(hào)信噪的排序，可得出以下公式：

G_ZFY=G_ZFZF在這個(gè)公式中，若發(fā)射功率在天線(xiàn)間處于平均分配的情況，則每根天線(xiàn)之間的信號(hào)功率和噪聲是想通的，每層信號(hào)的信噪會(huì)隨著信號(hào)權(quán)向量范數(shù)的變化而變化。根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，信號(hào)檢測(cè)性能越強(qiáng)，那么其排列的順序就越合理。依據(jù)以上公式對(duì)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，可有效減少誤碼傳播的幾率。

2.4 QR分解檢測(cè)算法

QR分解檢測(cè)算法是MIMO通信系統(tǒng)中較為常用的一種檢測(cè)方法，其算法過(guò)程和其他算法不同的是，其能夠根據(jù)信道矩陣對(duì)QR進(jìn)行分解，這可有效的減少誤差，同時(shí)也可以簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程。QR分解檢測(cè)法的公式為：

Q^HY=Q^H（HX+W） =RX+Q^HW

其中，H=QR，Q^HQ=I_M，R代表M×M的上三角矩陣。是Q^H酉陣，因?yàn)镼^HW與W之間存在聯(lián)系，因此沒(méi)有多噪聲進(jìn)行放大處理。從這一公式中可以看出，這一算法本質(zhì)上也屬于串行干擾消除法中的一種類(lèi)型，其同樣存在無(wú)法傳播的問(wèn)題，尤其是變量H的存在，極大的影響了計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。相關(guān)文獻(xiàn)表明，在QR的分解過(guò)程中，沒(méi)有考慮到噪聲對(duì)信號(hào)的影響，因此若根據(jù)噪聲進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，也能夠提高公式的檢測(cè)準(zhǔn)確性。

3 結(jié)束語(yǔ)

在目前的無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)制定中，MIMO技術(shù)已經(jīng)得到了較為廣泛性的應(yīng)用，相比于傳統(tǒng)的單向信息輸送系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，MIMO技術(shù)有著更高的容量潛力與頻譜傳輸效率。信號(hào)檢測(cè)作為MIMO系統(tǒng)中的最重要部分，要想進(jìn)一步的推動(dòng)MIMO系統(tǒng)的發(fā)展就必須通過(guò)檢測(cè)技術(shù)的不斷優(yōu)化推動(dòng)研究成果的進(jìn)步。

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