基于CDMA的MIMO-OFDM系統(tǒng)檢測算法和多址方案的研究.pdf

1、未來移動通信系統(tǒng)要達到大容量的要求，并滿足用戶高速移動多媒體業(yè)務(wù)的需求，需要在物理層技術(shù)上有所突破。由于多入多出(MIMO)技術(shù)能夠成倍的提高系統(tǒng)容量；正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)能夠以低復(fù)雜度有效對抗無線信道中的多徑衰落，因此MIMO-OFDM系統(tǒng)被認為是下一代移動通信系統(tǒng)物理層的主要備選方案之一。碼分多址(CDMA)作為一種多址技術(shù)能夠提供用戶的靈活接入，并在多小區(qū)組網(wǎng)環(huán)境下具有較高的頻率復(fù)用系數(shù)，因而結(jié)合CDMA多址方案的MIMO

2、-OFDM系統(tǒng)具有良好的應(yīng)用前景。 本文主要研究整合三種技術(shù)優(yōu)勢而形成的基于CDMA的MIMO-OFDM系統(tǒng)上行鏈路的檢測算法和多址方案。論文的主要工作和創(chuàng)新點包括： 在對MIMO-OFDM系統(tǒng)，以及單天線OFDM系統(tǒng)各種基于CDMA的多址方案研究和分析的基礎(chǔ)上，提出了基于CDMA的MIMO-OFDM的系統(tǒng)模型。 在上述系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上，提出了兩種面向用戶的逐級刪除檢測算法，即面向用戶的逐級刪除迫零檢測算法(UO

3、-GC-ZF)和面向用戶的逐級刪除最小均方誤差檢測算法(UO-GC-MMSE)；針對這兩種算法的用戶排序環(huán)節(jié)，提出了四種具有不同計算復(fù)雜度和性能的排序準則，即平均誤符號率(ASER)準則、最大最小信噪比(Max-Min-SNR)準則、最大最大信噪比(Max-Max-SNR)準則以及平均信噪比(ASNR)準則；利用Sherman-Morrison-Woodbury公式，對UO-GC-MMSE算法中各級檢測的矩陣求逆運算進行了簡化，大大降低

4、了UO-GC-MMSE算法的運算量；詳細分析了兩種面向用戶的逐級刪除檢測算法的計算復(fù)雜度，并與傳統(tǒng)線性檢測算法ZF和MMSE做了比較；對UO-GC-ZF算法和UO-GC-MMSE算法進行了性能仿真。仿真結(jié)果表明，在不同激活用戶數(shù)以及不同符號調(diào)制方式的情況下，無論采用何種排序準則，面向用戶的逐級刪除檢測算法都優(yōu)于相應(yīng)的傳統(tǒng)線性檢測算法。并且當系統(tǒng)沒有功率控制的情況下，面向用戶的逐級刪除檢測算法相對于傳統(tǒng)的ZF和MMSE檢測算法具有更加明顯

5、的性能優(yōu)勢。 同樣在上述系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上，本文提出了兩種傳統(tǒng)線性檢測算法的簡化算法，即面向用戶的分塊迫零(UO-BZF)和分塊最小均方誤差(UO-BMMSE)檢測算法；以及具有較低處理時延的面向用戶反饋輔助(UO-FA)檢測算法。對計算復(fù)雜度和仿真結(jié)果的分析表明，在用戶擴展塊內(nèi)的信道變化不大的無線環(huán)境中，UO-BZF算法和UO-BMMSE算法在性能損失不大的情況下，能夠大大降低傳統(tǒng)ZF和MMSE算法的計算復(fù)雜度；UO-FA檢測算

6、法在計算復(fù)雜度增加不多的情況下，性能大大優(yōu)于傳統(tǒng)的ZF和MMSE檢測算法。 本文針對MIMO-OFDM系統(tǒng)比SISO-OFDM系統(tǒng)增加了空間域的特點，提出了多天線多載波多時隙碼分多址方案M-ACT-CDMA。該多址方案利用擴展碼將用戶發(fā)送符號擴展到多根發(fā)送天線、多個子載波和多個時隙上，同時利用了空間、頻率和時間三個域的分集，能夠有效對抗無線信道衰落，提高MIMO-OFDM系統(tǒng)的性能。仿真結(jié)果表明，在不同激活用戶數(shù)的條件下，M-A

7、CT-CDMA多址方案的性能優(yōu)于由單天線MC-CDMA、MC-DS-CDMA、OFCDMA直接擴展到多天線得到的多址方案，并且M-ACT-CDMA多址方案具有更好的魯棒性。 在采用M-ACT-CDMA多址方案的MIMO-OFDM系統(tǒng)中，提出了兩種復(fù)合正交用戶擴展碼(COC)，即基本復(fù)合正交碼(FCOC)和通用復(fù)合正交碼(GCOC)。復(fù)合正交用戶擴展碼能夠進一步增強M-ACT-CDMA的MIMO-OFDM系統(tǒng)性能。仿真結(jié)果表明，在