基于格基规约的低复杂度迫整检测算法研究

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多天线系统相比于单天线系统能够成倍扩增信道容量并且提升频谱利用率,因而在无线通信系统中得到了广泛的应用。然而,随着天线数的增多,接收端信号检测的复杂度变得越来越高。因此,为了充分体现多天线技术的优势,需要寻找低复杂度、高性能的检测算法。近年来出现了迫整(Integer Forcing,IF)检测算法。该算法具有逼近最优检测算法的检测性能,且具有逼近线性检测算法的检测复杂度,因而被视为信号检测领域中的研究热点。IF算法虽然比ML算法拥有更低的检测复杂度,但在天线数较多的情况下复杂度还是略高。因此,本文旨在进一步降低迫整算法的复杂度,从而实现复杂度与性能的折中。针对基于穷举搜寻算法实现IF检测方案的复杂度极高的问题,本文将基于格基规约算法(Lattice Reduction,LR)实现IF检测,并在此基础上提出了分组迫整(Group Integer Forcing,G-IF)检测算法。该方案首先将接收信号进行分组,然后对每个分组独立使用IF检测。并且,在每个分组中都把来自其他分组的信号视为有效噪声。虽然系统的检测性能在一定程度上有所损失,但是通过分组能够有效降低信道矩阵的维度,从而降低使用格基规约算法得到最优整数矩阵的复杂度,进而降低IF检测算法的复杂度。本文具体介绍了分组迫整检测方案的实现步骤,分析对比了G-IF与IF检测算法的复杂度,并比较了G-IF与ZF检测算法的误码率性能。结果表明,G-IF算法具有比ZF算法更优的检测性能。本文针对分组迫整检测算法提出了全分集空时编码设计准则,从而保证在接收端使用的G-IF检测能够实现满分集。本文首先求得了G-IF算法每层的错误概率上界,再将错误概率上界与空时编码的线性设计相结合,得到了全分集空时编码非零奇异值判断准则。结果表明,空时编码的线性设计拥有非零奇异值特性,从而保证了应用该空时编码的通信系统采用G-IF检测方案可以获得全分集增益。
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