论文部分内容阅读
摘 要：随着无线通信技术的迅速发展，5G移动通信应时提出了3大目标：极高的速率、极大的容量和极低的时延。为此，学者们应用MIMO技术实现了极大的容量，但是要真正实现极高的速率和极低的时延，还需要信号检测技术的同步发展，因此在MIMO系统的接收端研究复杂度和误码率更低的信号检测技术十分必要。
关键词：无线通信技术;5G移动通信;MIMO技术
一、基带系统中的LR-Aided ZF检测器
（一）LR-Aided 检测器性能分析
本文的LR-Aided LD （Linear Detector） 系统中，LR算法采用CLLL算法，LD采用ZF滤波。通过对比ML检测器、ZF检测器、LR-Aided ZF检测器的误码率性能，证明了CLLL算法对线性检测器误码率性能具有明显的优化效果。
（二）仿真结果
由于正交格基中ZF检测的区域边界和ML检测相同，那么理论上来说，LR-Aided ZF检测器可以提供和ML相同的检测性能，但是实际上，两者之间还是存在一定的差距，这个差距是由于对 进行判决引入的。为了保证每个码元的发射功率为1，采用归一化的4QAM调制。
由于c=Us ，而U 是由H 经CLLL约减计算出的幺模矩阵，对于不同的H ，幺模矩阵U 也必然不同。因此，规约基中的等效发射信号的星座图c是不确定的，这就给检测判决带来了问题。对于 MIMO系统，c的两种不同星座图。
c经过瑞利信道，叠加高斯白噪声后的判决信号散点图如图1-1所示。
为了对星座图不定的等效发射信号c进行有效的检测判决，对发射信号s 进行平移缩放，使其星座图分布在格点上，从而降低检测判决的难度[1]。由于U是幺模矩阵，因此，经过变换 c也分布在格点上。
可以看出，经过平移缩放，等效发射信号c的星座图分布在连续的复整数格点上，因此更利于检测判决[2]。平移缩放后的c经过球对称复高斯信道，并叠加高斯白噪声后的待判决向量散点分布图如图1-2所示。
二、带通系统中的LR-Aided ZF检测器
（一）系统模型
一个 的MIMO系统采用4QAM映射，载波频率5GHz ，信号通过CSCG信道后，在接收端进入LR-Aided ZF检测器进行带通解调。
MIMO系统发射端把随机生成的二进制比特流映射到4QAM星座图中，然后对发射码元脉冲成型，经过低通滤波器变成适合传输的基带信号，再用5GHz 载波调制，完成发射端的带通调制过程。接收端用高频载波乘以接收到的信号，再通过滤波器滤除带外噪声，最后通过检测器进行检测判决，完成接收端的检测过程[3]。
（二）5GHz条件下的LR-Aided检测器
基带信号需要经根升余弦滤波器滤波控制带宽，滤波器参数如表2-1所示。
经上述根升余弦滤波器滤波后第一根发射天线的I路基带信号时域波形如图2-1所示。
对时域基带信号做120点的FFT变换，各FFT点对应的频率可由计算得出，其中 表示FFT点序号，fs 是采样频率，N是FFT总点数。当k=60时对应频率为10GHz，当k=50时对应频率为8.33GHz。
滤波成型后的基带信号还需要调制到高频载波上，以第一根发射天线的 路信号为例，带通调制后发射信号的时域波形如图2-2所示。
MIMO系统的接收端同时对经基带信道和带通信道传输的信号进行检测判决[4]。由于系统的载波频率较高，所需的采样频率也很大，因此设置的码元数较少，在统计两者的误码率性能时，可能存在一些偶然误差[5]。
其中N0为噪声功率，基带信号和带通信号的LR-Aided ZF检测器的误码率性能比较如图2-3所示。
从图中可以看出，LR-Aided ZF检测器对带通信号的检测误码率和基带信号几乎相同，说明LR-Aided ZF检测器对带通信号具有同样有效的优化效果。
五、总结
为了真正实现5G移动通信的3大目标：极高的速率、极大的容量和极低的时延，发射部分采用毫米波作为载体提高了信号传输速率，信道部分利用MIMO技术进行空分复用成倍拓展了信道容量，但是系统的接收端还需要复杂度和误码率更低的检测技术[6]。本文在MIMO系统的接收端全面研究了一种基于预处理技术的线性检测器，能够在保持低复杂度的同时，提高检测器的误码率性能，获得完全接收分集增益。
参考文献：
[1] 秦小波，贺光辉，马骏.格基规约算法在MIMO检测中的应用[J].中国科技论文，2015（14）：1614-1621.
[2] 白琳，李敏，李颖，于全.空间信号协同处理理论与技术[M].北京：人民邮电出版社，2017.
[3] 白健，劉念，李子臣，等.基于Gauss和LLL规约的新型格基规约算法[J].计算机工程， 2013， 39（11）：147-149.
[4] 陈辉焱，刘乐，杨毅.并行BKZ算法[J].计算机应用研究， 2017， 34（10）：2946-2949.
[5] 吕浩，吕志平，翟树峰，等.一种改进的LLL模糊度规约算法[J].中国惯性技术学报， 2017， 25（5）.
[6] 周围，曾雪，樊鹏. MIMO系统中基于条件数阈值的格基约减信号检测算法[J]. 重庆邮电大学学报（自然科学版）， 2017（6）.
作者简介：
李欣阳（1998-）姓别：女，蒙古族，籍贯：内蒙古自治区. 学历：本科，专业：通信工程。
关键词：无线通信技术;5G移动通信;MIMO技术
一、基带系统中的LR-Aided ZF检测器
（一）LR-Aided 检测器性能分析
本文的LR-Aided LD （Linear Detector） 系统中，LR算法采用CLLL算法，LD采用ZF滤波。通过对比ML检测器、ZF检测器、LR-Aided ZF检测器的误码率性能，证明了CLLL算法对线性检测器误码率性能具有明显的优化效果。
（二）仿真结果
由于正交格基中ZF检测的区域边界和ML检测相同，那么理论上来说，LR-Aided ZF检测器可以提供和ML相同的检测性能，但是实际上，两者之间还是存在一定的差距，这个差距是由于对 进行判决引入的。为了保证每个码元的发射功率为1，采用归一化的4QAM调制。
由于c=Us ，而U 是由H 经CLLL约减计算出的幺模矩阵，对于不同的H ，幺模矩阵U 也必然不同。因此，规约基中的等效发射信号的星座图c是不确定的，这就给检测判决带来了问题。对于 MIMO系统，c的两种不同星座图。
c经过瑞利信道，叠加高斯白噪声后的判决信号散点图如图1-1所示。
为了对星座图不定的等效发射信号c进行有效的检测判决，对发射信号s 进行平移缩放，使其星座图分布在格点上，从而降低检测判决的难度[1]。由于U是幺模矩阵，因此，经过变换 c也分布在格点上。
可以看出，经过平移缩放，等效发射信号c的星座图分布在连续的复整数格点上，因此更利于检测判决[2]。平移缩放后的c经过球对称复高斯信道，并叠加高斯白噪声后的待判决向量散点分布图如图1-2所示。
二、带通系统中的LR-Aided ZF检测器
（一）系统模型
一个 的MIMO系统采用4QAM映射，载波频率5GHz ，信号通过CSCG信道后，在接收端进入LR-Aided ZF检测器进行带通解调。
MIMO系统发射端把随机生成的二进制比特流映射到4QAM星座图中，然后对发射码元脉冲成型，经过低通滤波器变成适合传输的基带信号，再用5GHz 载波调制，完成发射端的带通调制过程。接收端用高频载波乘以接收到的信号，再通过滤波器滤除带外噪声，最后通过检测器进行检测判决，完成接收端的检测过程[3]。
（二）5GHz条件下的LR-Aided检测器
基带信号需要经根升余弦滤波器滤波控制带宽，滤波器参数如表2-1所示。
经上述根升余弦滤波器滤波后第一根发射天线的I路基带信号时域波形如图2-1所示。
对时域基带信号做120点的FFT变换，各FFT点对应的频率可由计算得出，其中 表示FFT点序号，fs 是采样频率，N是FFT总点数。当k=60时对应频率为10GHz，当k=50时对应频率为8.33GHz。
滤波成型后的基带信号还需要调制到高频载波上，以第一根发射天线的 路信号为例，带通调制后发射信号的时域波形如图2-2所示。
MIMO系统的接收端同时对经基带信道和带通信道传输的信号进行检测判决[4]。由于系统的载波频率较高，所需的采样频率也很大，因此设置的码元数较少，在统计两者的误码率性能时，可能存在一些偶然误差[5]。
其中N0为噪声功率，基带信号和带通信号的LR-Aided ZF检测器的误码率性能比较如图2-3所示。
从图中可以看出，LR-Aided ZF检测器对带通信号的检测误码率和基带信号几乎相同，说明LR-Aided ZF检测器对带通信号具有同样有效的优化效果。
五、总结
为了真正实现5G移动通信的3大目标：极高的速率、极大的容量和极低的时延，发射部分采用毫米波作为载体提高了信号传输速率，信道部分利用MIMO技术进行空分复用成倍拓展了信道容量，但是系统的接收端还需要复杂度和误码率更低的检测技术[6]。本文在MIMO系统的接收端全面研究了一种基于预处理技术的线性检测器，能够在保持低复杂度的同时，提高检测器的误码率性能，获得完全接收分集增益。
参考文献：
[1] 秦小波，贺光辉，马骏.格基规约算法在MIMO检测中的应用[J].中国科技论文，2015（14）：1614-1621.
[2] 白琳，李敏，李颖，于全.空间信号协同处理理论与技术[M].北京：人民邮电出版社，2017.
[3] 白健，劉念，李子臣，等.基于Gauss和LLL规约的新型格基规约算法[J].计算机工程， 2013， 39（11）：147-149.
[4] 陈辉焱，刘乐，杨毅.并行BKZ算法[J].计算机应用研究， 2017， 34（10）：2946-2949.
[5] 吕浩，吕志平，翟树峰，等.一种改进的LLL模糊度规约算法[J].中国惯性技术学报， 2017， 25（5）.
[6] 周围，曾雪，樊鹏. MIMO系统中基于条件数阈值的格基约减信号检测算法[J]. 重庆邮电大学学报（自然科学版）， 2017（6）.
作者简介：
李欣阳（1998-）姓别：女，蒙古族，籍贯：内蒙古自治区. 学历：本科，专业：通信工程。