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多天线系统低复杂度干扰消除接收机的研究

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主要符号对照表

第一章 绪论

1.1 相关的研究背景:MIMO, BLAST, V-BLAST和G-STBC

1.2 相关的研究背景:通信标准中类似于BLAST的MIMO架构

1.3 本文的贡献

1.4 本文的整体结构

第二章 改进的递归V-BLAST算法

2.1 本章简介

2.2 系统模型

2.3 现有的V-BLAST递归算法

2.4 一个新的快速算法来计算逆矩阵R?1以及我们提出的改进的递归V-BLAST算法

2.5 复杂度评估

2.6 本章总结

第三章 优化实现递归V-BLAST算法以节省存储空间

3.1 本章简介

3.2 系统模型

3.3 现有的递归V-BLAST 算法,包括现有节省存储空间的V-BLAST算法

3.4 针对现有递归V-BLAST算法的节省存储空间和矩阵行列置换操作的改进实现方法

3.5 本章总结

第四章 改进的平方根V-BLAST算法

4.1 本章简介

4.2 系统模型

4.3 平方根V-BLAST算法

4.4 逆Cholesky分解的快速算法

4.5 我们提出的平方根V-BLAST算法

4.6 复杂度评估

4.7 本章总结

第五章 免平方根且免除法的高效V-BLAST算法

5.1 本章简介

5.2 系统模型

5.3 我们提出的免平方根且接近免除法的V-BLAST算法

5.4 免平方根和免除法的逆LDMT 分解算法的推导

5.5 免平方根和免除法的广义Givens旋转的推导

5.6 复杂度评估

5.7 本章总结

第六章 扩展V-BLAST的高效平方根算法

6.1 本章简介

6.2 V-BLAST系统模型和针对V-BLAST的高效平方根算法

6.3 S-PARC系统模型和现有的针对S-PARC的低复杂度方案

6.4 S-PARC的高效实现

6.5 推导公式(6–16)和(6–17)

6.6 复杂度评估

6.7 本章总结

第七章 高效的递归G-STBC算法

7.1 本章简介

7.2 系统模型

7.3 针对G-STBC的一个快速递归算法

7.4 推导公式(7–10)

7.5 比较我们提出的分组(Group-wise) OSIC与分组(Group-wise)排序的逐符号(Symbol-wise)SIC

7.6 关于文献“A New ML Based Interference Cancellation Tech-nique for Layered Space-Time"的注释

7.7 性能分析和数字实验结果

7.8 本章总结

第八章 高效的平方根G-STBC算法

8.1 本章简介

8.2 系统模型

8.3 针对Alamouti矩阵的高效逆Cholesky分解

8.4 用于G-STBC的高效平方根算法

8.5 复杂度评估

8.6 本章总结

全文总结

附录A 附录I

A.1 本文提出的逆Cholesky分解快速算法的并行实现

A.2 在平方根V-BLAST算法中借用递归V-BLAST算法缩小Q|m的方法进一步降低复杂度

参考文献

致谢

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摘要

BLAST(Bell Labs Layered Space-Time architecture:贝尔实验室分层空时结构)以及其简化版本V-BLAST(vertical BLAST:垂直BLAST),是实现高频谱效率MIMO(multiple-input multiple-output:多输入多输出)通信系统的一种有效方式。包含天线选择和AMC(Adaptive Modulation and Coding:自适应调制编码)的V-BLAST通常可以被称为扩展V-BLAST(Extended V-BLAST)。在空间复用增益之外,MIMO系统也能提供空间分集增益(spatial diversity gain),空时分组码(space-time block code:STBC)就是一个例子。STBC和V-BLAST的组合被称为分组空时分组码(Group-wise STBC:G-STBC),它能够同时实现空间复用增益和空间分集增益。
  本文研究用于V-BLAST、G-STBC和上述的扩展V-BLAST的接收算法的低复杂度实现。通常本文不改变现有算法的原理和性能,只是充分利用中间结果以减少所需的计算复杂度。本文比较有价值的几个工作总结如下:
  1.本文改进现有的递归V-BLAST算法,它相对于现有的递归V-BLAST算法的加速是1.3。
  2.本文提出针对包含多路Alamouti STBC的G-STBC的快速递归算法。相对于现有高效率G-STBC算法,本文提出的G-STBC递归算法达到更好的性能,而且通常需要更少的复杂度:它对现有次优顺序干扰消除G-STBC接收算法的加速是2.57。
  3.本文提出一个用于逆Cholesky分解的快速算法,用来为V-BLAST的估计误差协方差矩阵计算一个三角形的平方根。然后它被用来提出一个改进的平方根V-BLAST算法,它加速在先前的平方根V-BLAST算法中的几个步骤,同时它在MIMO OFDM系统中能够提供进一步的计算量节省。与传统的逆Cholesky分解相比,本文提出的逆Cholesky分解避免了对Cholesky因子进行回代的操作,而回代的操作是一个固有的串行过程,并不适合于并行实现。本文提出的平方根V-BLAST算法比现有的高效率V-BLAST算法更快。在MIMO OFDM系统中,它对先前的平方根V-BLAST算法和已知的最快递归V-BLAST算法的加速分别是3.9到5.2和1.05到1.4。
  4.主要针对传统乘法加法数字计算器,本文提出逆LDMT分解算法和广义Givens旋转算法,它们都是免平方根和免除法的。然后它们被用来提出一个免平方根和接近免除法的快速V-BLAST算法。当计算逆Cholesky因子,相对于现有的免平方根和免除法的替代的Cholesky分解和需要K个除法的三角矩阵回代求逆,本文提出的逆LDMT分解具有1.19倍的加速。而本文提出的广义Givens旋转的计算复杂度与现有的高效Givens旋转相同。
  5.本文针对扩展V-BLAST开发高效的实现算法。当发射天线数目M等于接收天线数目N,相对于现有的两种算法,本文相应提出的两种高效率算法的加速分别是0.14M+1.82和(M+58)/24。
  6.本文提出高效率的平方根G-STBC算法,它对现有的次优顺序逐次干扰消除G-STBC算法的平均加速是2.96到3.6,而且它的计算复杂度通常低于上述的本文提出的递归G-STBC算法。
  本文单独考虑高效率递归算法和高效率平方根算法。因此,下一步的工作可以考虑把本文所提的高效率递归算法和高效率平方根算法相结合,以进一步降低V-BLAST算法和G-STBC算法的计算复杂度,本文在附录中给出了相关的基本思路。

著录项

  • 作者

    朱胡飞;

  • 作者单位

    上海交通大学;

  • 授予单位 上海交通大学;
  • 学科 信号与信息处理
  • 授予学位 博士
  • 导师姓名 陈文;
  • 年度 2013
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类 TN911.253;
  • 关键词

    多天线系统; 干扰消除; 接收机; 计算复杂度;

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