慢衰落信道下MMSE-VBLAST检测算法

慢衰落信道下MMSE-VBLAST检测算法 慢衰落信道下MMSE-VBLAST检测算法 第3期(总第166期) 2011年6月 机械工程与自动化 MECHANICALENGINEER]NG&AUTOMATION No.3 Jun. 文章编号:1672—6413(2011)03—0024—02 慢衰落信道下MMSE—VBLAST检测算法睾 朱彦军,宋仁旺,王钢飞 (太原科技大学电子信息工程学院,山西太原030024) 摘要:多入多出(MIMO)系统在无线通信中能提高系统的数据传输效率.在MIMO系统中VBLAST是一种 低复杂度,易于实现的结构.研究了MIMO系统中MMSE—VBLAST算法的性能,仿真比较和分析了慢衰落 信道下3种MMSE—VBLAST算法的误码率性能,以及排序的抑制和删除干扰的MMSE—VBLAST算法与天线 对数对系统的影响.仿真明排序的抑制和删除干扰的MMSE—VBLAST算法是一种较优的检测算法,对提 高下行链路中接收机的性能,系统容量和覆盖有很好的指导作用. 关键词:多入多出(MIMO);垂直分层空时编码(VBLAST);最小均方误差(MMSE) 中图分类号:TN9I1.22文献标识码:A 0引言 MIMO系统能够提高无线通信系统的频谱效率, 尤其能提高散射环境下的信道容量,是一种提高无线 通信业务中多媒体业务的有效技术.Foschini提出的 空时发射是一种比较简单的MIMO结构——贝尔 实验室空时分层结构中的垂直结构(V—BLAST). 由于它的编译码都较容易实现,因此受到广泛的重 视.本文仿真研究了慢衰落信道下天线对数不同时对 VBLAST系统的影响和几种MMSE检测算法的性能. 1V—BLAST系统模型 V—BLAST系统结构见图1,其中有发射天线 根,接收天线?根,系统发送的数据流经过串/并变换 后分成?个子数据流,每个子数据流经过调制后形成 ,r,由相应的发射天 发送信号向量=[.,,… 线发送,每根接收天线都能收到所有天线发射的信号. 接收信号向量为: r=HSx+.………………………………(1) 其中:r=[r,r,…,r];H为信道矩阵,S为发送的功 率矩阵,S=diag(?s.,?s.,…,);n为零均值加性 高斯白噪声,n=[n.,n,…,n]. 2三种MMSE检测算法 2.1最小均方误差检测算法(MMSE) 最小均方误差检测算法要求保证发送矢量和接 收信号矢量线性组合Wr的均方误差最小,即: min{(—Wr)}.…………………………(2) 其中:W为线性组合系数矩阵,埘=[日+ h]H,为噪声方差,为单位矩阵.t时刻天线 i传输信号的判决矢量为: Y=1tr.………………………………… (3) 其中:为矩阵的第f行.对Y的硬判决可以得到 第i根天线传输信号的估计值: :=g(Y:).………………………………(4) 在抑制而不删除干扰的检测中,重复式(3), 式(4)就能得到全部发送数据. V.BLAST 编码 卑l并 H VBLAST 检测 串,并 图lV—BLAST系统结构框图 2.2抑制和删除干扰的最小均方误差检测算法 (MMSE—IC) 在抑制并且删除干扰的检测中,利用已检测出的 信息,恢复干扰,并且删除干扰.消除了干扰信号后 来山西高校科技研究开发项目资助(20091023) 收稿日期:2011—01?18;修回日期:2011—02?25 作者简介:朱彦军(1976.),男,山西平定人,助教,硕士,主要研究方向:移动通信,个人 通信和无线通信. 2011年第3期朱彦军,等:慢衰落信道下MMSE—VBLAST检测算法?25? 的接收信号向量为: r:r一互:.……………………………(5) 其中:h为信道传播矩阵的第列,表示发射天线i到 接收天线的传播情况;互为接收的向量产生的干扰. 最后把信道传播矩阵中的第i列删除,缩小成信 道传播矩阵日.这个缩小的信道传播矩阵在第(rt一 i+1)次删除后的表达式为: H7= h1. 1 h.. ? : h.i h1. 2 h2.2 ? : hr.2 h1.—I h2.一 l ? : h, f一1 重复以上的步骤,得到所有天线的信息. 2.3排序的抑制和删除干扰的最小均方误差检测算 法(MMSE—IC—ORDER) 信号检测后的信噪比为: P. Wll:.……………(7)丽.………… 其中:为噪声能量;为信号能量;,表示等价.信 噪比P.只与IIW成反比,通信系统的性能主要由 最小的P决定.首先检测有最大Pi的信号,然后把它从 接收信号中删除,可大大减小对余下的P的影响,提高 系统的性能.从式(7)可知,检测有最大P的信号将变 成检测最小lI加ll对应的信号.排序,就是信号检测 顺序按照WIl由小到大的顺序进行,抑制和删除 干扰的最小均方误差检测算法不变. 3仿真结果及分析 3.1仿真环境 仿真中天线采用2×2,4X4,信道为准静态瑞 利慢衰落信道,信道矩阵元素的实部和虚部是独立同 分布复高斯随机变量,均值为0,方差为1/2.发射 信号为[0,1]序列,采用位编码的BPSK调制,每 一 帧信号总功率E=1W,发射功率在各天线上平均 分配.仿真信噪比范围为0dB一25dB,每隔5dB仿 真一次,仿真1000帧,每帧的帧长为50(信道使用 50次),信道参数一帧内保持不变. 3.2仿真结果 图2为采用4×4天线时3种MMSE算法的比较. 由图2可见:在误码率是l0数量级时,MMSE—IC— ORDER算法最好,比MMSE—IC算法信噪比提高了大 约8dB,比MMSE算法信噪比提高了大约12dB. 图3为采用2×2,4×4天线时排序和不排序的 MMSE算法的比较.由图3可见:?排序的MMSE算 法要比不排序的MMSE算法好;?在等收发天线的 情况下,天线对数对不排序的MMSE—V—BLAST影 响不大,误码率的性能很接近,两条曲线几乎重合; ?在等收发天线时,天线对数对排序的MMSE—V— BLAST有一定影响,信噪比比较小时,性能几乎没 有差别,随着信噪比的增加,4对天线的性能要比2 对天线的性能好. 图2采用4×4天线时3种MMSE算法比较 图3排序和不排序MMSE算法比较 4结语 仿真了3种MMSE检测算法,得出了不同收发 天线对在MMSE检测算法中的影响.在MIMO系统 设计的过程中,排序的抑制和删除干扰的MMSE检 测算法的性能最好,在对收发天线对数的设计时应该 同时考虑天线成本和天线增益. 参考文献: [1]吴伟陵,牛凯.移动通信原理[M].北京:电子工业出版 社,2005. [2]吴刚.VBLAST系统中检测技术的研究[J].河北工业大 学,2010(3):56—59. 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DesignandImplementationofOfficeAutomationSystem xuHut-qiong (ShanxiVocationalPolytechnicalCollege,Taiyuan030006,China) Abstract:Thisthesisproposesanofficeautomationsystem,whichisdevelopedbyJavaandre fersthesoftwareengineeringapproach.Itis basedonJ2EEplatform,usingWebLogie7.0aswebserverandapplicationserver,JBuilder8a sIDE,Oracle9iasdatabaseserver,JSP/ ServletandJavaBcanasmaindevelopingtechnology,andInternetExplorerbrowserasclient. Themainfunctionmodulesinvolve:internal officeandtransactionprocess, ing,documentandinformationexchange,informationmanagementandissue,datamanagementandanalysis, archivesmanagement,E— mall,systemmanagementetc./nterna/offlceandtraasactionprocessing,information&datainquiry,andportal informationsitemanagementareintegratedorganically. Keywords:officeautomationsystem;documentprocess;workflow ,','lm''''''',l'II,'''l'II"'''Imm,'',lt.'m,'',''',ml''''',,,',',','''',,?,''''''m,ll-'','',,,,'ll"'' (上接第25页) AnalysisofMMSE——VBLASTDetectionAlgorithm BasedonRayleighFadingChannels ZHUYan-jun,SONGRen-wang,WANGGang-fei (SchoolofElectronicInformationEngineering,TaiyuanUniversityofScienceandTechnology,Taiyuan030024,China) Abstract:Ithasbeenprovedthatmultiple—inputandmuhiple— output(MIMO)systemoffersgreatincreaseindatatransmissionratein wirelesscommunications.Vertical—belllaboratorieslayeredspace— time(VBLAST),alesscomplicateddetectionalgorithmisaviable solution.Thispaperstudiestheminimummeansquarederrorvertical— belllaboratorieslayeredspace—time(MMSE—VBLAST)performance intheMIMOsystemenvironment.Thesimulationisconductedtocompareandanalyzebit— errorrateoftheMMSE—VBLASTalgorithmbased onrayleighfadingchannels,tryingtoidentifytheimpactsofsequenceinhibitionandinteferen ceeliminationusingMMSE—VBLAST algorithmandthepairsofantennasonthesystem.ThesimulationsuggeststhatMMSE— VBLASTalgorithmisanexcellentdetection algorithm.Theresultsofsimulationwillhelpinimprovingthedownlinkreceiver'sperformance,systemcapacityandlayover. Keywords:MIM0;VBLAST;MMSE