基于格基規(guī)約的5GHz多天線信號檢測與接收機設(shè)計

摘 要：隨著無線通信技術(shù)的迅速發(fā)展，5G移動通信應(yīng)時提出了3大目標：極高的速率、極大的容量和極低的時延。為此，學(xué)者們應(yīng)用MIMO技術(shù)實現(xiàn)了極大的容量，但是要真正實現(xiàn)極高的速率和極低的時延，還需要信號檢測技術(shù)的同步發(fā)展，因此在MIMO系統(tǒng)的接收端研究復(fù)雜度和誤碼率更低的信號檢測技術(shù)十分必要。

關(guān)鍵詞：無線通信技術(shù);5G移動通信;MIMO技術(shù)

一、基帶系統(tǒng)中的LR-Aided ZF檢測器

（一）LR-Aided 檢測器性能分析

本文的LR-Aided LD （Linear Detector） 系統(tǒng)中，LR算法采用CLLL算法，LD采用ZF濾波。通過對比ML檢測器、ZF檢測器、LR-Aided ZF檢測器的誤碼率性能，證明了CLLL算法對線性檢測器誤碼率性能具有明顯的優(yōu)化效果。

（二）仿真結(jié)果

由于正交格基中ZF檢測的區(qū)域邊界和ML檢測相同，那么理論上來說，LR-Aided ZF檢測器可以提供和ML相同的檢測性能，但是實際上，兩者之間還是存在一定的差距，這個差距是由于對 進行判決引入的。為了保證每個碼元的發(fā)射功率為1，采用歸一化的4QAM調(diào)制。

由于c=Us ，而U 是由H 經(jīng)CLLL約減計算出的幺模矩陣，對于不同的H ，幺模矩陣U 也必然不同。因此，規(guī)約基中的等效發(fā)射信號的星座圖c是不確定的，這就給檢測判決帶來了問題。對于 MIMO系統(tǒng)，c的兩種不同星座圖。

c經(jīng)過瑞利信道，疊加高斯白噪聲后的判決信號散點圖如圖1-1所示。

為了對星座圖不定的等效發(fā)射信號c進行有效的檢測判決，對發(fā)射信號s 進行平移縮放，使其星座圖分布在格點上，從而降低檢測判決的難度[1]。由于U是幺模矩陣，因此，經(jīng)過變換 c也分布在格點上。

可以看出，經(jīng)過平移縮放，等效發(fā)射信號c的星座圖分布在連續(xù)的復(fù)整數(shù)格點上，因此更利于檢測判決[2]。平移縮放后的c經(jīng)過球?qū)ΨQ復(fù)高斯信道，并疊加高斯白噪聲后的待判決向量散點分布圖如圖1-2所示。

二、帶通系統(tǒng)中的LR-Aided ZF檢測器

（一）系統(tǒng)模型

一個 的MIMO系統(tǒng)采用4QAM映射，載波頻率5GHz ，信號通過CSCG信道后，在接收端進入LR-Aided ZF檢測器進行帶通解調(diào)。

MIMO系統(tǒng)發(fā)射端把隨機生成的二進制比特流映射到4QAM星座圖中，然后對發(fā)射碼元脈沖成型，經(jīng)過低通濾波器變成適合傳輸?shù)幕鶐盘?，再?GHz 載波調(diào)制，完成發(fā)射端的帶通調(diào)制過程。接收端用高頻載波乘以接收到的信號，再通過濾波器濾除帶外噪聲，最后通過檢測器進行檢測判決，完成接收端的檢測過程[3]。

（二）5GHz條件下的LR-Aided檢測器

基帶信號需要經(jīng)根升余弦濾波器濾波控制帶寬，濾波器參數(shù)如表2-1所示。

經(jīng)上述根升余弦濾波器濾波后第一根發(fā)射天線的I路基帶信號時域波形如圖2-1所示。

對時域基帶信號做120點的FFT變換，各FFT點對應(yīng)的頻率可由計算得出，其中 表示FFT點序號，fs 是采樣頻率，N是FFT總點數(shù)。當k=60時對應(yīng)頻率為10GHz，當k=50時對應(yīng)頻率為8.33GHz。

濾波成型后的基帶信號還需要調(diào)制到高頻載波上，以第一根發(fā)射天線的 路信號為例，帶通調(diào)制后發(fā)射信號的時域波形如圖2-2所示。

MIMO系統(tǒng)的接收端同時對經(jīng)基帶信道和帶通信道傳輸?shù)男盘栠M行檢測判決[4]。由于系統(tǒng)的載波頻率較高，所需的采樣頻率也很大，因此設(shè)置的碼元數(shù)較少，在統(tǒng)計兩者的誤碼率性能時，可能存在一些偶然誤差[5]。

其中N0為噪聲功率，基帶信號和帶通信號的LR-Aided ZF檢測器的誤碼率性能比較如圖2-3所示。

從圖中可以看出，LR-Aided ZF檢測器對帶通信號的檢測誤碼率和基帶信號幾乎相同，說明LR-Aided ZF檢測器對帶通信號具有同樣有效的優(yōu)化效果。

五、總結(jié)

為了真正實現(xiàn)5G移動通信的3大目標：極高的速率、極大的容量和極低的時延，發(fā)射部分采用毫米波作為載體提高了信號傳輸速率，信道部分利用MIMO技術(shù)進行空分復(fù)用成倍拓展了信道容量，但是系統(tǒng)的接收端還需要復(fù)雜度和誤碼率更低的檢測技術(shù)[6]。本文在MIMO系統(tǒng)的接收端全面研究了一種基于預(yù)處理技術(shù)的線性檢測器，能夠在保持低復(fù)雜度的同時，提高檢測器的誤碼率性能，獲得完全接收分集增益。

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作者簡介：

李欣陽（1998-）姓別：女，蒙古族，籍貫：內(nèi)蒙古自治區(qū). 學(xué)歷：本科，專業(yè)：通信工程。