宽带无线通信系统中可配置MIMO译码器设计和实现

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目前在无线高速宽带城域网技术IEEE802.16(WiMAX)、3GPP长期演进技术LTE和3GPP2超移动宽带UMB技术中,都采用MIMO技术来提高信道容量,增强频谱利用率;而MIMO检测分离经过MIMO信道的混合信号,是MIMO系统的关键技术之一。当前的检测算法主要包括线性检测算法、干扰抵消检测算法、改进的检测算法和球形译码算法。QRM-MLD-ASESS算法属于改进的选择干扰抵消的算法,兼顾性能和复杂度,性能接近最大似然(ML)算法,且算法复杂度有较大的灵活性,能够接近线性检测算法。本文主要研究MIMO无线通信系统中基于多选择干扰抵消的检测技术。文章简单介绍了各种MIMO检测算法及其性能仿真,重点描述了宽带无线通信系统中,可配置的MIMO检测模块的硬件设计和实现,并提出了优化的实现方案。本文首先介绍了新一代宽带无线通信系统WIMAX、LTE、UMB系统,以及MIMO技术在这些系统中的应用。然后描述了基于经典的MIMO系统结构――V-BLAST系统,介绍了包括最大似然、球形译码、迫零、最小均方误差和干扰消除等经典MIMO检测算法,阐明了这些算法的原理和准则,比较并分析了仿真结果。接着详细介绍了MLD、QRM-MLD和QRM-MLD-ASESS算法,并且比较了MMSE和这三种算法的复杂度,QRM-MLD-ASESS算法是一种性能较好且复杂度适中的算法。分析了采用FPGA实现的原因,并提出了算法的基本架构。最后,详细阐述了基于QRM-MLD-ASESS算法的可配置MIMO检测器的实现,定义了接口数据格式,详细描述了算法流程,给出了实现框图,并且给出定点化性能仿真,选取与浮点性能接近的定点位宽。针对每个模块的特点分别提出了FPGA的简化实现方案,通过迭代优化硬件资源,最终给出了硬件资源消耗列表。既满足了性能和资源需求,又支持可配置的功能。文章结尾对将来需要研究的一些技术点进行了总结和展望。
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