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MIMO-OFDM技术能够实现更高的频谱利用率和系统容量,已被IEEE802.11n/3GPP LTE等多种标准所采用。信号检测和信道估计是MIMO-OFDM系统的重要研究内容。但最优检测算法的计算复杂度随传输速率的提高呈指数上升,ORD-M等非穷尽搜索检测虽然能够接近最优算法的检测性能,但其计算复杂度在采用多天线独立传输和高阶星座调制的高速系统中(如4×4,64QAM)仍然较高。信道估计与信号检测密不可分,是MIMO-OFDM系统中的另一项关键技术,相比普通OFDM系统的信道估计更为复杂。研究简单高效的数据检测和信道估计算法对设计实现MIMO-OFDM基带处理芯片具有重要的意义。
本课题对MIMO-OFDM系统中VBLAST(Vertical Bell Laboratories LayeredSpace-Time)结构和结合空时分组码(Space-Time Block Codes,STBC)的STBC-VBLAST混合结构的数据检测算法、信道估计技术、以及接收端帧检测、符号定时同步等关键算法进行了研究,建立了一套完整的IEEE802.11n基带处理芯片发送/接收算法,获得了核心的MIMO-OFDM关键算法系列实验成果。
本论文的主要创新点和研究成果如下:
(1)提出了一种简化的软输出QRD-M数据检测算法,采用预先确定子节点升序的新型节点展开(Expansion)机制和采用“比-选-替”的方式进行的分布式拣选(Sorting)机制,在保持传统QRD-M算法性能的前提下,分别减少50％～75％的数学运算量;
(2)针STBC-VBLAST混合结构,提出了一种简单高效的新型QRD-M检测方法,根据接收信号的估计值确定节点的有限搜索范围,在保持接近传统QRD-M算法性能的前提下,能分别减少70％～90％的数学运算量；
(3)提出了一种用于MIMO-OFDM系统的新型迭代离散傅立叶变换(DisceteFourier Transform,DFT)信道估计算法,能够有效恢复‘零’子载波的信道响应,并可以消除信道估计的MSE“地板”效应,显著改善了信道估计的性能；
(4)提出了一种针对MIMO-OFDM的新型符号定时同步算法,能够在多径信道下准确确定OFDM符号的起始位置,从而避免了符号间干扰和载波间干扰对系统接收性能的不良影响。