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第五代移动通信对无线通信系统提出了更高的挑战,如提供更高的传输速率、实现更低的时延和提供灵活的波形选择等。时下流行的正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)波形已经不能满足这些需求。因此,需要为其寻找合适的替代方案。广义频分复用(generalized frequency division multiplexing, GFDM)波形因其灵活性和鲁棒性备受关注。多输入多输出技术(Multi-input Multi-output, MIMO)与候选波形的结合必不可少。相比于OFDM,GFDM在MIMO检测精度上与其相当,但其检测复杂度要高出许多,不利于硬件实现。此外,子载波非正交的GFDM波形用于MIMO信道时会同时遭受载波间干扰(Inter-carrier Interference, ICI)、符号间干扰(Inter-symbol Interference, ISI)和天线间干扰(Inter-Antenna Interference, IAI)三重干扰,需要通过接收端均衡联合消除。这也导致了GFDM检测算法有着很高的计算复杂度,大大限制了其在实际工程中的应用。因此,设计一种低复杂度、高性能的MIMO-GFDM检测算法,具有十分重要的意义。
本文在传统的迭代最小均方误差(Minimum Mean Square Error, MMSE)并行干扰消除(Parallel Interference Cancellation, PIC)检测算法的基础上,总结了一种适用于MIMO-GFDM系统的MMSE-PIC解映射方法。该方法通过使用条件无偏估计器替代传统的有偏估计器来消除检测过程中的系统偏差。算法层面分析频域数据估计和时域数据估计的关联,基于此介绍一种三步骤MMSE-PIC解映射方法。为了在不损失性能的前提下充分降低计算复杂度,利用三步骤表达式中矩阵的特殊性质将估计器分解为多个子系统,结合共轭梯度法(conjugate Gradient Method, CGD)法,给出相应的低复杂度近似求解算法。
复杂度评估表明,相比于原始的迭代MMSE-PIC检测器关于子符号数M的立方阶计算复杂度,所介绍三步骤MMSE-PIC解映射的迭代检测算法仅有关于M的伪线性阶计算复杂度,近似达到了OFDM的线性程度。不同迭代次数下GFDM与OFDM的帧差错率(Frame Error Rate, FER)对比实验显示了迭代接收机优于非迭代接收机,GFDM优于OFDM的事实。此外,最大似然性能对比实验表明迭代MMSE-PIC检测算法能够实现最优的最大似然检测性能。
本文在传统的迭代最小均方误差(Minimum Mean Square Error, MMSE)并行干扰消除(Parallel Interference Cancellation, PIC)检测算法的基础上,总结了一种适用于MIMO-GFDM系统的MMSE-PIC解映射方法。该方法通过使用条件无偏估计器替代传统的有偏估计器来消除检测过程中的系统偏差。算法层面分析频域数据估计和时域数据估计的关联,基于此介绍一种三步骤MMSE-PIC解映射方法。为了在不损失性能的前提下充分降低计算复杂度,利用三步骤表达式中矩阵的特殊性质将估计器分解为多个子系统,结合共轭梯度法(conjugate Gradient Method, CGD)法,给出相应的低复杂度近似求解算法。
复杂度评估表明,相比于原始的迭代MMSE-PIC检测器关于子符号数M的立方阶计算复杂度,所介绍三步骤MMSE-PIC解映射的迭代检测算法仅有关于M的伪线性阶计算复杂度,近似达到了OFDM的线性程度。不同迭代次数下GFDM与OFDM的帧差错率(Frame Error Rate, FER)对比实验显示了迭代接收机优于非迭代接收机,GFDM优于OFDM的事实。此外,最大似然性能对比实验表明迭代MMSE-PIC检测算法能够实现最优的最大似然检测性能。