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与传统单天线技术相比,MIMO(Multiple-Input-Multiple-Output,多输入多输出)无线通信技术可提供更高的系统信道容量,近年来已成为无线通信系统算法设计与硬件实现的研究热点之一,无论在3G、LTE、4G中MIMO技术都有着广泛的应用。如IEEE802.16e中采用了天线阵列为4×4,调制方式为64-QAM的MIMO技术,数据率达到70Mbps,以同样指标实现的IEEE 802.11n数据率更可达到500Mbps,然而,随着收发天线数量的提高与调制方式的复杂化,MIMO系统的复杂度也不断提高,如何设计MIMO无线通信系统中的信号检测系统(即MIMO信号检测器),使之以低复杂度实现,并能满足MIMO无线通信技术高速率的要求是通信领域研究的核心课题之一。同时,随着MIMO技术在移动设备上的普及,在同一系统中采用可配置多模调制这一架构方式更有利于应对信噪比的变化,保证通信质量、实现低功耗策略,这也要求MIMO信号检测器能够针对不同调制方式进行可配置解调检测。文章针对MIMO无线通信系统对信号检测器的高速、低复杂度、可配置等一系列要求,提出了两种MIMO信号检测器:信道辅助型超前删除检测器与预删减折叠K-Best检测器的算法研究与电路实现。文章首先分析了现有MIMO-OFDM信号检测算法。现有算法中,K-Best算法以广度优先方式进行信号检测,其性能可达到次优最大似然检测性能,且具有并行计算的特性,无回溯迭代过程,可应用于高速MIMO通信系统,符合下一代无线通信系统的高速需求,因此文章提出的信号检测器均基于K-Best检测算法。为满足检测性能,传统K-Best算法中参数K(代表各检测层保留输出节点数)必须随天线阵列数提高而增加,更重要的是,其扩展K个输出节点的全部子节点这一特性使其无法回避计算复杂度随调制方式复杂化线性上升这一缺陷,使其在应对诸如IEEE802.11n等协议中4×4天线阵列、64-QAM调制方式的系统指标时不得不消耗极大的硬件资源。为克服这一问题,文章所提出的MIMO信道辅助型超前删除检测算法与MIMO预删减折叠K-Best检测算法以减少计算复杂度为目标,创新性地分别在前者通过信道辅助分层对子节点超前删除、后者通过子节点预删减与折叠计算方式,于16-QAM与64-QAM调制方式下,在保持次优最大似然检测性能的基础上大幅减少了计算复杂度。在硬件实现上,文章分别就MIMO信道辅助型超前删除检测算法与MIMO预删减折叠K-Best检测算法提出了电路实现方案,在输入信号的控制下,两者分别可针对QPSK/16-QAM与QPSK/16-QAM/64-QAM调制方式进行解调检测。同时在系统架构中采用并行、流水线设计方案,使电路具有高速检测特性,在硬件实现中采用模块复用、超前计算、时序匹配等技术,减少硬件资源的消耗。通过Xilinx Virtex-4 FPGA(XC4VLX200)平台对可配置型信道辅助型超前删除MIMO信号检测器硬件实现,在16-QAM调制方式下数据吞吐率可达到2Gbps,此速率在同类信号检测器中达到很高的水平。通过对预删减折叠K-BestMIMO信号检测器在SMIC-0.18μm工艺ASIC流程中实现,其在QPSK/16-QAM/64-QAM调制方式下数据吞吐率均可达到1Gbps,同样达到较高水平。通过算法设计、硬件优化,文章所设计的两种MIMO信号检测器与具有相同性能指标的同类检测器相比具有很大的性能优势。