B3G关键技术研究——MIMO检测技术的研究与FPGA实现

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本论文探讨了MIMO检测的FPGA实现,以及围绕这个主题所进行的算法研究。 MIMO技术被认为是新一代移动通信(beyond3G/4G)的核心技术之一,它利用多个天线进行收发,能在不占用过多带宽的情况下提高系统的容量。MIMO检测技术是MIMO技术体系中的一个热点。现有的检测算法很多,有的性能优良但复杂度太高,如ML检测算法,有的复杂度低但性能不好,如ZF检测算法。基于循环结构的MMSESIC检测算法是一种两者兼顾的算法,但实现起来还是存在诸多困难。本文的重点就是讨论如何将这种检测算法在性能损失不大的情况下进行简化,使之适合硬件设计,并且将简化后的算法在Xilinx公司的Virtex-ⅡproXC2VP70芯片中实现。 第一章回顾了现代移动通信的发展,对下一代移动通信系统及关键技术进行了展望,介绍了课题来源与论文的安排。 第二章简要介绍了MIMO技术框架以及该技术在B3G下行链路中的应用,接下来重点介绍了MMSESIC检测算法,通过复杂度分析来说明硬件实现的困难所在。然后提出自己的简化方案,即通过简要的推导证明在无循环的情况下MMSESIC检测算法完全等同于MMSE检测算法,结合运算的特点提出了简化的对数似然比解调方案,从而省去了大量的非线性运算,简化后的方案在文中被称为MMSE-LLR检测方案。 在第三章中研究了矩阵求逆运算。由于基于MMSE的检测算法中会不可避免地遇到矩阵求逆运算,经过分析发现此类矩阵均为正定Hermite矩阵,根据此类矩阵的特点引入了变量循环重新编号法求逆算法,并且根据运算过程中数据的对称性提出了进一步的简化方案。 第四章首先介绍FPGA的基本原理与设计方法,然后详细描述了设计中将要采用的Virtex-Ⅱpro系列FPGA芯片的结构、特点和资源等。 第五章为MIMO检测的FPGA实现部分。在本章中先介绍了系统需求、基本框架,然后介绍了在系统中采用的器件分时复用的思想,接着对重点模块同时也是难实现的模块的实现方案进行了详细的介绍,最后对硬件的性能进行了分析,以此来证明前面做的简化与设计都是行之有效的。 最后一章进行了概括性的总结与展望。
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