基于格基規(guī)約的5GHz多天線(xiàn)信號(hào)檢測(cè)與接收機(jī)設(shè)計(jì)

摘 要：隨著無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的迅速發(fā)展，5G移動(dòng)通信應(yīng)時(shí)提出了3大目標(biāo)：極高的速率、極大的容量和極低的時(shí)延。為此，學(xué)者們應(yīng)用MIMO技術(shù)實(shí)現(xiàn)了極大的容量，但是要真正實(shí)現(xiàn)極高的速率和極低的時(shí)延，還需要信號(hào)檢測(cè)技術(shù)的同步發(fā)展，因此在MIMO系統(tǒng)的接收端研究復(fù)雜度和誤碼率更低的信號(hào)檢測(cè)技術(shù)十分必要。

關(guān)鍵詞：無(wú)線(xiàn)通信技術(shù);5G移動(dòng)通信;MIMO技術(shù)

一、基帶系統(tǒng)中的LR-Aided ZF檢測(cè)器

（一）LR-Aided 檢測(cè)器性能分析

本文的LR-Aided LD （Linear Detector） 系統(tǒng)中，LR算法采用CLLL算法，LD采用ZF濾波。通過(guò)對(duì)比ML檢測(cè)器、ZF檢測(cè)器、LR-Aided ZF檢測(cè)器的誤碼率性能，證明了CLLL算法對(duì)線(xiàn)性檢測(cè)器誤碼率性能具有明顯的優(yōu)化效果。

（二）仿真結(jié)果

由于正交格基中ZF檢測(cè)的區(qū)域邊界和ML檢測(cè)相同，那么理論上來(lái)說(shuō)，LR-Aided ZF檢測(cè)器可以提供和ML相同的檢測(cè)性能，但是實(shí)際上，兩者之間還是存在一定的差距，這個(gè)差距是由于對(duì) 進(jìn)行判決引入的。為了保證每個(gè)碼元的發(fā)射功率為1，采用歸一化的4QAM調(diào)制。

由于c=Us ，而U 是由H 經(jīng)CLLL約減計(jì)算出的幺模矩陣，對(duì)于不同的H ，幺模矩陣U 也必然不同。因此，規(guī)約基中的等效發(fā)射信號(hào)的星座圖c是不確定的，這就給檢測(cè)判決帶來(lái)了問(wèn)題。對(duì)于 MIMO系統(tǒng)，c的兩種不同星座圖。

c經(jīng)過(guò)瑞利信道，疊加高斯白噪聲后的判決信號(hào)散點(diǎn)圖如圖1-1所示。

為了對(duì)星座圖不定的等效發(fā)射信號(hào)c進(jìn)行有效的檢測(cè)判決，對(duì)發(fā)射信號(hào)s 進(jìn)行平移縮放，使其星座圖分布在格點(diǎn)上，從而降低檢測(cè)判決的難度[1]。由于U是幺模矩陣，因此，經(jīng)過(guò)變換 c也分布在格點(diǎn)上。

可以看出，經(jīng)過(guò)平移縮放，等效發(fā)射信號(hào)c的星座圖分布在連續(xù)的復(fù)整數(shù)格點(diǎn)上，因此更利于檢測(cè)判決[2]。平移縮放后的c經(jīng)過(guò)球?qū)ΨQ(chēng)復(fù)高斯信道，并疊加高斯白噪聲后的待判決向量散點(diǎn)分布圖如圖1-2所示。

二、帶通系統(tǒng)中的LR-Aided ZF檢測(cè)器

（一）系統(tǒng)模型

一個(gè) 的MIMO系統(tǒng)采用4QAM映射，載波頻率5GHz ，信號(hào)通過(guò)CSCG信道后，在接收端進(jìn)入LR-Aided ZF檢測(cè)器進(jìn)行帶通解調(diào)。

MIMO系統(tǒng)發(fā)射端把隨機(jī)生成的二進(jìn)制比特流映射到4QAM星座圖中，然后對(duì)發(fā)射碼元脈沖成型，經(jīng)過(guò)低通濾波器變成適合傳輸?shù)幕鶐盘?hào)，再用5GHz 載波調(diào)制，完成發(fā)射端的帶通調(diào)制過(guò)程。接收端用高頻載波乘以接收到的信號(hào)，再通過(guò)濾波器濾除帶外噪聲，最后通過(guò)檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)判決，完成接收端的檢測(cè)過(guò)程[3]。

（二）5GHz條件下的LR-Aided檢測(cè)器

基帶信號(hào)需要經(jīng)根升余弦濾波器濾波控制帶寬，濾波器參數(shù)如表2-1所示。

經(jīng)上述根升余弦濾波器濾波后第一根發(fā)射天線(xiàn)的I路基帶信號(hào)時(shí)域波形如圖2-1所示。

對(duì)時(shí)域基帶信號(hào)做120點(diǎn)的FFT變換，各FFT點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻率可由計(jì)算得出，其中 表示FFT點(diǎn)序號(hào)，fs 是采樣頻率，N是FFT總點(diǎn)數(shù)。當(dāng)k=60時(shí)對(duì)應(yīng)頻率為10GHz，當(dāng)k=50時(shí)對(duì)應(yīng)頻率為8.33GHz。

濾波成型后的基帶信號(hào)還需要調(diào)制到高頻載波上，以第一根發(fā)射天線(xiàn)的 路信號(hào)為例，帶通調(diào)制后發(fā)射信號(hào)的時(shí)域波形如圖2-2所示。

MIMO系統(tǒng)的接收端同時(shí)對(duì)經(jīng)基帶信道和帶通信道傳輸?shù)男盘?hào)進(jìn)行檢測(cè)判決[4]。由于系統(tǒng)的載波頻率較高，所需的采樣頻率也很大，因此設(shè)置的碼元數(shù)較少，在統(tǒng)計(jì)兩者的誤碼率性能時(shí)，可能存在一些偶然誤差[5]。

其中N0為噪聲功率，基帶信號(hào)和帶通信號(hào)的LR-Aided ZF檢測(cè)器的誤碼率性能比較如圖2-3所示。

從圖中可以看出，LR-Aided ZF檢測(cè)器對(duì)帶通信號(hào)的檢測(cè)誤碼率和基帶信號(hào)幾乎相同，說(shuō)明LR-Aided ZF檢測(cè)器對(duì)帶通信號(hào)具有同樣有效的優(yōu)化效果。

五、總結(jié)

為了真正實(shí)現(xiàn)5G移動(dòng)通信的3大目標(biāo)：極高的速率、極大的容量和極低的時(shí)延，發(fā)射部分采用毫米波作為載體提高了信號(hào)傳輸速率，信道部分利用MIMO技術(shù)進(jìn)行空分復(fù)用成倍拓展了信道容量，但是系統(tǒng)的接收端還需要復(fù)雜度和誤碼率更低的檢測(cè)技術(shù)[6]。本文在MIMO系統(tǒng)的接收端全面研究了一種基于預(yù)處理技術(shù)的線(xiàn)性檢測(cè)器，能夠在保持低復(fù)雜度的同時(shí)，提高檢測(cè)器的誤碼率性能，獲得完全接收分集增益。

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作者簡(jiǎn)介：

李欣陽(yáng)（1998-）姓別：女，蒙古族，籍貫：內(nèi)蒙古自治區(qū). 學(xué)歷：本科，專(zhuān)業(yè)：通信工程。