多天線信號聯(lián)合接收處理關鍵技術研究

多天線信號聯(lián)合接收處理關鍵技術研究隨著無線通信的迅猛發(fā)展,以可靠信息傳輸為前提,低發(fā)射功率,高數(shù)據(jù)速率和高頻譜效率等要求越來越迫切。多變的傳輸環(huán)境、復雜的通信網(wǎng)絡以及不斷降低的信號功率,使得接收技術面臨著愈發(fā)嚴峻的挑戰(zhàn)。在傳統(tǒng)單路信號接收技術中,多個同參數(shù)的估計與符號檢測通?；谥饘犹幚淼慕Y構,然而為了進一步降低同步門限提高接收性能,.多個同步參數(shù)與符號信息的聯(lián)合處理方法與實現(xiàn)結構是接收技術的一個重要研究方向。同時,多天線信號聯(lián)合接收是一種能夠有效提升接收性能的多數(shù)據(jù)流聯(lián)合處理結構,’在深空通信、低軌衛(wèi)星通信以及分集接收等系統(tǒng)中得到廣泛的研究與應用。本文的主要研究工作圍繞通信信號接收中多參數(shù)及多信號間的聯(lián)合處理技術展開。針對同步參數(shù)與符號信息的聯(lián)合處理問題,多天線信號接收中的聯(lián)合同步、聯(lián)合信道參數(shù)估計以及聯(lián)合符號檢測問題進行了深入的分析研究。論文的主要內(nèi)容以及主要創(chuàng)新點概括為如下幾方面：1、針對小樣本、低信噪比條件下符號定時與符號信息的聯(lián)合處理問題,基于非完整數(shù)據(jù)集下的最大似然估計模型,提出了一種無須定時恢復的最大似然符號檢測算法。算法直接利用匹配濾波器輸出序列求解,在EM算法框架下通過迭代計算實現(xiàn)最大似然符號檢測。利用理論結果,‘推導得到了基于過采樣信號離散化求和的估計式與低采樣率下基于多項式函數(shù)積分的估計式,并在此基礎上給出一種新的迭代實現(xiàn)結構,與傳統(tǒng)基于定時恢復的符號檢測算法相比避免了對最佳采樣點進行內(nèi)插恢復。仿真分析表明,算法輸出誤碼率能夠逼近理想聯(lián)合最大似然解,優(yōu)于傳統(tǒng)非數(shù)據(jù)輔助類算法,與判決反饋類聯(lián)合處理算法相比在短數(shù)據(jù)條件下誤碼率更低,且收斂更快。2、針對同步參數(shù)未知條件下的符號信息提取問題,在最大似然準則下提出一種無須同步參數(shù)估計的迭代符號檢測算法。與傳統(tǒng)接收處理中逐級同步處理的結構不同,該算法將符號定時、載波頻偏與載波相位等同步參數(shù)作為缺失信息在EM算法框架下與符號信息聯(lián)合處理,得到一種新的最大似然符號檢測算法。并在理論結果基礎上推導得到閉式的迭代估計式,與傳統(tǒng)基于EM的聯(lián)合最大似然同步參數(shù)估計算法相比求解計算更加簡單,且在短數(shù)據(jù)條件下誤碼率更低,迭代收斂更快并對信號參數(shù)不敏感。3、在多天線聯(lián)合接收背景下,提出了一種基于最大似然的多數(shù)據(jù)流聯(lián)合同步與聯(lián)合符號檢測算法。傳統(tǒng)結構通過信號合成實現(xiàn)多信號聯(lián)合處理,需要先進行信號參數(shù)校準或先完成信號同步。多天線聯(lián)合符號檢測算法通過利用多數(shù)據(jù)流中承載的相同符號信息,實現(xiàn)了信號間參數(shù)差異估計補償與信號同步的聯(lián)合處理,以及最大似然準則下的聯(lián)合符號檢測。與傳統(tǒng)符號合成結構相比,避免了低信噪比帶來的同步門限問題；與波形合成結構相比,無需首先進行計算量較大的波形校準與相干合成,而是直接基于多路未進行同步或校準的接收信號實現(xiàn)最大似然準則下的聯(lián)合符號檢測。仿真分析表明,多數(shù)據(jù)流聯(lián)合同步與聯(lián)合符號檢測算法在低信噪比下較傳統(tǒng)信號合成技術處理損失大大降低,尤其在較大規(guī)模組陣接收應用中具有更優(yōu)的誤碼率性能。4、針對非均勻組陣接收條件下的聯(lián)合最大似然符號檢測問題,建立了多數(shù)據(jù)流信噪比參數(shù)與符號信息的聯(lián)合最大似然估計模型。在SAGE(Space-AlternatingGeneralizedEM)算法框架下給出了多數(shù)據(jù)流多參數(shù)的聯(lián)合迭代處理算法,實現(xiàn)了最大似然準則下多天線未同步信號的信噪比參數(shù)與符號信息的聯(lián)合迭代求解。針對非均勻組陣中未知的信號功率與噪聲功率譜密度,通過多數(shù)據(jù)流多參數(shù)的聯(lián)合處理,避免了傳統(tǒng)信噪比與符號的聯(lián)合估計算法需要先完成各路信號同步的缺點；而與基于信號波形的信噪比估計算法相比,由于進一步利用了各接收信號的符號信息,多參數(shù)聯(lián)合求解算法具有更高的參數(shù)估計精度。仿真分析表明,多數(shù)據(jù)流多參數(shù)聯(lián)合最大似然算法無論是信噪比估計精度或是輸出誤碼率,均優(yōu)于采用傳統(tǒng)信噪比估計算法的信號合成技術。5、針對多徑衰落信道下的符號檢測問題,基于定時同步、信道參數(shù)與符號信息的聯(lián)合處理,給出了一種多天線信號聯(lián)合最大似然信道估計與符號檢測算法。從多徑信道參數(shù)未知時的匹配濾波和定時同步問題出發(fā),將多徑信道復增益與符號速率抽樣下等效信道作為未知參數(shù)與符號信息聯(lián)合求解,建立了多徑時延信息缺失條件下的多參數(shù)聯(lián)合最大似然估計模型。在EM算法框架下,通過多徑時延參數(shù)的期望化處理,利