广义空间调制系统低复杂度检测算法的研究

作     者：吕文博 

作者单位：辽宁科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张新贺

授予年度：2023年

学科分类：11[军事学] 0810[工学-信息与通信工程] 1105[军事学-军队指挥学] 08[工学] 081002[工学-信号与信息处理] 110503[军事学-军事通信学] 

主      题：广义空间调制 正交匹配追踪 计算复杂度 信号检测算法 调制阶数 

摘      要：广义空间调制(GSM)技术作为空间调制(SM)技术的延伸,近年来受到了业界专家和学者的广泛关注。相较于每时隙只利用一根天线来传输调制符号的SM技术而言,GSM技术每时隙激活多根天线发送相同或者不同的调制符号。它不仅克服了SM技术上的劣势,更进一步实现了空间复用和提高了频谱效率。同时,GSM系统通过灵活部署天线数目,能够更好的权衡硬件成本。因此,GSM技术在新一代移动通信技术的研究中占据非常重要的一环。本文将发送相同符号的GSM系统作为研究对象,重点研究GSM系统的接收端信号检测问题。主要工作内容和创新点如下:(1)GSM系统的最大似然(ML)检测算法计算复杂度非常高,为了解决ML算法带来的高复杂度问题并提高GSM系统接收端检测调制符号的效率,本文提出了一种与调制阶数M无关的有序块硬限判决最大似然检测算法(OB-HLML)。该算法首先对发射天线组合进行可能性排序,然后利用HLML检测器结合阈值对天线组合和调制符号进行联合检测。仿真实验结果表明,所提的OB-HLML算法在保证检测性能与ML算法几乎一致的前提下,大大降低计算复杂度。(2)发射天线组合较多的大规模GSM系统信号检测难度和计算复杂度大幅增加,本文从提高GSM系统天线组合的检测效率和符号解调可靠性角度出发,提出了两种次优检测算法。一种是基于重复排序的改进最大比合并检测算法(MMRC-RS),它利用MMRC算法重复排序保留可能性较大的有限个天线组合。另一种是结合正交匹配追踪(OMP)算法的迭代思想,提出一种基于OMP迭代思想的MMRC匹配追踪检测算法(MMRC-MP),它通过有限次迭代筛选出可能性大的天线组合。(3)在MMRC-RS算法和MMRC-MP算法的调制符号计算方面,将适用于SM系统且与调制阶数M无关的HLML算法(针对M-QAM星座图)和LCML算法(针对M-PSK星座图)推广至发送相同符号的GSM系统。仿真实验结果表明,对于具有大量发射天线组合的GSM系统,所提的MMRC-RS算法和MMRC-MP算法不仅提高了天线组合的检测效率,更取得了与ML算法几乎一致的性能,且计算复杂度也有很大程度的降低。