摘要摘要摘要新一代移動(dòng)通信能夠?yàn)榭蛻艚K端提供高質(zhì)量高速率的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。物理層的核心關(guān)鍵技術(shù)包括MIMO、OFDM和信道編碼等。MIMO能夠在不額外占用頻譜資源的情況下顯著提升系統(tǒng)的頻譜效率和功率效率，OFDM具有相對(duì)單載波系統(tǒng)而言較高的譜效率同時(shí)能夠有效對(duì)抗寬帶系統(tǒng)中的頻率選擇性衰落，信道編碼則是獲得接近系統(tǒng)容量不可或缺的環(huán)節(jié)。本文針對(duì)大MIMO系統(tǒng)的檢測(cè)算法進(jìn)行了研究。“大MIMO系統(tǒng)”中的“大”是指發(fā)射和接收天線的數(shù)量大于等于8。這樣的大MIMO系統(tǒng)由于其極高的頻譜效率引起了很多研究者的關(guān)注。MIMO檢測(cè)算法是MIMO系統(tǒng)的核心。本文研究了多種典型檢測(cè)算法，如ZF，MMSE，ZFVBLAST，MMSEVBLAST，MMSE-ISDIC，PDA檢測(cè)算法并指出了它們各自的特點(diǎn)。然而這些算法的復(fù)雜度均達(dá)到的三次方，其中表示發(fā)射天線的數(shù)量。當(dāng)天線數(shù)量很大時(shí)，這些算法的實(shí)際應(yīng)用受到限制，基于這個(gè)原因，我們還研究了LAS（LikelihoodAscentSearch:LAS）算法。在數(shù)百個(gè)天線的情況下，該算法可以達(dá)到非編碼接近指數(shù)分集性能（也即在大MIMO衰落環(huán)境中達(dá)到接近單輸入單輸出加性白高斯噪聲的性能），而且，該檢測(cè)算法復(fù)雜度僅為O（），其中代表接收天線的數(shù)量。文中研究的檢測(cè)算法的優(yōu)良性能和低復(fù)雜度，為MIMO系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用和理論研究提供了新的思路。本文的主要研究?jī)?nèi)容總結(jié)如下：研究了MIMO的信道特性和信道容量。通信信道是信息傳輸?shù)拿浇?，是決定通信系統(tǒng)性能的基本制約因素，是通信系統(tǒng)理論分析和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，而其中無線信道的傳播機(jī)制最為復(fù)雜，信道增益總是處于變化當(dāng)中，所以有必要深入認(rèn)識(shí)和分析無線通信信道的特性。本章首先介紹移動(dòng)通信信道的基本特性；然后介紹了MIMO系統(tǒng)模型。介紹了分層空時(shí)(BLAST：Bell-laboratoriesLayeredSpace-Time)技術(shù)。同時(shí)，研究了ML，ZF，MMSE，SIC，MMSE-ISDIC，PDA等一系列檢測(cè)方法，并分析了它們的復(fù)雜度。研究了LAS算法。在天線數(shù)多達(dá)數(shù)百時(shí)，該算法可以獲得非編碼接近指數(shù)分布的性能（即在大MIMO衰落環(huán)境中達(dá)到接近單輸入單輸出加性白高斯噪聲的性能），而且，該檢測(cè)算法復(fù)雜度僅為O（）。同時(shí)，我們將給出仿真結(jié)果，進(jìn)行性能對(duì)比。關(guān)鍵詞：MIMO，V-BLAST，低復(fù)雜度檢測(cè)，高頻譜效率PAGE4目錄ii目錄i目錄第一章緒論…………..1第二章MIMO信道特性及信道容量……………….42.1無線信道的傳播特性………..42.1.1小尺度衰落………….…42.1.2大尺度衰落……………………..……...62.2MIMO系統(tǒng)容量分析…………………..…..…72.2.1MIMO系統(tǒng)模型……………….…..……72.2.2MIMO的信道容量…………………….10第三章分層空時(shí)系統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)…………………123.1分層空時(shí)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)介………123.2分層空時(shí)系統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)…………………133.2.1最大似然接收器……………………..133.2.2迫零接收器…………..143.2.3最小均方誤差接收器…………..……153.2.4BLAST系統(tǒng)模型…………..………………..…………153.2.5最小均方誤差V-BLAST接收器……………..……………..…………163.2.7增強(qiáng)的PDA算法…………..…………..………………173.2.6MMSE-ISDIC和PDA算法的等價(jià)性分析……………193.2.8增強(qiáng)的PDA的仿真………………..…系統(tǒng)模型…………..……………仿真結(jié)果…………..……………21第四章V-BLAST中的LAS算法………244.1LAS檢測(cè)算法………………..244.1.1LAS檢測(cè)算法的前提說明……………244.1.2LAS算法………………254.2V-BLAST系統(tǒng)下LAS檢測(cè)算法的復(fù)雜度分析……………..294.3V-BLAST系統(tǒng)下LAS檢測(cè)算法的仿真及性能分析………..304.3.1各種檢測(cè)算法的誤碼率性能…………304.3.2在大V-BLAST系統(tǒng)中，ZF-LAS檢測(cè)算法在復(fù)雜度和分集上與ZF-SIC的比較……………..…324.3.3天線數(shù)量以百計(jì)時(shí)LAS檢測(cè)算法的性能……………..33小結(jié)…………………..35致謝……………..……36PAGE64大MIMO系統(tǒng)的低復(fù)雜度檢測(cè)算法研究PAGE3第一章緒論第一章緒論新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)(beyond3G/4G)[1]進(jìn)入迅速發(fā)展的時(shí)代，目標(biāo)是向移動(dòng)終端提供高質(zhì)量數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。首先需要滿足的是用戶對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率的要求，其中4G移動(dòng)通信系統(tǒng)設(shè)想對(duì)高速移動(dòng)終端提供高達(dá)100Mb/s的峰值數(shù)據(jù)傳輸速率，對(duì)低速或固定終端提供1Gb/s的峰值數(shù)據(jù)傳輸速率。其次需要支持從語音到多媒體，包括實(shí)時(shí)流媒體等多種業(yè)務(wù)類型。此外要求系統(tǒng)的開銷盡量合理，這包括頻譜資源占用、基站和移動(dòng)終端軟硬件設(shè)計(jì)等問題。為了獲得高數(shù)據(jù)傳輸速率，系統(tǒng)將占據(jù)較寬的頻帶從而引入較嚴(yán)重的頻率選擇性衰落；為了對(duì)高速移動(dòng)終端提供可靠數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，需要考慮移動(dòng)信道所引入的Doppler效應(yīng)對(duì)性能的影響。近幾年，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)B3G/4G的關(guān)鍵技術(shù)研究顯著升溫，已經(jīng)取得了大量科研成果。B3G/4G系統(tǒng)的物理層關(guān)鍵技術(shù)包括正交頻分復(fù)用(OFDM，OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)、信道編碼、多輸入多輸出(MIMO，MultipleInputMultipleOutput)天線系統(tǒng)等。OFDM[2]的主要思想是將信道分成若干個(gè)正交的子信道，將高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流調(diào)制到各個(gè)子信道上進(jìn)行傳輸。相鄰子載波頻譜有1/2重疊，從而提高了頻譜利用效率。由于每個(gè)子載波帶寬小于信道的相關(guān)帶寬，因此在頻率選擇性衰落信道下每個(gè)子信道都可看作是一個(gè)平坦衰落信道。由于子載波的并行傳輸模式，OFDM的碼元周期相對(duì)單載波系統(tǒng)顯著增加，若再加上長(zhǎng)度大于信道最大時(shí)延擴(kuò)展的循環(huán)前綴，則OFDM在頻率選擇性衰落信道下可以完全消除ISI的影響，接收機(jī)只要在FFT(FastFourierTransform)后使用簡(jiǎn)單的One-Tap均衡器即可以直接進(jìn)行ML檢測(cè)。同時(shí)，OFDM對(duì)窄帶干擾也具有一定的對(duì)抗能力，接收機(jī)可以采用某種自適應(yīng)算法來避開這類干擾。比如對(duì)于慢變信道，接收端可以通過反饋給發(fā)射端受到窄帶干擾的子載波索引來使發(fā)射端自適應(yīng)避開這些子載波。信道編碼技術(shù)(包含相應(yīng)的譯碼技術(shù))是通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，是系統(tǒng)獲得接近信道容量必不可少的環(huán)節(jié)。Turbo碼[3]是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的重點(diǎn)之一，在一定參數(shù)條件下，采用Turbo碼的系統(tǒng)能夠在加性高斯白噪聲AWGN(AdditiveWhiteGaussianNoise)信道下獲得接近香農(nóng)容量(差距為0.7dB)的數(shù)據(jù)傳輸。之所以能夠做到這點(diǎn)，是由于Turbo碼的設(shè)計(jì)很好的利用了Shannon信道編碼理論中的隨機(jī)編譯碼原理。關(guān)于Turbo碼的研究成果已經(jīng)很豐富，比如Turbo碼在無線信道中的應(yīng)用和性能，針對(duì)不同系統(tǒng)、不同檢測(cè)算法的譯碼算法，低復(fù)雜度譯碼算法，以及根據(jù)Turbo原理派生出來的Turbo接收算法(比如迭代信道估計(jì)、迭代檢測(cè)或均衡)等等[12~15]。限于時(shí)間關(guān)系，本文并沒有在信道編碼上進(jìn)行深入研究，而是在研究檢測(cè)算法性能時(shí)給出了檢測(cè)算法的編碼性能。目前對(duì)MIMO技術(shù)的研究已經(jīng)取得了相當(dāng)豐富的成果。MIMO的主要實(shí)現(xiàn)形式有空時(shí)編碼方式和空間復(fù)用方式，空時(shí)編碼(空時(shí)分組碼和空時(shí)網(wǎng)格瑪)是面向獲取空間分集增益的，而空間復(fù)用的目標(biāo)則是獲得盡可能高的譜效率。針對(duì)實(shí)際應(yīng)用中移動(dòng)終端天線數(shù)目嚴(yán)重受限的情況，近期又有學(xué)者提出混合空時(shí)編碼結(jié)構(gòu)[25]，即在系統(tǒng)中同時(shí)使用空時(shí)編碼和空間復(fù)用來獲得空間分集、復(fù)用增益的折衷?？臻g復(fù)用MIMO中不同的子流擁有不同的空間特征使得它們能夠在接收機(jī)端被有效分離，在成倍提高系統(tǒng)容量的同時(shí)不增加任何的頻譜占用。理論上只要接收天線數(shù)量不少于發(fā)射天線數(shù)量，系統(tǒng)容量能夠隨天線數(shù)量呈線性增加，在頻譜資源日益緊張的今天，MIMO無疑成為現(xiàn)在乃至未來移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)之一。不過由于物理尺寸的限制，特別是對(duì)移動(dòng)終端，實(shí)際可以使用的天線數(shù)受到一定的限制。目前關(guān)于MIMO的研究方向包括不同信道條件下、不同系統(tǒng)的的容量分析問題，設(shè)計(jì)能夠接近信道容量或者最優(yōu)性能的檢測(cè)算法以及信道估計(jì)算法等等。MIMO系統(tǒng)的核心部件就是接收端的MIMO檢測(cè)算法，用于接收恢復(fù)同時(shí)從多個(gè)發(fā)射天線發(fā)送的信號(hào)，。在實(shí)際應(yīng)用中，由于MIMO檢測(cè)算法的性能和復(fù)雜度，它通常是MIMO系統(tǒng)的瓶頸，制約著MIMO潛力的發(fā)揮。MIMO檢測(cè)算法，包括目前的球面檢測(cè)算法以及球面檢測(cè)算法的變種算法，以極高的復(fù)雜度代價(jià)換來了接近ML（Maximum-likelihood，最大似然）的性能。其它的一些著名的檢測(cè)算法，比如ZF（zeroforcing，迫零）檢測(cè)算法，MMSE（minimummeansquareerror，最小均方誤差）檢測(cè)算法，ZF-SIC（ZFwithsuccessiveinterferencecancellation）檢測(cè)算法，在復(fù)雜度上很有優(yōu)勢(shì)，可是性能卻差強(qiáng)人意。例如，ZF-SIC檢測(cè)算法（即有序V-BLAST檢測(cè)算法）無法有效獲取接收分集增益。。MMSE-SIC檢測(cè)算法有著較好的性能，但是其復(fù)雜度為天線數(shù)量的3次方。即使是優(yōu)化過的檢測(cè)算法在天線數(shù)量達(dá)到數(shù)百個(gè)時(shí)也顯得很吃力。天線數(shù)量較少時(shí)，MIMO的優(yōu)勢(shì)（當(dāng)使用大量天線時(shí)的高信道容量）就不能全部發(fā)揮，當(dāng)使用大量天線時(shí)，另一個(gè)問題就出現(xiàn)了，即檢測(cè)復(fù)雜度。本文主要以討論大MIMO為主，這里“大”是指發(fā)射和接收天線的數(shù)量大于等于8。這樣的大MIMO具有很高的頻譜效率。例如，在一個(gè)V-BLAST系統(tǒng)中，增加天線數(shù)量意味著可以在不增加帶寬的情況下增加信息速率，然而，在如此大的MIMO系統(tǒng)中存在各種各樣的瓶頸，目前存在的主要問題如下：1.通信終端需要為如此多的天線提供足夠大的空間，當(dāng)空間比較小時(shí)，系統(tǒng)需要在很高的頻率下工作（為了確保信號(hào)到達(dá)各個(gè)接收天線所經(jīng)歷的衰落接近不相關(guān)，只能讓系統(tǒng)工作在很高的頻率來降低載波波長(zhǎng)）；2.對(duì)于如此大的MIMO系統(tǒng)來說，目前缺少可行的低復(fù)雜度檢測(cè)算法；3.相關(guān)的信道估計(jì)算法。本文主要研究第二個(gè)問題（即大MIMO的低復(fù)雜度檢測(cè)）。目前已知的經(jīng)典算法有ZF，MMSE，ZFVblast，MMSEBlast，mmse-isdic，PDA[4]-[6]，然而這些檢測(cè)算法的復(fù)雜度制約了它們?cè)贛IMO系統(tǒng)中的應(yīng)用。鑒于此，本文針對(duì)使用空間復(fù)用的大MIMO系統(tǒng)（V-BLAST）研究了一種低復(fù)雜度的檢測(cè)算法。本文中研究的低復(fù)雜檢測(cè)算法的核心算法的前身是基于HHN[7]-[10]（Hopfieldneuralnetwork，Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）圖像恢復(fù)算法，該算法用于處理大型圖像。SUN公司將這種算法應(yīng)用在AWGN（加性寬帶高斯噪聲）信道中的CDMA系統(tǒng)中，用于多用戶檢測(cè)。這種檢測(cè)算法可以稱為L(zhǎng)AS[11]（likelihoodascentsearch，似然上升搜索）檢測(cè)算法。它通過單調(diào)似然上升來找出比特矢量，并使其在有限的步驟內(nèi)收斂至一定值。CDMA中的檢測(cè)算法的優(yōu)勢(shì)在于：1.平均每比特的復(fù)雜度與用戶數(shù)量成線性關(guān)系；2.在用戶數(shù)量很大時(shí)，其性能可以和ML檢測(cè)算法媲美。鑒于LAS檢測(cè)算法復(fù)雜度和性能上的優(yōu)勢(shì)，在這篇論文中，將其改進(jìn)，使其對(duì)使用空間復(fù)用的大MIMO系統(tǒng)同樣適用，同時(shí)給出該算法的仿真結(jié)果。根據(jù)在算法中如何得到最初矢量，文中將LAS檢測(cè)算法進(jìn)一步劃分為MF/ZF/MMSE-LAS。MF-LAS用匹配濾波器的輸出作為最初矢量，ZF-LAS和MMSE-LAS分別用ZF輸出和MMSE輸出作為最初矢量。由于目前對(duì)大MIMO檢測(cè)算法的研究?jī)H處于起步階段，因此該檢測(cè)算法的提出極大推動(dòng)了大MIMO檢測(cè)算法研究的發(fā)展。PAGE11第二章MIMO信道特性及信道容量第二章MIMO信道特性及信道容量通信信道是信息傳輸?shù)拿浇椋菦Q定通信系統(tǒng)性能的基本制約因素，是通信系統(tǒng)理論分析和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，而其中無線信道的傳播機(jī)制最為復(fù)雜，信道增益總是處于變化當(dāng)中，所以有必要深入認(rèn)識(shí)和分析無線通信信道的特性。本章首先介紹移動(dòng)通信信道的基本特性；然后介紹了MIMO系統(tǒng)模型。2.1無線信道的傳播特性[12]任何通信信號(hào)都是通過信道傳送的，因此首先必須分析和掌握信道的特點(diǎn)與實(shí)質(zhì)，才能針對(duì)存在的問題給出解決的技術(shù)方案。無線信道不同于有線信道，它是開放式的變參量信道，接收環(huán)境具有多樣性，通信用戶還可能處于隨機(jī)的移動(dòng)當(dāng)中，這些特點(diǎn)造成無線信道中的信號(hào)傳輸機(jī)制比較復(fù)雜。通常，無線衰落信道的傳播模型可以分為大尺度(Large-Scale)傳播模型和小尺度(Small—Scale)傳播模型兩種。其中，大尺度模型主要用于描述發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間長(zhǎng)距離上的信號(hào)強(qiáng)度變化，而小尺度模型則用于描述短距離(幾個(gè)波長(zhǎng))或短時(shí)間(秒級(jí))內(nèi)接收信號(hào)強(qiáng)度的快速變化。值得注意的是這兩種模型并不是相互獨(dú)立的，在同一個(gè)無線信道中，存在大尺度衰落，也會(huì)存在著小尺度衰落。下面將分別介紹這兩種衰落模型的特征。2.1.1小尺度衰落無線通信信道的主要特征是多徑傳播，傳播過程中會(huì)遇到很多建筑物、樹木以及起伏的地形，會(huì)引起能量的吸收和穿透以及電波的反射、散射及繞射等，這樣，移動(dòng)信道就是充滿了各種反射波的復(fù)雜傳播環(huán)境，使得到達(dá)移動(dòng)臺(tái)天線的信號(hào)不再是從單一路徑上來的，而是從許多路徑上來的反射波的合成。由于電波通過各個(gè)路徑的距離不同，因而從各路徑來的反射波的到達(dá)時(shí)間不同，相位也就不同。不同相位的多個(gè)信號(hào)在接收端疊加，有時(shí)同相疊加而加強(qiáng)，有時(shí)反相疊加而減弱；這樣，接收信號(hào)的幅度將急劇變化，即產(chǎn)生衰落。這種衰落是由多徑傳播引起的，所以稱為多徑衰落。小尺度衰落的類型只要有以下兩種：（1）信道的多徑特性帶來的時(shí)延擴(kuò)展，從而造成信號(hào)的時(shí)間擴(kuò)展和頻率選擇性衰落。多徑傳播時(shí)的相對(duì)時(shí)延差通常用最大多徑時(shí)延差來表示，設(shè)信道的最大時(shí)延差（或稱為時(shí)延擴(kuò)展），則定義多徑傳播信道的相關(guān)帶寬為，它表示信道傳輸特性相鄰兩個(gè)零點(diǎn)之間的頻率間隔。如果信號(hào)的頻譜比相關(guān)帶寬寬，那么時(shí)延不同的路徑會(huì)導(dǎo)致碼間干擾(ISI)，這時(shí)信道被稱作是頻率選擇性的。如果，（逗號(hào)前這個(gè)公式是否正確，還是版本的問題，我用的是WORD2003）則信道的傳輸函數(shù)可以看作是一個(gè)常數(shù)，信號(hào)的不同分量經(jīng)歷了相同的衰落，這時(shí)信道衰落為平坦的。在工程設(shè)計(jì)中，為了保證接收信號(hào)質(zhì)量，通常選擇信號(hào)帶寬為相關(guān)帶寬的。在頻率平坦衰落的情況下，各個(gè)多徑信號(hào)是相干的，并且可以認(rèn)為不存在ISI，由于信號(hào)帶寬遠(yuǎn)小于相干帶寬，可以認(rèn)為在間隔內(nèi)信號(hào)包絡(luò)不發(fā)生變化，經(jīng)過不同路徑接收到的信號(hào)可以直接相加，總的路徑增益為各路徑增益之和，則接收信號(hào)為發(fā)送信號(hào)與總的路徑增益的乘積，再加上噪聲和干擾。但是對(duì)于頻率選擇性衰落信道，信號(hào)帶寬大于相干帶寬或與相干帶寬相當(dāng)。在這種情況下，就不能簡(jiǎn)單地將信號(hào)與信道響應(yīng)進(jìn)行相乘了，接收信號(hào)應(yīng)該是發(fā)射信號(hào)與總的信道響應(yīng)的卷積，然后再加上噪聲和干擾。因此，頻率選擇性信道具有記憶效應(yīng)，也就是導(dǎo)致ISI出現(xiàn)的直接原因。（2）信道的時(shí)變特性造成多普勒擴(kuò)展，從而引起信號(hào)的頻譜擴(kuò)散和時(shí)間選擇性衰落。由于移動(dòng)臺(tái)和基站之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生多普勒擴(kuò)展現(xiàn)象，具體表現(xiàn)為：當(dāng)基站發(fā)射一個(gè)單頻信號(hào)時(shí)，在多徑環(huán)境中所接收到的信號(hào)頻譜將不再是一根譜線，而是彌散為一個(gè)具有有限帶寬的譜峰，從而引起信道時(shí)間上的變化，產(chǎn)生信道的時(shí)變特性（時(shí)間選擇性）。通常，用信道的相干時(shí)間與信號(hào)的周期進(jìn)行比較，來衡量多普勒擴(kuò)展的影響程度。如果，則信號(hào)經(jīng)歷了時(shí)變的衰落，此時(shí)信道被稱作時(shí)間選擇性衰落信道；如果，則在一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)，信道并沒有發(fā)生顯著變化，不同時(shí)間分量的信號(hào)經(jīng)歷了相同的衰落，此時(shí)信道被稱作是時(shí)間平坦衰落（非選擇性）。此外，值得一提的是，在MIMO系統(tǒng)中，由于移動(dòng)臺(tái)和基站周圍的散射環(huán)境不同而造成的不同位置上的天線經(jīng)歷不同衰落的特性，還會(huì)產(chǎn)生空間選擇性衰落。由多徑時(shí)延擴(kuò)展引起的小尺度衰落如下所示：小尺度衰落小尺度衰落（按時(shí)延擴(kuò)展分類）平坦衰落信號(hào)帶寬平坦衰落信號(hào)帶寬相干帶寬頻率選擇性衰落信號(hào)帶寬相干帶寬圖2.1小尺度衰落按時(shí)延擴(kuò)展分類有多普勒擴(kuò)展引起的小尺度衰落如下所示小尺度衰落小尺度衰落（按多普勒擴(kuò)展分類）時(shí)間平坦衰落時(shí)間平坦衰落（慢衰落）信號(hào)周期相干時(shí)間時(shí)間選擇性衰落（快衰落）信號(hào)周期相干時(shí)間圖2.2小尺度衰落按多普勒擴(kuò)展分類2.1.2大尺度衰落無線電波在自由空間內(nèi)傳輸，其信號(hào)功率會(huì)隨著傳播距離的增加而減小，這會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)速率以及系統(tǒng)的性能帶來不利影響。另外信號(hào)在電波傳播路徑上受到建筑物及山丘等的阻擋所產(chǎn)生的陰影效應(yīng)也會(huì)產(chǎn)生損耗，這些損耗就是大尺度衰落。大尺度衰落反映了大尺度意義上接收信號(hào)產(chǎn)生的損耗，一般遵從對(duì)數(shù)正態(tài)分布，其變化率較慢。最簡(jiǎn)單的大尺度路徑損耗的模型可以表示為：(2-1)其中表示本地平均發(fā)射信號(hào)功率，表示接收功率，是發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的距離。對(duì)于典型環(huán)境來說，路徑損耗指數(shù)一般在2到4中選擇。由此可以得到平均的信號(hào)噪聲比（）為：(2-2)其中是單邊噪聲功率譜密度，是信號(hào)帶寬，是獨(dú)立于距離、功率和帶寬的常數(shù)。如果為保證接收的可靠性，要求，其中在表示信噪比門限，則路徑損耗會(huì)為比特速率帶來限制：(2-3)以及對(duì)信號(hào)的覆蓋也會(huì)帶來限制：(2-4)可見，如果不采用其他特殊的技術(shù)，則數(shù)據(jù)的符號(hào)速率以及電波的傳播范圍都會(huì)受到很大的限制。2.2MIMO系統(tǒng)容量分析2.2.1MIMO系統(tǒng)模型考慮具有根發(fā)射天線、根接收天線的MIMO系統(tǒng)，用離散時(shí)間描述的復(fù)基帶線性系統(tǒng)模型，系統(tǒng)框圖如圖2.2所示。用（的列向量）表示每個(gè)符號(hào)周期內(nèi)的發(fā)射信號(hào)，其中第個(gè)元素表示第根天線發(fā)射的信號(hào)。圖2.3MIMO系統(tǒng)框圖如果考慮信道是高斯信道，則由信息論知道最好的信號(hào)分布也應(yīng)該是高斯分布。所以中的元素可以認(rèn)為是零均值的獨(dú)立同分布的高斯變量。發(fā)射信號(hào)矩陣的方差為：(2-5)設(shè)總的發(fā)射功率為，則有：(2-6)其中表示矩陣的跡，即矩陣的所有對(duì)角元素的和。如果發(fā)射端不知道信道特性，我們可以假設(shè)每個(gè)天線具有相同的發(fā)射功率。那么，發(fā)射信號(hào)的方差矩陣為：(2-7)其中為的單位陣。如果信號(hào)帶寬夠窄，則其頻率響應(yīng)可以認(rèn)為是平坦的，也就是說，信道是無記憶的。用(的復(fù)矩陣)來描述信道。表示矩陣的第個(gè)元素，代表從第根發(fā)射天線到第根接收天線之間的信道衰落系數(shù)。基于歸一化的考慮，假定接收天線中每一根天線的接收功率都等于總的發(fā)射功率。即忽略了信號(hào)傳播過程中的信號(hào)衰減和增益。這樣可以得到歸一化的約束條件：(2-8)我們假設(shè)信道矩陣在接收端是確知的,而在發(fā)射端并不一定確知。可以通過信道估計(jì)來估計(jì)信道矩陣，然后將CSI反饋到發(fā)射段。信道矩陣中的元素可能是確定的也可能是隨機(jī)的。我們將重點(diǎn)放在信道矩陣元素是瑞利分布的情況，對(duì)于超視距無線信道的實(shí)際情況來說，這是最有代表性的。用（的列矩陣）來描述接收端的噪聲。它的元素是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的復(fù)零均值高斯變量，其實(shí)部和虛部相互獨(dú)立，方差相等。接收噪聲的相關(guān)矩陣可表示為：(2-9)如果的元素之間沒有相關(guān)性，則接收噪聲的協(xié)方差矩陣為：(2-10)每一個(gè)接收天線上的噪聲功率為。用（的列矩陣）來描述接收信號(hào)，其中每個(gè)復(fù)元素代表一根接收天線。我們用來表示每個(gè)接收天線的平均功率。則每個(gè)接收天線的平均信噪比定義為：(2-11)接收信號(hào)矢量可以表示為：(2-12)接收信號(hào)的方差可以由上式得：(2-13)此時(shí)，總的接收信號(hào)的功率等于。2.2.2MIMO的信道容量MIMO系統(tǒng)在發(fā)射端和接收端都采用多天線（或陣列天線）和多通道，傳輸信息經(jīng)過空時(shí)編碼形成個(gè)信息子流，這個(gè)信息子流經(jīng)個(gè)天線發(fā)射出去，經(jīng)過空間信道后由個(gè)接收天線接收。多天線接收機(jī)利用先進(jìn)的空時(shí)編碼處理能夠分開并解碼的這些數(shù)據(jù)子流，從而實(shí)現(xiàn)最佳的處理。人們已經(jīng)熟知在加性高斯環(huán)境下，信道容量由下式給出：MIMO系統(tǒng)信道容量的導(dǎo)出是基于近似理想的傳播環(huán)境：信道是準(zhǔn)靜態(tài)的，即信道參數(shù)中一個(gè)突發(fā)幀期間保持不變，而在幀與幀之間是一個(gè)隨機(jī)變量；信道參數(shù)對(duì)發(fā)端未知，收端可以通過跟蹤估計(jì)得到；信號(hào)為窄帶信號(hào)，無頻率選擇性衰落；各條路徑均是瑞利衰落，且相互獨(dú)立；不考慮多用戶干擾。MIMO系統(tǒng)信道容量公式的數(shù)學(xué)模型是：（1）天線數(shù)：為發(fā)射天線數(shù)；為接收天線數(shù)。（2）發(fā)送信號(hào)：總發(fā)射功率，且與無關(guān)。（3）接收端噪聲：復(fù)維加性高斯白噪聲，統(tǒng)計(jì)獨(dú)立，在每個(gè)天線的功率均為。（4）接收信號(hào)：維信號(hào)。且記發(fā)射端僅有一個(gè)天線時(shí)（發(fā)射功率為），每個(gè)接收天線的平均功率為。（5）每個(gè)接收端的：，與無關(guān)。（6）信道沖激響應(yīng)矩陣：維矩陣，其傅立葉變換為,由于有窄帶傳輸?shù)募僭O(shè)，即在傳輸頻帶內(nèi)為常數(shù)，記為。為方便起見，記的歸一化形式為，且滿足關(guān)系式?；窘邮辗匠蹋ㄏ蛄啃问剑?2-14)香農(nóng)信道容量的標(biāo)準(zhǔn)公式又可以寫為：(2-15)這里的單位是，是指單位帶寬的信道容量；是接收端信噪比；在單個(gè)天線情況下，是一個(gè)復(fù)數(shù)，而不是一個(gè)向量。從該公式可以看出，信噪比每增加，可增加的信道容量，信道容量隨信噪比按對(duì)數(shù)增長(zhǎng)。當(dāng)發(fā)送信號(hào)是維統(tǒng)計(jì)獨(dú)立、能量相同、高斯分布的復(fù)向量時(shí)，可得到信道容量的一般表達(dá)式：(2-16)式中：代表行列式；代表維單位矩陣；表示的共軛轉(zhuǎn)置。特別地，當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)(2-17)從上式可以看出，信道容量隨信噪比不再是對(duì)數(shù)增長(zhǎng)，而是線形增長(zhǎng)。這意味著使用并行信息傳輸具有很大的優(yōu)越性。PAGE23第三章分層空時(shí)系統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)第三章分層空時(shí)系統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)無線傳輸?shù)牡湫吞攸c(diǎn)就是多徑傳播和頻率選擇性衰落。在傳統(tǒng)的無線通信系統(tǒng)中，由于多徑傳播的存在，各多徑信號(hào)到達(dá)接收機(jī)的時(shí)間不同，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾而影響系統(tǒng)性能，所采取的各種解決方案一般均是考慮如何消除多徑傳播的影響。而分層空時(shí)(BLAST：Bell-laboratoriesLayeredSpace-Time)技術(shù)卻利用了無線信道多徑傳播的特點(diǎn)，更適合于在傳播路徑較豐富的環(huán)境下使用。它利用先進(jìn)的信號(hào)處理技術(shù)，如同在原有系統(tǒng)帶寬上建立了多個(gè)互不干擾、并行傳輸?shù)淖有诺?，能夠同時(shí)、準(zhǔn)確、高效的傳輸數(shù)據(jù)信息，可以極大的提高系統(tǒng)容量。在分層空時(shí)技術(shù)發(fā)展過程中，F(xiàn)oschini于1996年在文獻(xiàn)中提出了對(duì)角空時(shí)分層結(jié)構(gòu)(D-BLAST)，但D-BLAST的檢測(cè)方法較為復(fù)雜。為了解決D-BLAST檢測(cè)的復(fù)雜性問題，提出了BLAST結(jié)構(gòu)的一種簡(jiǎn)單形式垂直分層空時(shí)結(jié)構(gòu)(V-BLAST)，它不僅能達(dá)到高頻譜利用率而且又具有相對(duì)簡(jiǎn)單的發(fā)射結(jié)構(gòu)和檢測(cè)算法。本章在學(xué)習(xí)BLAST的基本原理基礎(chǔ)上，介紹了BLAST系統(tǒng)中ML，ZF，MMSE，SIC等一系列檢測(cè)方法的基本原理。3.1分層空時(shí)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)介分層空時(shí)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖3.1所示。設(shè)發(fā)射天線數(shù)為，接收天線為。信息源數(shù)據(jù)先經(jīng)過符號(hào)映射器從比特流映射為符號(hào)流，再經(jīng)串/并轉(zhuǎn)換變成路并行數(shù)據(jù)子流，最后用不同的空時(shí)分層結(jié)構(gòu)進(jìn)行發(fā)射。經(jīng)過空時(shí)構(gòu)造的信號(hào)通過MIMO信道傳播以后，被根接收天線接收。在接收機(jī)中，利用信道估計(jì)信息進(jìn)行空時(shí)信號(hào)的檢測(cè)。圖3.1BLAST系統(tǒng)框圖BLAST一般可分為水平分層空時(shí)結(jié)構(gòu)(H-BLAST：HorizontalBLAST)、對(duì)角分層空時(shí)結(jié)構(gòu)(D-BLAST：DiagonalBLAST)與垂直分層空時(shí)結(jié)構(gòu)(V-BLAST：VerticalBLAST)，這些構(gòu)造方式只是在空間和時(shí)間上對(duì)經(jīng)過星座映射的符號(hào)進(jìn)行排列而沒有進(jìn)行任何形式的編碼。3.2分層空時(shí)系統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)3.2.1最大似然接收器理論上，最大似然檢測(cè)是最優(yōu)的檢測(cè)方法，其方法是在發(fā)射信號(hào)(或者信號(hào)向量空間)內(nèi)尋找其經(jīng)過信道變換以后到接收信號(hào)距離最小的那個(gè)發(fā)射信號(hào)(或者信號(hào)向量空間)。數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：(3-1)其中是的估計(jì)符號(hào)向量，為發(fā)射信號(hào)存在的空間，表示在所在的空間內(nèi)尋找最小值，是向量二范數(shù)運(yùn)算符。最大似然解的最基本方法是遍歷所有可能的星座符號(hào)矢量。即測(cè)試的所有可能值，找出使得值最小的即為最大似然解。最大似然接收器搜索所有向量星座尋找最有可能的發(fā)射信號(hào)向量。這包含有對(duì)組合的調(diào)查，一個(gè)非常困難的工作。因此，這些接收器很難真正的應(yīng)用，但是可以提供多樣性和零功率損耗作為檢測(cè)過程的一個(gè)結(jié)果。從這個(gè)方面來說它是最優(yōu)的。并且有基于雇用球形譯碼的快速運(yùn)算法則的發(fā)展。3.2.2迫零接收器迫零接收器是一個(gè)線形接收器。它的表現(xiàn)像一個(gè)線形濾波器并區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)流和在那之后對(duì)每一個(gè)數(shù)據(jù)流的獨(dú)立譯碼。采用迫零檢測(cè)技術(shù)來消除所有的乘性干擾和信號(hào)間干擾，一般做三個(gè)方面的處理：一是迫零，二是符號(hào)刪除，三是信號(hào)補(bǔ)償。迫零處理的目的是利用迫零矢量消除信道的乘性干擾和未檢測(cè)出信號(hào)的干擾，符號(hào)刪除是消除已檢測(cè)出的信號(hào)對(duì)其他為檢測(cè)出信號(hào)的干擾，信號(hào)補(bǔ)償主要確定信號(hào)的檢測(cè)順序。一般而言，如果先檢測(cè)出信噪比比較大的信號(hào)，則可以降低該信號(hào)對(duì)其它信號(hào)的干擾，從而提高系統(tǒng)的性能。迫零檢測(cè)主要設(shè)計(jì)目的是找到一個(gè)加權(quán)矩陣將接收信號(hào)重新分配到發(fā)射信號(hào)的各數(shù)據(jù)流上，我們假設(shè)信道傳輸矩陣是可以轉(zhuǎn)置的，估計(jì)發(fā)射數(shù)據(jù)符號(hào)的向量為：(3-2)其中表示偽逆。由于矩陣的轉(zhuǎn)置只能存在于當(dāng)矩陣的列為獨(dú)立的情況下，因此假設(shè)。在分離的數(shù)據(jù)流中的噪聲是有相互關(guān)系，因此并不是獨(dú)立的。符號(hào)差錯(cuò)率（SER）在任一個(gè)信道的平均值大于所有信道的上界(3-3)上式表示每一個(gè)數(shù)據(jù)流的多樣性順序是。迫零接收器分解關(guān)于平行數(shù)據(jù)流的連接，伴隨著多樣性增益和陣列增益與成比例。因此，它是不理想的。3.2.3最小均方誤差接收器ZF迫零檢測(cè)算法完全消除了符號(hào)間干擾，但同時(shí)增強(qiáng)了噪聲。而MMSE最小均方誤差檢測(cè)算法平衡了符號(hào)間干擾消除和噪聲增強(qiáng)，從而令整體誤碼率最小化。最小均方誤差譯碼算法和迫零的譯碼算法一樣，也是要找到一個(gè)加權(quán)矩陣，滿足最小均方誤差準(zhǔn)則：就是為了使與其估計(jì)量之間的均方誤差達(dá)到最小，即：(3-4)最小均方誤差譯碼算法的加權(quán)矩陣需要滿足下面的關(guān)系：(3-5)要找的加權(quán)矩陣使得上式得均方誤差最小，根據(jù)推導(dǎo)可得:(3-6)從加權(quán)矩陣可以看出最小均方誤差譯碼算法考慮了噪聲的影響，而迫零的譯碼方法沒有考慮噪聲的影響，在接收端需要己知信道的響應(yīng)和噪聲的方差才可以得到加權(quán)矩陣，然后得到發(fā)送信號(hào)的估計(jì)量：(3-7)MMSE濾波的設(shè)計(jì)兼顧考慮了干擾與噪聲的抑制，相對(duì)只考慮發(fā)送符號(hào)間干擾消除的ZF迫零檢測(cè)，可以有效地克服噪聲增強(qiáng)的問題，獲得更好的性能。MMSE檢測(cè)的復(fù)雜度等級(jí)為，可以獲得分集度為。3.2.4BLAST系統(tǒng)模型我們假設(shè)一個(gè)具有根發(fā)射天線、根接收天線的MIMO無線通信系統(tǒng)，信道時(shí)平坦瑞利衰落環(huán)境，即在突發(fā)符號(hào)期間信道傳輸矩陣是恒定的，并且在接收端已采用信道估計(jì)的方法將其精確的估計(jì)出來，接收端明確得到了信道信息。接收信號(hào)服從下面的方程：(3-8)其中，接收信號(hào)是一個(gè)的列向量，是信道矩陣，大小為，空時(shí)發(fā)送符號(hào)是的列向量，是維德獨(dú)立同分布加性高斯白噪聲，均值為0，方差為。因此，BLAST系統(tǒng)中信號(hào)檢測(cè)的任務(wù)就是：給定接收向量和MIMO信道矩陣，基于上式的BLAST信號(hào)模型，抑制不同發(fā)射天線發(fā)送符號(hào)間的干擾，獲得發(fā)送符號(hào)的估計(jì)值。3.2.5最小均方誤差V-BLAST接收器排序的連續(xù)干擾抵消（OSUC：theordersuccessivecancellation）結(jié)合MMSE準(zhǔn)則會(huì)產(chǎn)生相比結(jié)合ZF準(zhǔn)則的連續(xù)干擾抵消更良好的性能。MMSE接收器抑制了干擾和噪聲成分，但是ZF接收器僅僅排除了干擾的成分。這暗示了在發(fā)射符號(hào)和接收器估計(jì)的均方誤差達(dá)到最小值。因此，MMSE在噪聲存在的情況下性能要優(yōu)于ZF接收器。其運(yùn)算法則如下所示：初始值設(shè)定(3-9)遞歸式(3-10)其中是零均值的獨(dú)立同分布的復(fù)合高斯隨機(jī)噪聲。由此可見檢測(cè)順序是基于信干噪比（SINR）的。3.2.6MMSE-ISDIC和PDA算法的等價(jià)性分析在分析之前，我們首先對(duì)MMSE-ISDIC和PDA算法進(jìn)行簡(jiǎn)要的回顧。MMSE-ISDIC步驟如下：(1)軟判決向量初始化為全0，剩余干擾方差向量初始化為全1。(2)對(duì)（為了公式表達(dá)上的清晰，這里假設(shè)檢測(cè)順序?yàn)?，即沒有采用排序），基于軟干擾抵消后的接收信號(hào)計(jì)算檢測(cè)的MMSE濾波(3-11)并按照下式對(duì)軟判決和剩余干擾方差進(jìn)行更新(3-12)其中是的第列，，是對(duì)角矩陣，其主對(duì)角線由向量構(gòu)成而第個(gè)對(duì)角線元素設(shè)置為1，稱為檢測(cè)的MMSE濾波偏倚，是MMSE-ISDIC用于近似計(jì)算符號(hào)后驗(yàn)概率的度量（本文簡(jiǎn)稱度量）。(3)對(duì)第二步操作進(jìn)行若干次迭代，然后判決輸出。在MMSE-ISDIC中，是檢測(cè)時(shí)MMSE濾波輸出的剩余干擾加噪聲項(xiàng)，它可以被近似為高斯變量，即。從式(3-13)可以看出在MMSE-ISDIC中是使用來近似符號(hào)后驗(yàn)概率（aposterioriprobability）的。對(duì)于PDA，它的基本步驟和MMSE-ISDIC基本相同只是在度量計(jì)算上存在差異。PDA計(jì)算度量不需要計(jì)算MMSE濾波，它直接基于干擾抵消后的接收信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，如下式(3-13)其中。在PDA中，是檢測(cè)時(shí)對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行軟干擾抵消后的剩余干擾加噪聲項(xiàng)，它可以被近似為高斯向量[4]，即。在PDA中是使用來近似符號(hào)后驗(yàn)概率的。MMSE-ISDIC和PDA的判決算法相同：對(duì)于非編碼系統(tǒng)，使得或者最大的被作為判決輸出；對(duì)于編碼系統(tǒng)，編碼比特（；）的對(duì)數(shù)似然比（LLR）如下式計(jì)算（對(duì)PDA）(3-14)（對(duì)MMSE-ISDIC）(3-15)其中，。注意到MMSE-ISDIC和PDA都是基于迭代軟判決干擾抵消的算法，且二者在計(jì)算符號(hào)后驗(yàn)概率中都使用了高斯近似假設(shè)，差異在于MMSE-ISDIC是對(duì)一個(gè)標(biāo)量（）進(jìn)行高斯近似而PDA是對(duì)一個(gè)向量（）進(jìn)行高斯近似。對(duì)于MMSE-ISDIC，一旦進(jìn)行了MMSE濾波，()的計(jì)算只需要標(biāo)量乘法即可得到；而對(duì)于PDA，計(jì)算對(duì)每個(gè)()均需要矩陣-向量乘法。我們現(xiàn)在分析PDA和MMSE-ISDIC的關(guān)系。不失一般性，假設(shè)檢測(cè)，在第（）次迭代（在下面，迭代索引將被忽略以便公式表達(dá)上的清晰）。對(duì)于MMSE-ISDIC，公式(2)中的度量可以寫為下式(3-16)其中我們利用了MMSE濾波偏倚為實(shí)數(shù)的特點(diǎn)。對(duì)于PDA，公式(3-13)可以表示為(3-17)其中我們利用了等式，這個(gè)等式的證明在附錄A中給出。通過對(duì)公式(3-16)和(3-17)的詳細(xì)比較，我們發(fā)現(xiàn)和雖然并不相等，但是二者的“重要項(xiàng)”（即包含的項(xiàng)）是相等的，差異僅在于“非重要項(xiàng)”（即不包含的項(xiàng)）?？梢钥吹竭@個(gè)“非重要項(xiàng)”無論對(duì)非編碼系統(tǒng)的硬判決還是編碼系統(tǒng)的LLR計(jì)算都沒有影響，因此基于原始信號(hào)模型的MMSE-ISDIC和PDA在性能上是等效的。3.2.7增強(qiáng)的PDA算法當(dāng)系統(tǒng)采用的調(diào)制星座較大或者信噪比較高的時(shí)候，PDA算法將干擾加噪聲近似為高斯分布的精確度較差，從而導(dǎo)致PDA算法相對(duì)最大后驗(yàn)概率檢測(cè)算法（Maximumaposterioriprobability:MAP）的性能損失較大。PDA算法在迭代兩次后性能開始變差是歸因于前面迭代所得到的軟判決不可靠。通過大量仿真研究，我們進(jìn)而指出，從第二次迭代起（），對(duì)于較大規(guī)模的調(diào)制星座（比如16QAM和64QAM調(diào)制）使用PDA計(jì)算得到的近似后驗(yàn)概率的最大值（即）在大多數(shù)情況下要明顯大于真實(shí)后驗(yàn)概率的最大值（即），我們將這個(gè)現(xiàn)象稱為高斯近似不理想所導(dǎo)致的后驗(yàn)概率最大值過估計(jì)問題。這將使得PDA在第二次迭代后得到的軟判決趨于硬判決（可能是錯(cuò)誤的硬判決）。錯(cuò)誤的硬判決導(dǎo)致錯(cuò)誤的干擾抵消，從而引入錯(cuò)誤傳播，最終影響PDA算法的收斂性能。由此，我們提出一個(gè)增強(qiáng)的PDA算法（E-PDA），該算法和傳統(tǒng)的PDA算法具有相同的計(jì)算步驟，只是對(duì)度量加上了權(quán)值。E-PDA基于原始信號(hào)模型的度量和基于解相關(guān)模型的度量分別定義為：(3-18)(3-19)其中是對(duì)度量所加的權(quán)值?？梢钥闯觯?dāng)?shù)臅r(shí)候，E-PDA和傳統(tǒng)的PDA相同。而當(dāng)?shù)臅r(shí)候，和傳統(tǒng)PDA相比，E-PDA可以獲得較小的后驗(yàn)概率最大值。這一點(diǎn)解釋如下：根據(jù)定義，PDA計(jì)算得到的近似后驗(yàn)概率為，對(duì)于，加權(quán)后所有星座點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的度量值都會(huì)增大，而原先對(duì)應(yīng)最大度量值的星座點(diǎn)（從而對(duì)應(yīng)最大的星座點(diǎn)）所對(duì)應(yīng)的的值增大的比例最小，因此E-PDA計(jì)算得到的后驗(yàn)概率最大值就比傳統(tǒng)PDA得到的要小。當(dāng)?shù)臅r(shí)候，E-PDA的軟判決趨于硬判決的速度降低，這在一定程度上降低了錯(cuò)誤傳播，因此E-PDA能夠獲得比傳統(tǒng)PDA好的收斂性能，在后面的仿真結(jié)果中我們將證實(shí)這一點(diǎn)。同理，我們也可以定義增強(qiáng)的MMSE-ISDIC算法（E-MMSE-ISDIC）。E-MMSE-ISDIC基于原始信號(hào)模型的度量和基于解相關(guān)模型的度量分別定義為：(3-20)(3-21)根據(jù)前面的證明，容易推導(dǎo)出當(dāng)設(shè)置為同一個(gè)值的時(shí)候，E-PDA和E-MMSE-ISDIC在性能上是等價(jià)的。3.2.8增強(qiáng)的PDA的仿真[14]-[16]系統(tǒng)模型我們考慮一個(gè)配備了個(gè)發(fā)射天線和個(gè)接收天線并采用Turbo編碼的V-BLAST系統(tǒng)（不失一般性，這里沒有假設(shè)）。在發(fā)射端，二進(jìn)制信息比特流首先進(jìn)行Turbo編碼和信道交織，然后映射成星座符號(hào)流，最后符號(hào)流進(jìn)行串/并轉(zhuǎn)換饋送到個(gè)發(fā)射天線。接收到的信號(hào)向量表示為(3-22)其中是信道矩陣，其第行第列元素表示從發(fā)射天線到接收天線的信道增益，的元素被建模為獨(dú)立同分布的均值為0、方差為1的復(fù)高斯變量。我們假設(shè)在一個(gè)突發(fā)中保持靜止，而在突發(fā)之間隨機(jī)變化，即準(zhǔn)靜止頻率非選擇性衰落。是發(fā)射符號(hào)向量，其元素取自平均能量為1的調(diào)制星座集。（）由個(gè)編碼比特映射而成，即（）。是獨(dú)立同分布復(fù)高斯向量，其均值為0，相關(guān)函數(shù)為。仿真結(jié)果我們的仿真時(shí)基于前面所分析的工作在準(zhǔn)靜止頻率非選擇性衰落信道下的窄帶V-BLAST系統(tǒng)上的。其中一個(gè)突發(fā)的持續(xù)時(shí)間為個(gè)符號(hào)周期，天線數(shù)為，每組發(fā)射－接收天線對(duì)之間的衰落獨(dú)立；信道編碼是通過并行級(jí)連兩個(gè)碼率為1/3的4狀態(tài)遞歸系統(tǒng)卷積碼（8進(jìn)制生成多項(xiàng)式表示為（7,5））并進(jìn)行刪余操作獲得的碼率為1/2的Turbo碼。Turbo碼交織和信道交織均采用隨機(jī)交織。每個(gè)Turbo編碼塊包含一個(gè)突發(fā)而一個(gè)信道交織塊由一個(gè)Turbo編碼塊構(gòu)成。Turbo碼譯碼采用BCJR算法并使用固定的8次迭代譯碼。我們假設(shè)接收端知道和。信噪比（SNR）定義為在每個(gè)接收天線上的平均接收信噪比，即。圖3.1的仿真結(jié)果采用16-QAM調(diào)制，給出了采用4種檢測(cè)算法的誤比特率（BER）性能。這四種算法分別為：的E-PDA算法（即傳統(tǒng)PDA）和的E-PDA算法（均進(jìn)行4次迭代，），MMSE濾波算法，以及基于MMSE濾波的連續(xù)干擾抵消（硬抵消）算法（SIC-MMSE）。E-PDA和SIC-MMSE均采用文獻(xiàn)[2][3]中所使用的最大漸進(jìn)有效能量排序準(zhǔn)則確定檢測(cè)順序。圖3.2的仿真內(nèi)容和圖3.1相同，只是采用的調(diào)制為64QAM，并且對(duì)E-PDA比較了（即傳統(tǒng)PDA）和的性能差異。我們看到SIC-MMSE的性能甚至比單純MMSE濾波算法還差，這是由于SIC-MMSE算法在較低的SNR上硬判決的符號(hào)錯(cuò)誤概率較高，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的錯(cuò)誤傳播（對(duì)編碼系統(tǒng)，錯(cuò)誤的硬干擾抵消將可能得到極性不正確的LLR值從而限制Turbo碼的譯碼性能）。對(duì)于E-PDA算法，通過對(duì)16QAM調(diào)制設(shè)置以及對(duì)64QAM調(diào)制設(shè)置均能夠獲得相對(duì)傳統(tǒng)PDA顯著的信噪比增益。對(duì)于傳統(tǒng)PDA，迭代兩次后（）性能便開始變差。而通過設(shè)置較大的參數(shù)（通過大量仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果，我們選擇對(duì)16QAM和64QAM調(diào)制分別設(shè)置以及），E-PDA可以在一定程度上改善傳統(tǒng)PDA的符號(hào)后驗(yàn)概率最大值過估計(jì)問題，從而獲得比傳統(tǒng)PDA好的收斂性能。當(dāng)設(shè)置為同一個(gè)值的時(shí)候，E-PDA和E-MMSE-ISDIC的BER曲線完全吻合，因此圖中僅標(biāo)注出E-PDA。此外我們補(bǔ)充指出，對(duì)于較小調(diào)制星座比如BPSK或者QPSK，由于剩余干擾加噪聲的高斯分布假設(shè)精確度相對(duì)較高，所以不能夠通過使用E-PDA（設(shè)置）來獲得相對(duì)傳統(tǒng)PDA（即E-PDA設(shè)置）的增益，我們的仿真結(jié)果（限于篇幅沒有給出）亦證實(shí)了這一點(diǎn)。因此本文提出的E-PDA算法僅適用于采用較高調(diào)制星座的系統(tǒng)。圖3.116QAM調(diào)制，E-PDA的參數(shù)設(shè)置為1和2的時(shí)候迭代1至4次的性能；同時(shí)加入MMSE和SIC-MMSE算法進(jìn)行比較。圖3.264QAM調(diào)制，E-PDA的參數(shù)設(shè)置為1和3的時(shí)候迭代1至4次的性能；同時(shí)加入MMSE和SIC-MMSE算法進(jìn)行比較。PAGE33第四章V-BLAST中的LAS算法第四章V-BLAST中的LAS算法在上一章中，我們研究了多種傳統(tǒng)的V-BLAST檢測(cè)算法。特別的，我們仿真了E-PDA算法在收發(fā)天線數(shù)為8的情況下的性能，然而當(dāng)天線數(shù)進(jìn)一步增加時(shí)，E-PDA算法的復(fù)雜度使得該算法無法在實(shí)際系統(tǒng)中獲得應(yīng)用。因此，在這一章，我們介紹一種新型的適合于天線數(shù)為數(shù)十到數(shù)百的V-BLAST系統(tǒng)的低復(fù)雜度檢測(cè)算法，即LAS算法。4.1LAS檢測(cè)算法4.1.1LAS檢測(cè)算法的前提說明下面我們來討論V-BLAST系統(tǒng)中采用上面提出的LAS檢測(cè)算法的性能和復(fù)雜度。設(shè)有一個(gè)V-BLAST系統(tǒng)，有個(gè)發(fā)射天線，個(gè)接收天線，≤，個(gè)信號(hào)同時(shí)從個(gè)發(fā)射天線發(fā)射。用∈｛－1，＋1｝表示第個(gè)發(fā)射天線發(fā)送的信號(hào)。每個(gè)發(fā)送信號(hào)通過無線信道從個(gè)發(fā)送天線傳送到個(gè)接收天線上。設(shè)從發(fā)射天線到接收天線的信道增益為。設(shè)信道為MIMO平坦衰落，所采用的信道模型為基帶時(shí)域離散信號(hào)模型，第個(gè)天線上的接收到的信號(hào)為，則(4-1)∈｛1，2，3，…｝，∈｛1，2，3，…｝，假設(shè)｛｝服從復(fù)高斯分布(即衰落幅度服從瑞利分布，其均值為0，==0.5，其中和分別表示的實(shí)部和虛部。假設(shè)在第個(gè)天線的噪聲值為，服從復(fù)高斯分布，均值為0，且==，表示發(fā)射信號(hào)的平均能量，表示接收天線處的信號(hào)噪聲功率比，｛｝之間互相獨(dú)立，=1，2，3…。全部接收天線上接收到的信號(hào)可以寫成以下形式(4-2)式中，=，為長(zhǎng)度是的列向量，表示接收到的信號(hào)向量，=為長(zhǎng)度是的列向量，表示發(fā)射信號(hào)向量。為的矩陣，表示信道系數(shù)｛｝，=表示長(zhǎng)度為的噪聲向量。假設(shè)在接收端是完全已知的，而發(fā)送端不知道矩陣的值。4.1.2LAS算法前面仿真是針對(duì)的VBLAST系統(tǒng)進(jìn)行的，但是當(dāng)天線數(shù)更多的時(shí)候（如幾十或上百），MMSE-ISDIC或PDA算法的應(yīng)用收到限制，由此我們研究了LAS算法我們所研究的LAS算法的本質(zhì)是不斷找出比特向量，最終達(dá)到一個(gè)定值，這一系列比特是通過一個(gè)固定的算法進(jìn)行尋找?？紤]一個(gè)V-BLAST系統(tǒng)，在ML檢測(cè)中，當(dāng)使下式達(dá)到最大值時(shí)，取到它的最大似然值。(4-3)似然方程可以寫為(4-4)式中(4-5)(4-6)在尋找向量過程中，每一次更變向量的準(zhǔn)則：表示在LAS算法中第次校正的向量。任何已知的檢測(cè)算法的輸出向量可以用來當(dāng)作初始向量。當(dāng)用MF檢測(cè)算法的輸出作為初始向量時(shí)，就將產(chǎn)生結(jié)果的LAS檢測(cè)算法稱為MF-LAS檢測(cè)算法。依照上述的方法，論文中定義了ZF-LAS檢測(cè)算法和MMSE-LAS檢測(cè)算法。當(dāng)給定時(shí)，算法通過校正得到，如此循環(huán)，直到向量被校正為一定值。每一次從校正到的似然度變化用表示，且值為正，即：(4-7)上式中，似然值的變化表達(dá)式可以用似然方程求導(dǎo)可得。用表示似然函數(shù)關(guān)于求偏導(dǎo)的結(jié)果，即：(4-8)上式中(4-9)（注：文中表示取實(shí)部，表示取虛部）將式(4-4)代入(4-7)得：(4-10)定義：(4-11)此時(shí)，我們可以看出：，進(jìn)一步觀察可以得出：，可以將式(4-10)簡(jiǎn)化為：(4-12)式中：(4-13)這時(shí)，給定，和，目標(biāo)就很明確了，即：當(dāng)從校正到時(shí)，使得為正，由此我們可以推出，中的每一個(gè)或者多個(gè)比特都可以反轉(zhuǎn)變化（即從＋1跳變到－1，反之亦然），從而得到。我們將在校正中可能被檢測(cè)跳轉(zhuǎn)的組比特稱之為候選檢測(cè)組。我們用｛1，2，3…｝表示在第次校正時(shí)的候選檢測(cè)組。根據(jù)以上定義，由式(4-12)得出，第次校正的似然變化函數(shù)為：(4-14)式中，、、分別表示向量、、的第個(gè)元素。下面的校正規(guī)則，可以很簡(jiǎn)單的使似然度上升（即當(dāng)有比特變化時(shí)，）。LAS校正規(guī)則：給出｛1，2，3…｝，，設(shè)有初始向量，中的比特值按照以下規(guī)則校正：(4-15)式中表示在第次校正時(shí)，第個(gè)比特的門限(4-16)式中，表示矩陣的第行、第列的元素?？梢钥闯?，是保證似然上升的最小門限。顯然，在決定序列時(shí)（）時(shí)，我們可以做出很多種選擇。一種最簡(jiǎn)單的序列是被稱為有序LAS算法（sequentialLAS），其門限不變（即=），該算法在每一次校正中，只檢測(cè)一個(gè)可能跳轉(zhuǎn)的比特。在SLAS算法中，每一次檢測(cè)可以隨機(jī)地或是反復(fù)地來選擇被檢測(cè)比特的位置。每次檢測(cè)一個(gè)或是多個(gè)可能跳轉(zhuǎn)的比特。用表示在步驟n時(shí)根據(jù)更新準(zhǔn)則翻轉(zhuǎn)的一組比特的位置。此時(shí)，校正后的比特向量可寫為：(4-17)式中，表示第個(gè)并列向量。將(4-17)代入(4-8)后，梯度向量可以用下式得出：(4-18)式中，表示矩陣的第列。LAS檢測(cè)算法在每一步不斷地根據(jù)更新準(zhǔn)則式(4-15)來更新一組比特值直到，其中。這里是一個(gè)固定向量，它也即為算法結(jié)束時(shí)輸出的最終檢測(cè)結(jié)果。4.2V-BLAST系統(tǒng)下LAS檢測(cè)算法的復(fù)雜度分析：給定一個(gè)初始的向量，單獨(dú)的LAS算法的平均每比特復(fù)雜度為O（）。可以這樣解釋，影響LAS算法復(fù)雜度的因素主要有以下三個(gè)：1.式(4-8)中的計(jì)算；2.式(4-18)中，的每一次校正；3.向量達(dá)到定值所需的平均校正次數(shù)。對(duì)于任一個(gè)MIMO衰落信道實(shí)現(xiàn)，的計(jì)算需要計(jì)算矩陣和矩陣的相乘（見式(4-8)，式(4-9)和式(4-6)），其復(fù)雜度為O（）。使用SLAS時(shí)，式(4-8)中，的每一次校正的復(fù)雜度為O（），因此其每比特復(fù)雜度保持不變?？紤]第三個(gè)因素時(shí)，可以看出，需要的校正次數(shù)與成正比，即復(fù)雜度不變，復(fù)雜度與信噪比，，和初始向量有關(guān)。綜合考慮三個(gè)因素，我們可以看出，若只考慮LAS算法的部分，其復(fù)雜度僅為O（）。除了上述的復(fù)雜度之外，初始向量的生成也影響了整體復(fù)雜度。在使用MF，ZF，MMSE生成初始向量時(shí)，它們的每比特復(fù)雜度分別為O（），O（）和O（）。ZF和MMSE的復(fù)雜度比MF高，是由于在ZF和MMSE中需要進(jìn)行矩陣求逆陣運(yùn)算。這時(shí)，綜合考慮LAS算法部分和初始向量生成部分，我們可以看到，在V-BLAST系統(tǒng)中，研究的的MF/ZF/MMSE-LAS檢測(cè)算法的復(fù)雜度為O（）。這個(gè)結(jié)果與著名的有序ZF-SIC檢測(cè)算法（其復(fù)雜度為O（））形成鮮明對(duì)比。在考慮的數(shù)量產(chǎn)生的復(fù)雜度時(shí)，MF/ZF/MMSE-LAS檢測(cè)算法比ZF-SIC檢測(cè)算法有極大的優(yōu)勢(shì)。因此，當(dāng)天線數(shù)量多至數(shù)百時(shí)，ZF-SIC檢測(cè)算法就會(huì)變得極其復(fù)雜，此時(shí)，MF/ZF/MMSE-LAS檢測(cè)算法的低復(fù)雜度的優(yōu)點(diǎn)變的彌足珍貴。在下面的仿真過程中，這個(gè)優(yōu)勢(shì)十分明顯，仿真過程中，天線數(shù)量為400時(shí)，ZF-LAS檢測(cè)算法的誤碼率為，要得到這個(gè)結(jié)果，ZF-LAS檢測(cè)算法只需要幾個(gè)小時(shí)，而ZF-SIC檢測(cè)算法要得到這個(gè)結(jié)果理論上需要幾天（所以本文并沒有給出ZF-SIC檢測(cè)算法的仿真結(jié)果）。下面我們進(jìn)一步考慮其它的一些檢測(cè)算法，例如球面檢測(cè)算法以及低復(fù)雜度的球面檢測(cè)算法的變種，MarkovChainMonteCarlo(MCMC)技術(shù)，網(wǎng)格簡(jiǎn)化技術(shù)（latticereduction）。這些檢測(cè)算法的復(fù)雜度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于O（），在天線數(shù)量較多時(shí)，其計(jì)算量太大，實(shí)用性不強(qiáng)。盡管這些檢測(cè)算法的性能可以達(dá)到近似ML性能，而它們的性能也的確可以勝任天線數(shù)量較少的場(chǎng)合，在天線數(shù)量多至數(shù)百時(shí)，這些檢測(cè)算法的相形見拙了，仿真這些檢測(cè)算法所消耗的時(shí)間是很可觀的。所以文中也沒有提供以上這些檢測(cè)算法的結(jié)果。從下文的仿真結(jié)果中可以看出LAS檢測(cè)算法的優(yōu)勢(shì)：它具有更少更適合于實(shí)際應(yīng)用的復(fù)雜度，并且在數(shù)百個(gè)天線的情況下可以達(dá)到接近ML檢測(cè)的性能。4.3V-BLAST系統(tǒng)下LAS檢測(cè)算法的仿真及性能分析：在這一節(jié)中，我們通過仿真，給出在非編碼V-BLAST系統(tǒng)中，LAS檢測(cè)算法的誤碼率性能，同時(shí)，與其它的一些檢測(cè)算法比如ZF，ZF-SIC檢測(cè)算法進(jìn)行了比較。4.3.1各種檢測(cè)算法的誤碼率性能隨著的不斷增大，ZF-LAS算法相對(duì)ZF-SIC算法的性能優(yōu)勢(shì)越來越明顯：圖1繪制了在V-BLAST系統(tǒng)下，假設(shè)，平均信噪比為20dB，二進(jìn)制相移鍵控，圖4.1ZF,ZF-SIC,和ZF-LAS的誤碼率性能信噪比為20dBBPSK頻譜效率為bps/Hz從圖4.1中，可以看出：當(dāng)=1的情況表示SISO平坦瑞利衰落下，BPSK的誤碼率，也即誤碼率為，當(dāng)=20dB時(shí)，誤碼率等于。當(dāng)增大時(shí)，ZF的性能反而下降，當(dāng)≤15時(shí)，ZF-SIC的性能隨著天線數(shù)量的增加而增加，隨著天線數(shù)量的進(jìn)一步增加，性能的增加不如一開始明顯，進(jìn)入一個(gè)平緩的過程。當(dāng)≥15時(shí)，性能不再提升，可能是因?yàn)楦蓴_太大以至于超出了ZF-SIC的干擾抵消能力。當(dāng)天線數(shù)量小于四時(shí)，ZF-LAS比ZF-SIC的性能要好，在天線數(shù)量從4到24時(shí)，ZF-SIC比ZF-LAS的性能要好。產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因可能是，當(dāng)天線數(shù)量少于四時(shí)，ZF的誤碼率比較小，使得LAS可以有效利用ZF檢測(cè)的初始結(jié)果，因此這時(shí)產(chǎn)生的輸出向量比ZF-SIC的輸出向量要好。當(dāng)天線數(shù)量在到24之間時(shí)，ZF的性能下降使得ZF-LAS不能有效利用ZF檢測(cè)的初始結(jié)果，此時(shí)便無法超越ZF-SIC的性能。然而，有趣的是，當(dāng)天線數(shù)量超過25時(shí)，ZF-LAS的性能再一次超過ZF-SIC，所以，在大系統(tǒng)中（例如，如圖1所示，天線數(shù)量大于25），隨著的增加，ZF-LAS的性能優(yōu)勢(shì)相對(duì)ZF-SIC來說越來越明顯。當(dāng)然，ZF-LAS性能超過ZF-SIC的天線數(shù)量（即25）并不是一成不變的，經(jīng)過研究，這個(gè)數(shù)量與信噪比有關(guān)。4.3.2在大V-BLAST系統(tǒng)中，ZF-LAS檢測(cè)算法在復(fù)雜度和分集上與ZF-SIC的比較圖4.2在200×200的V-BLAST系統(tǒng)中，ZF，ZF-SIC，ZF-LAS的性能對(duì)比在圖4.2中，我們可以看到一個(gè)ZF，ZF-LAS，ZF-SIC之間非編碼性能的有趣對(duì)比。這些曲線是在200×200的V-BLAST系統(tǒng)下，有關(guān)平均信噪比的函數(shù)。這個(gè)系統(tǒng)龐大，正如在上文中指出，ZF-SIC復(fù)雜度為O（），ZF-LAS復(fù)雜度僅為O（），ZF-SIC在復(fù)雜度上與ZF-LAS相比，沒有絲毫優(yōu)勢(shì)。事實(shí)上，繪制圖2中的曲線時(shí)，ZF-SIC的仿真耗時(shí)量是相當(dāng)大的，相比之下，繪制ZF-LAS性能曲線的耗時(shí)量就要少得多。除了復(fù)雜度上的巨大優(yōu)勢(shì)，從ZF-LAS和ZF-SIC的誤碼率曲線上可以明顯的看出，ZF-LAS的性能(近似指數(shù)分布)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過ZF-SIC。實(shí)際上ZF-LAS的誤碼率曲線幾乎與在AWGN信道上SISO的BPSK誤碼率曲線一樣。這意味著，當(dāng)使用LAS檢測(cè)算法時(shí)，把200×200的MIMO衰落信道可以近似等價(jià)為200個(gè)并行獨(dú)立的SISOAWGN信道。4.3.3天線數(shù)量以百計(jì)時(shí)LAS檢測(cè)算法的性能正如上文中提到的，在天線數(shù)量以百計(jì)時(shí)，要得到ZF-SIC的仿真結(jié)果是很困難的，所以在這里，并沒有提供ZF-SIC的仿真曲線。實(shí)際上，在天線數(shù)量為200時(shí)，我們可以依然很容易得到ZF-LAS的仿真曲線。圖4.3當(dāng)變化時(shí)，ZF-LAS關(guān)于信噪比的誤碼率曲線從圖4.3中可以看出：1.對(duì)于ZF-LAS來說，隨著天線數(shù)量的增多，達(dá)到一定的誤碼率性能所需的信噪比越?。?.天線數(shù)量越多，可以實(shí)現(xiàn)的分集數(shù)量越多。同樣，我們的仿真發(fā)現(xiàn)，隨著天線數(shù)量的增多，無論如何選擇初始向量，LAS算法最終會(huì)達(dá)到近似ML性能。實(shí)際上，ZF-LAS，MF-LAS，MMSE-LAS的誤碼率性能（盡管圖3中并沒用畫出MF-LAS，MMSE-LAS的曲線）是十分接近的，所以，在大MIMO系統(tǒng)中，MF-LAS也許會(huì)更受人們的青睞，因?yàn)镸F-LAS不用進(jìn)行矩陣求逆操作，而ZF-LAS和MMSE-LAS需要，但是它們?cè)谛阅苌系牟町愂呛苄〉?。PAGE35小結(jié)小結(jié)本文研究了大量MIMO檢測(cè)算法，如ZF，MMSE，ZFVBLAST，MMSEVBLAST，MMSE-ISDIC，PDA。同時(shí)，我們又提出了增強(qiáng)的PDA和MMSE-ISDIC算法，從理論上和仿真中證實(shí)了二者的等價(jià)性。但是，由于這些經(jīng)典算法的復(fù)雜度太高，我們研究了LAS算法，在數(shù)百個(gè)天線的情況下，該算法可以達(dá)到非編碼接近指數(shù)分集性能（也即在大MIMO衰落環(huán)境中達(dá)到接近單輸入單輸出加性白高斯噪聲的性能），而且，該檢測(cè)算法復(fù)雜度僅為O（）。該算法的提出，為MIMO系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用和理論研究提供了新的思路。PAGE49致謝致謝PAGE64PAGE63參考文獻(xiàn)[1]/view/27827.htm[2]/view/319506.htm[3]孫麗霞張宗橙Turbo碼簡(jiǎn)介及其在第三代移動(dòng)通信中的應(yīng)用[4]任韌,徐進(jìn),任大男,MIMO系統(tǒng)V-BLAST自適應(yīng)迭代極大似然檢測(cè)研究<<哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)>>2008年第40卷第09期[5]高春艷,周世東,趙明,許希斌,姚彥,采用MMSE和ZF接收的多天線系統(tǒng)容量<<清華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）>>2005年第45卷第03期[6]杜建忠,黃煒,V-BLAST系統(tǒng)中幾種檢測(cè)算法的研究<<中國(guó)通信學(xué)會(huì)第五屆學(xué)術(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hì)；（3）培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，結(jié)合實(shí)際獨(dú)立完成課題的工作能力。（4）對(duì)學(xué)生的知識(shí)面、掌握知識(shí)的深度、運(yùn)用理論結(jié)合實(shí)際去處理問題的能力、實(shí)踐能力、計(jì)算機(jī)運(yùn)用水平、書面及口頭表達(dá)能力進(jìn)行考核。2、畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）：以單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)了基于激光測(cè)距的防撞預(yù)警系統(tǒng)，采用TDC-GP2芯片作為激光飛行計(jì)時(shí)單元,給出激光發(fā)射及回波接收放大電路，基于模塊化思想設(shè)計(jì)、完成系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程；最后通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試，系統(tǒng)要能很好測(cè)出前方車輛距離及運(yùn)行狀態(tài)，并能及時(shí)發(fā)出報(bào)警，利用Matlab對(duì)其測(cè)試結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，修正。3、對(duì)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）成果的要求〔包括圖表、實(shí)物等硬件要求〕：設(shè)計(jì)完成后，要提供電路圖，實(shí)驗(yàn)電路版，控制原始程序，實(shí)驗(yàn)要保存大量的原始數(shù)據(jù)。完成設(shè)計(jì)論文。4、畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）工作進(jìn)度計(jì)劃：序號(hào)論文（設(shè)計(jì)）工作進(jìn)度日期（起止周數(shù)）1根據(jù)所出題目，結(jié)合自身所學(xué)知識(shí)，選擇合適課題，確定畢業(yè)設(shè)計(jì)論文題目。13-14-1第16周止2根據(jù)所定題目，全面搜集素材，列出各種設(shè)計(jì)方案，并一一比較，選擇出最好的設(shè)計(jì)方案。13-14-1第18周止3聯(lián)系指導(dǎo)老師，將自己的設(shè)計(jì)方案與老師溝通、交流，得到指導(dǎo)老師的認(rèn)同與指點(diǎn)，開始設(shè)計(jì)。13-14-1第19周止4根據(jù)方案，確定所要用的器材。設(shè)計(jì)總體框架結(jié)構(gòu)，分出各大的模塊，并將其展開，以得到比較細(xì)的設(shè)計(jì)模式。13-14-2第1周止5根據(jù)所列框圖，結(jié)合自己所學(xué)知識(shí)，開始各分支電路模塊的設(shè)計(jì)。13-14-2第2周止6完成初稿，將所做的模塊給指導(dǎo)老師查閱，看是否有不當(dāng)之處，再進(jìn)行改進(jìn)。并將大電路的設(shè)計(jì)方案告之老師，得到老師更好的建議。13-14-2第3周止7大膽進(jìn)行設(shè)計(jì)，將每一個(gè)小的電路，大的模塊，都精心設(shè)計(jì)好，完成整個(gè)硬件和軟件部分的設(shè)計(jì)過程。13-14-2第6周止8將所有設(shè)計(jì)整理結(jié)合，形成設(shè)計(jì)論文，交與指導(dǎo)老師檢查，并經(jīng)老師指點(diǎn)，做進(jìn)一步的改進(jìn)工作。13-14-2第7周止9改進(jìn)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，得到自己及老師認(rèn)為滿意的論文。13-14-2第10周止指導(dǎo)教師日期年月日教研室審查意見：簽字：年月日學(xué)院負(fù)責(zé)人意見：簽字：年月日學(xué)生簽字：接受任務(wù)時(shí)間：年月日注：任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫。畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開題報(bào)告題目基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距1、本課題的研究意義，國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢(shì)近年來，隨著電子測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)用超聲波作出精確測(cè)量已成可能。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，電子測(cè)量技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，而超聲波測(cè)量精確高，成本低，性能穩(wěn)定則備受青睞。超聲波是指頻率在20kHz以上的聲波，它屬于機(jī)械波的范疇。超聲波也遵循一般機(jī)械波在彈性介質(zhì)中的傳播規(guī)律，如在介質(zhì)的分界面處發(fā)生反射和折射現(xiàn)象，在進(jìn)入介質(zhì)后被介質(zhì)吸收而發(fā)生衰減等。正是因?yàn)榫哂羞@些性質(zhì)，使得超聲波可以用于距離的測(cè)量中。隨著科技水平的不斷提高，超聲波測(cè)距技術(shù)被廣泛應(yīng)用于人們?nèi)粘９ぷ骱蜕钪?。一般的超聲波測(cè)距儀可用于固定物位或液位的測(cè)量，適用于建筑物內(nèi)部、液位高度的測(cè)量等。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，超聲波將在測(cè)距儀中的應(yīng)用越來越廣。但就目前技術(shù)水平來說，人們可以具體利用的測(cè)距技術(shù)還十分有限，因此，這是一個(gè)正在蓬勃發(fā)展而又有無限前景的技術(shù)及產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。展望未來，超聲波測(cè)距儀作為一種新型的非常重要有用的工具在各方面都將有很大的發(fā)展空間，它將朝著更加高定位高精度的方向發(fā)展，以滿足日益發(fā)展的社會(huì)需求，如聲納的發(fā)展趨勢(shì)基本為：研制具有更高定位精度的被動(dòng)測(cè)距聲納，以滿足水中武器實(shí)施全隱蔽攻擊的需要；繼續(xù)發(fā)展采用低頻線譜檢測(cè)的潛艇拖曳線列陣聲納，實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)程的被動(dòng)探測(cè)和識(shí)別；研制更適合于淺海工作的潛艇聲納，特別是解決淺海水中目標(biāo)識(shí)別問題；大力降低潛艇自噪聲，改善潛艇聲納的工作環(huán)境。無庸置疑，未來的超聲波測(cè)距儀將與自動(dòng)化智能化接軌，與其他的測(cè)距儀集成和融合，形成多測(cè)距儀。隨著測(cè)距儀的技術(shù)進(jìn)步，測(cè)距儀將從具有單純判斷功能發(fā)