基于行列软判决反馈的频率选择性MIMO信道信号检测与LDPC码优化

In the single-carrier frequency selective MIMO (FS MIMO) channel, the conventional block detection processing requires interblock zero padding, and its complexity grows cubically with the number of symbols in the block, which will result in spectral efficiency loss. To increase the achievable spectral efficiency, in this project, the efficient signal detection and the code optimization are researched. Noting that the FS MIMO channel can be viewed as a two-dimensional intersymbol interference (2D ISI) channel, the basic idea is to employ the linear-complexity iterative row-column soft-decision feedback (IRCSDF) algorithm to process the equivalent 2D ISI. The main subjects of the research include: First, the row- and column-component detectors of the IRCSDF algorithm and the extrinsic information weighting factor between the two component detectors are designed. Second, the message scheduling strategy among the row-component detector, column-component detector, and low-density parity-check (LDPC) decoder is researched through the extrinsic information transfer (EXIT) chart analysis technique, when the LDPC code is concatenated in the coded FS MIMO system. Third, the degree distribution of the LDPC code is optimized by EXIT chart analysis technique when the message scheduling strategy is given. Finally, the list Viterbi algorithm is applied in the iterative detection/decoding receiver to lower the error floor. Through the research of this project, it is expected that a practical implementation which can utilize effectively the high spectral efficiency potential of the single-carrier FS MIMO channel is achieved, and thereby a technique support for future mobile communications is provided.

传统的单载波频率选择性（FS）多输入多输出（MIMO）信道的块检测处理方法需要在数据块之间填充全零数据并且其复杂度随数据块内符号数的三次方增长，这将导致较低的谱效率。注意到FS MIMO信道可以等效为一个二维码间干扰信道，本项目拟采用具有线性复杂度的迭代行列软判决反馈（IRCSDF）算法，研究FS MIMO信道上的高效信号检测与码优化方法，以提高谱效率。主要内容包括：IRCSDF算法中行、列分量检测器的设计，分量检测器之间外信息加权系数的设计；级联低密度奇偶校验（LDPC）码编码系统迭代接收机中，基于外信息转移（EXIT）图分析技术的行、列分量检测器、LDPC译码器之间的消息调度策略研究；LDPC码的度分布优化设计；以及基于List型维特比算法的低错误平层方法设计。通过本项目的研究，拟设计出一个能够高效利用单载波FS MIMO系统高谱效率潜能的实现方案，为未来移动通信系统提供技术支撑。

频率选择性衰落（FS）MIMO信道同时存在天线间干扰（IAI）和符号间干扰（ISI），为了实现该信道上的低复杂、高可靠通信，本项目从发送端编码调制设计与接收端信号检测两方面进行了研究。在编码调制设计方面，首先，针对2D-ISI信道，设计了匹配该信道的LDPC码的最佳度分布；其次，针对单载波FS-MIMO信道设计了一个高能效的发送信号结构；接下来，针对同时存在IAI和子载波间干扰（ICI）的MIMO-OFDM信道设计了一个联合天线-子载波指数调制方案，该方案中频域信号在天线和子载波维度上都是稀疏的，因此能够有效克服快变信道造成的ICI干扰的影响。在信号检测方面，首先，针对2D-ISI信道，设计了低复杂度的基于高斯近似的迭代行列软判决反馈算法；其次，根据单载波FS-MIMO信道矩阵的块对角特性设计了基于硬判决和软判决反馈的检测算法，以及低复杂度的基于并行干扰抵消的检测算法；接下来，研究了采用OFDM的频率选择性衰落双向中继信道的基于频域过采样的检测算法。另外，本项目FS-MIMO系统中采用的多天线技术不但考虑了传统的VBLAST技术，还考虑了新近提出的空间调制这一新型多天线技术。并且在空间调制研究方面，提出了并行高斯信道上的自适应指数调制方案、低复杂度的空间调制信号检测方法、基于混合空间调制的单向和双向中继方案及中继检测算法、多用户空间调制技术等。基于以上研究成果，本项目设计出了一个包含新型多天线技术的能够高效利用FS-MIMO 信道高谱效潜能的实现方案，为未来移动通信系统提供了有力的技术支撑。