引言

在非視距的移動通信環境下，設計傳輸速率非常高、又能提供好的服務質量和較大的服務范圍的通信技術，對設計人員來說是一個挑戰。多輸入多輸出的MIMO（MultipleInput Multiple-Output）技術指的是利用多根發射天線和多根接收天線進行無線傳輸的技術，使用這種技術的無線通信系統即為MIMO系統。MIMO技術能在不增加帶寬的情況下成倍地提高通信系統的容量和頻譜利用率，因而對于它的研究已經成為通信理論研究的前沿領域。

MIMO技術的實質是為無線系統提供空間復用增益和空間分集增益。空間復用技術可以大大提高信道容量，而空間分集技術則可以提高信道的可靠性，降低信道的誤碼率。

垂直分層空時碼系統（V-BLAST）是貝爾實驗室提出的一種基于多輸入多輸出（MIMO）傳輸方式的空時碼系統，它是空間復用技術的代表。

V-BLAST結構，就是將待發射的數據流分解為多個并行子數據流，對各路數據流獨立地進行編碼、調制與映射到其對應的發射天線上，在接收端采用檢測算法結合消除干擾等技術將多路子數據流分離。

一般來講，V-BLAST系統以部分分集增益為代價來換取高頻帶利用率。由于V-BLAST無法獲得最大分集增益，接收端在檢測信號時選用的檢測算法對提高整個系統性能至關重要。本文對V—BLAST系統中的兩種檢測算法進行了深入研究，通過仿真結果分析它們的性能，并對這兩種算法的適用性做了比較。

1 傳統的接收端檢測算法

MIMO信號檢測技術有多種算法，最優的算法是最大似然（ML）譯碼算法，但ML算法的復雜度隨著天線數及調制階數的增加呈指數增長，無法實用，故提出了各種簡化的算法。其中常用的檢測算法包括迫零（ZF）線性算法和最小均方誤差（MMSE）線性算法。

假設MIM0信道是平坦衰落的，則接收機在t時刻收到的信號向量表示為：

其中，rt表示nR×1的接收信號向量，H是nR×nr維信道響應矩陣，xt是nT×l的發送信號向量，nt是nR×1的AWGN噪聲向量，其中每個分量都是均值為0，方差為σ2的相互獨立的正態分布隨機變量。

1．1 ZF算法

其中，σ2是AWGN的方差，InT是σ2→0的單位矩陣。

從ZF算法和MMSE算法中可以看出，ZF算法雖然能使其他天線的干擾為零，但是由于噪聲前乘上了因子G，噪聲被放大，所以檢測性能比較差。MMSE算法并沒有完全消除其他天線的干擾，而是在降低其它天線干擾和噪聲增強之前取得了折衷，使得總的誤差率最小。如果信噪比很高時，即σ2→0，則MMSE算法可以簡化為ZF算法。

無論ZF算法還是MMSE算法，其實質都是基于信道矩陣求逆的方法，為了使信道矩陣求逆有唯一解，就必須要求接收天線的數目大于或者等于發送天線的數目。

2 串行干擾抵消檢測算法

串行干擾抵消檢測算法借用了多用戶檢測中的串行干擾相消（SIC）思想。SIC的思路是先檢測出一個用戶的信號，然后將其再恢復成發射信號乘上信道參數作為對其他用戶的干擾，從接收信號中減去，這樣可以降低對其他用戶信號的干擾。這一過程中會有錯誤傳遞，如果是可靠性最高的用戶信號先被刪除，則會降低錯誤傳遞的概率。所以可以按照各個用戶信號信噪比從高到低的順序進行檢測刪除。在MIM0系統中，將SIC思想與傳統的檢測算法結合起來，就是V-BLAST系統的譯碼算法。在本論文中，將SIC分別與ZF算法和MMSE算法結合進行研究。

3 仿真結果分析

3．1 仿真

利用MATLAB軟件進行仿真，采用的是2發2收、4發4收的天線模型，信道為窄帶瑞利快衰落信道，假設接收端具有理想信道估計，調制方式是BPSK。分別對ZF算法、MMSE算法、ZF—SIC算法、MMSE-SIC算法進行仿真，結果如圖l、圖2所示。

3．2 各算法性能的比較

1）從圖l、圖2的仿真結果可以看出，在發收天線數一樣的情況下，傳統的ZF算法檢測性能最差，傳統的MMSE算法和V—BLAST的ZF—SIC算法性能相近，但是隨著信噪比的增加，ZF-SIC算法的性能更優些。V-BLAST的MMSE—SIC的檢測性能最好，隨著信噪比的增加，它的分集增益愈明顯。

2）對比圖l和圖2的仿真結果可以看出，4發4收的模型下采用的V-BLAST檢測算法比2發2收模型下采用的V—BLAST檢測算法性能優勢會更明顯些。

3）雖然MMSE—SIC算法的檢測性能最好，但它對應于其他幾種算法的復雜度較高，其次是ZF-SIC算法，MMSE算法性能適中，而且結構簡單，復雜度較低。所以在實際運用時，應該根據具體情況綜合考慮，均衡檢測算法的性能和復雜度。

4 結論

本文介紹了MIMO系統傳統的兩種檢測算法和在這兩種算法的基礎上融入串行干擾抵消思想的V—BLAST檢測算法，并對各種檢測算法的性能和復雜度進行了比較分析。MIMO技術已在無線通信系統中得到了廣泛的研究與應用，尤其是基于MIMO系統的V—BLAST空時碼系統。如何進一步提高檢測算法的性能，將是大幅度提高系統性能的必然趨勢。

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