基于格基規約的5GHz多天線信號檢測與接收機設計

摘 要：隨著無線通信技術的迅速發展，5G移動通信應時提出了3大目標：極高的速率、極大的容量和極低的時延。為此，學者們應用MIMO技術實現了極大的容量，但是要真正實現極高的速率和極低的時延，還需要信號檢測技術的同步發展，因此在MIMO系統的接收端研究復雜度和誤碼率更低的信號檢測技術十分必要。

關鍵詞：無線通信技術;5G移動通信;MIMO技術

一、基帶系統中的LR-Aided ZF檢測器

（一）LR-Aided 檢測器性能分析

本文的LR-Aided LD （Linear Detector） 系統中，LR算法采用CLLL算法，LD采用ZF濾波。通過對比ML檢測器、ZF檢測器、LR-Aided ZF檢測器的誤碼率性能，證明了CLLL算法對線性檢測器誤碼率性能具有明顯的優化效果。

（二）仿真結果

由于正交格基中ZF檢測的區域邊界和ML檢測相同，那么理論上來說，LR-Aided ZF檢測器可以提供和ML相同的檢測性能，但是實際上，兩者之間還是存在一定的差距，這個差距是由于對 進行判決引入的。為了保證每個碼元的發射功率為1，采用歸一化的4QAM調制。

由于c=Us ，而U 是由H 經CLLL約減計算出的幺模矩陣，對于不同的H ，幺模矩陣U 也必然不同。因此，規約基中的等效發射信號的星座圖c是不確定的，這就給檢測判決帶來了問題。對于 MIMO系統，c的兩種不同星座圖。

c經過瑞利信道，疊加高斯白噪聲后的判決信號散點圖如圖1-1所示。

為了對星座圖不定的等效發射信號c進行有效的檢測判決，對發射信號s 進行平移縮放，使其星座圖分布在格點上，從而降低檢測判決的難度[1]。由于U是幺模矩陣，因此，經過變換 c也分布在格點上。

可以看出，經過平移縮放，等效發射信號c的星座圖分布在連續的復整數格點上，因此更利于檢測判決[2]。平移縮放后的c經過球對稱復高斯信道，并疊加高斯白噪聲后的待判決向量散點分布圖如圖1-2所示。

二、帶通系統中的LR-Aided ZF檢測器

（一）系統模型

一個 的MIMO系統采用4QAM映射，載波頻率5GHz ，信號通過CSCG信道后，在接收端進入LR-Aided ZF檢測器進行帶通解調。

MIMO系統發射端把隨機生成的二進制比特流映射到4QAM星座圖中，然后對發射碼元脈沖成型，經過低通濾波器變成適合傳輸的基帶信號，再用5GHz 載波調制，完成發射端的帶通調制過程。接收端用高頻載波乘以接收到的信號，再通過濾波器濾除帶外噪聲，最后通過檢測器進行檢測判決，完成接收端的檢測過程[3]。

（二）5GHz條件下的LR-Aided檢測器

基帶信號需要經根升余弦濾波器濾波控制帶寬，濾波器參數如表2-1所示。

經上述根升余弦濾波器濾波后第一根發射天線的I路基帶信號時域波形如圖2-1所示。

對時域基帶信號做120點的FFT變換，各FFT點對應的頻率可由計算得出，其中 表示FFT點序號，fs 是采樣頻率，N是FFT總點數。當k=60時對應頻率為10GHz，當k=50時對應頻率為8.33GHz。

濾波成型后的基帶信號還需要調制到高頻載波上，以第一根發射天線的 路信號為例，帶通調制后發射信號的時域波形如圖2-2所示。

MIMO系統的接收端同時對經基帶信道和帶通信道傳輸的信號進行檢測判決[4]。由于系統的載波頻率較高，所需的采樣頻率也很大，因此設置的碼元數較少，在統計兩者的誤碼率性能時，可能存在一些偶然誤差[5]。

其中N0為噪聲功率，基帶信號和帶通信號的LR-Aided ZF檢測器的誤碼率性能比較如圖2-3所示。

從圖中可以看出，LR-Aided ZF檢測器對帶通信號的檢測誤碼率和基帶信號幾乎相同，說明LR-Aided ZF檢測器對帶通信號具有同樣有效的優化效果。

五、總結

為了真正實現5G移動通信的3大目標：極高的速率、極大的容量和極低的時延，發射部分采用毫米波作為載體提高了信號傳輸速率，信道部分利用MIMO技術進行空分復用成倍拓展了信道容量，但是系統的接收端還需要復雜度和誤碼率更低的檢測技術[6]。本文在MIMO系統的接收端全面研究了一種基于預處理技術的線性檢測器，能夠在保持低復雜度的同時，提高檢測器的誤碼率性能，獲得完全接收分集增益。

參考文獻：

[1] 秦小波，賀光輝，馬駿.格基規約算法在MIMO檢測中的應用[J].中國科技論文，2015（14）：1614-1621.

[2] 白琳，李敏，李穎，于全.空間信號協同處理理論與技術[M].北京：人民郵電出版社，2017.

[3] 白健，劉念，李子臣，等.基于Gauss和LLL規約的新型格基規約算法[J].計算機工程， 2013， 39（11）：147-149.

[4] 陳輝焱，劉樂，楊毅.并行BKZ算法[J].計算機應用研究， 2017， 34（10）：2946-2949.

[5] 呂浩，呂志平，翟樹峰，等.一種改進的LLL模糊度規約算法[J].中國慣性技術學報， 2017， 25（5）.

[6] 周圍，曾雪，樊鵬. MIMO系統中基于條件數閾值的格基約減信號檢測算法[J]. 重慶郵電大學學報（自然科學版）， 2017（6）.

作者簡介：

李欣陽（1998-）姓別：女，蒙古族，籍貫：內蒙古自治區. 學歷：本科，專業：通信工程。