解析LTE的改进型信号检测算法

　　The 3rd Generation Partnership Project（3GPP）。

　　是领先的3G技术规范机构，是由欧洲的ETSI，日本的ARIB和TTC，韩国的TTA以及美国的T1在1998年底发起成立的，旨在研究制定并推广基于演进的GSM核心网络的3G标准，即WCDMA，TD-SCDMA，EDGE等。中国无线通信标准组（CWTS）于1999年加入3GPP。

　　3GPP的目标是实现由2G网络到3G网络的平滑过渡，保证未来技术的后向兼容性，支持轻松建网及系统间的漫游和兼容性。 其职能： 3GPP主要是制订以GSM核心网为基础，UTRA（FDD为W-CDMA技术，TDD为TD-CDMA技术）为无线接口的第三代技术规范。

　　为了保持在移动通信领域技术和标准上的优势，2004年年底，3GPP启动了长期演进（LTE）的标准化工作。在LTE系统中，引入了OFDM、MIMO等核心技术，使得系统的各方面性能与3G相比，有了质的飞跃。

　　作为LTE系统的核心技术之一，MIMO可以实现很高的频谱利用率，这是使用单发单收（SISO）技术无法达到的。对于基于LTE系统的MIMO条件下的信号检测，主要有ML算法、线性检测算法、V-BLAST算法、QR分解算法等。V-BLAST算法的实质是排序连续干扰消除OSIC（Ordered Successive Interferenece Cancellation），因其能够取得误码性能和运算复杂度间较好的折中， 成为MIMO信号检测下的常用算法。

　　提出了一种改进型V-BLAST算法，在每一步计算时，对信噪比足够大的各路信号一起检测，减少了运算复杂度。参考文献[4]为了减小V-BLAST算法的运算量，在相关性较好的子载波间采用相同的检测顺序。

　　与终端相比，LTE综测仪对于信号检测算法的复杂度和运算量并没有过高的要求。因此，本文提出了一种V-BLAST改进型信号检测算法，在略微增加运算量的基础上，可明显改善检测器性能。

　　1 系统模型

　　1.1  LTE链路模型

　　为了论述本文所提出的信号检测算法的应用背景，先简单介绍LTE链路模型。根据3GPP TS36.211可以得到LTE系统链路模型，如图1所示。

　　2 信号检测算法

　　2.1 传统V-BLAST算法

　　下面对传统V-BLAST算法[6]进行具体说明：

　　（1）根据冲击响应矩阵增益来对要检测的符号进行排序，确定被检测的发射天线；

　　2.2 改进型V-BLAST算法

　　传统V-BLAST算法要按照信噪比从大到小对各层进行检测。在对第一层进行检测时，找到与判决统计量欧氏距离最短的星座点，将该星座点作为量化后的点。如果该星座点与发射时的复值符号不相同时，将会导致后续层的判决错误，即误码传播现象。

　　目前LTE系统主要支持2发2收和4发4收的天线系统。由于发射天线个数较少（尤其是2发2收系统），因此在利用V-BLAST算法进行信号检测时，关键是防止第一层检测错误。一旦第一层检测出错，其他各层检测也会出现错误，此时误码传播的效果最明显。

　　为此，本文提出了一种改进型V-BLAST算法降低误码传播的可能性。在进行第一层信号检测时，可以得到与判决统计量欧氏距离最短的K个星座点，K的个数将通过本论文的仿真给出。将这K个星座点作为第一层量化后的点。其他各层利用V-BLAST算法进行信号检测时，需要利用上一层K个量化情况，得到K个判决统计量。这样在进行完最后一层检测时，可以得到含有K个元素的发送集合，每个元素是nT×1的列向量。最后利用如下的式子得到最大似然估计值：

　　3 仿真结果

　　仿真环境参数：QPSK调制或16 QAM调制，在频域上取20个资源块，时域上取一个子帧，即14个OFDM符号，信道为瑞利平坦衰落信道。天线系统为2发2收和4发4收。仿真次数为500次。QPSK调制时，2发2收、4发4收天线系统下算法性能比较如图2、图3所示。

　　仿真结果分析：当发送端采用QPSK调制方式时，令K值取4，与传统V-BLAST算法相比，能够极大地降低误比特率。在2发2收的天线系统中，其误比特率近似于ML算法。在4发4收天线系统下，K可取1、2、3，随着K取值的增加，算法的性能也在提升。当K=4时，其性能较V-BLAST算法性能有较大提高。当发送端采用QPSK调制方式时，如果K取4，意味着将第一层的4个星座点全部保留，此时第一层是不可能出现判决错误的，所以误比特率会有明显下降。

　　当发送端采用16 QAM时，分别取K=2、4、6，观察该改进型算法性能。结果如图4、图5所示。可以发现，无论是2发2收系统还是4发4收系统，随着K取值增加，算法性能也在提升。但K=4和K=6算法性能差别不大。这是因为在进行符号量化时，判决统计量被量化为周围4个星座点的可能性最大，被量化为其他星座点的可能性较小。当K>4时，算法性能虽有所提高，但并不明显。因此，当发送端采用16 QAM时，第一层量化为4个星座点时，能够在性能和运算复杂度间取得较好的平衡。

　　综上所述，无论哪种调制方式和收发系统，应令K=4。当发送端为QPSK时，改进型算法的性能提升较为明显。当发送端为16 QAM时，改进型算法的性能提升情况不如QPSK明显。

　　本文针对传统V-BLAST算法误码传播的情况，提出了一种改进型V-BLAST算法。该算法主要是通过在信号检测的第一层保留K个量化符号，以减少误码传播的可能性。从仿真图形可以看出，该算法较传统V-BLAST算法，性能有了明显的提升。同时通过观察K不同取值时算法的性能，可以发现K取4时，该算法在运算复杂度和性能间取得较好的平衡。

　　由于该算法的运算量适度，且性能有了一定的改进，可将该改进型算法应用于LTE无线综测仪中。

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