《電子技術(shù)應(yīng)用》
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一种基于LTE的改进型信号检测算法
来源:电子技术应用2010年第11期
李小文, 郭 歌, 陈发堂
重庆邮电大学 通信与信息工程学院， 重庆 400065
摘要： 为了提升信号检测算法的性能，提出了一种改进型V-BLAST算法，在最先检测层保留了K个与判决统计量欧氏距离最近的星座点，其他各层依旧采用V-BLAST算法，从而降低了误码传播的可能性。通过仿真，设定了K的取值，并得到结论：K取值适当时，该改进型算法比传统的V-BLAST在性能上有了明显提升。
中圖分類號(hào)： TN929.5
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)嗎： A
文章編號(hào)： 0258-7998(2010)10-0128-04
An improved signal detection algorithm based on LTE
LI Xiao Wen, GUO Ge, CHEN Fa Tang
College of Communication and Information Engineering, Chongqing University of Posts and Telecommunications,Chongqing 400065, China
Abstract： LTE system uses OFDM、MIMO and other key technologies. During signal detection ,the conventional V-BLAST algorithm exists the spread of error, resulting in a decline in performance. In order to enhance the performance of signal detection algorithms, this paper presents an improved V-BLAST algorithm. When it is firstly detected, this layer retains the K constellation points which are nearest to statistics judgment, and the other layers are still using V-BLAST algorithm. This algorithm reduces the possibility of transmission error. Through the simulation, the K value is set, and the conclusion can be gotten: if the K is set the appropriate value, the improved algorithm can be improved more significantly than the traditional V-BLAST in performance.
Key words : LTE；MIMO；V-BLAST algorithm；error spread；signal detection

    為了保持在移動(dòng)通信領(lǐng)域技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)上的優(yōu)勢(shì)，2004年年底，3GPP啟動(dòng)了長(zhǎng)期演進(jìn)（LTE）的標(biāo)準(zhǔn)化工作。在LTE系統(tǒng)中，引入了OFDM、MIMO等核心技術(shù)，使得系統(tǒng)的各方面性能與3G相比，有了質(zhì)的飛躍[1]。
    作為L(zhǎng)TE系統(tǒng)的核心技術(shù)之一，MIMO可以實(shí)現(xiàn)很高的頻譜利用率，這是使用單發(fā)單收(SISO)技術(shù)無(wú)法達(dá)到的。對(duì)于基于LTE系統(tǒng)的MIMO條件下的信號(hào)檢測(cè)，主要有ML算法、線性檢測(cè)算法、V-BLAST算法、QR分解算法[2]等。V-BLAST算法的實(shí)質(zhì)是排序連續(xù)干擾消除OSIC(Ordered Successive Interferenece Cancellation),因其能夠取得誤碼性能和運(yùn)算復(fù)雜度間較好的折中， 成為MIMO信號(hào)檢測(cè)下的常用算法。
    參考文獻(xiàn)[3]提出了一種改進(jìn)型V-BLAST算法，在每一步計(jì)算時(shí)，對(duì)信噪比足夠大的各路信號(hào)一起檢測(cè)，減少了運(yùn)算復(fù)雜度。參考文獻(xiàn)[4]為了減小V-BLAST算法的運(yùn)算量，在相關(guān)性較好的子載波間采用相同的檢測(cè)順序。雖然參考文獻(xiàn)[3]和參考文獻(xiàn)[4]減小了運(yùn)算量，但算法的性能也有一定程度的下降。
    與終端相比，LTE綜測(cè)儀對(duì)于信號(hào)檢測(cè)算法的復(fù)雜度和運(yùn)算量并沒(méi)有過(guò)高的要求。因此，本文提出了一種V-BLAST改進(jìn)型信號(hào)檢測(cè)算法,在略微增加運(yùn)算量的基礎(chǔ)上，可明顯改善檢測(cè)器性能。
1 系統(tǒng)模型
1.1  LTE鏈路模型
    為了論述本文所提出的信號(hào)檢測(cè)算法的應(yīng)用背景，先簡(jiǎn)單介紹LTE鏈路模型。根據(jù)3GPP TS36.211可以得到LTE系統(tǒng)鏈路模型[5]，如圖1所示。


2 信號(hào)檢測(cè)算法
2.1 傳統(tǒng)V-BLAST算法
    下面對(duì)傳統(tǒng)V-BLAST算法[6]進(jìn)行具體說(shuō)明：
　 (1)根據(jù)沖擊響應(yīng)矩陣增益來(lái)對(duì)要檢測(cè)的符號(hào)進(jìn)行排序，確定被檢測(cè)的發(fā)射天線;

2.2 改進(jìn)型V-BLAST算法
    傳統(tǒng)V-BLAST算法要按照信噪比從大到小對(duì)各層進(jìn)行檢測(cè)。在對(duì)第一層進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，找到與判決統(tǒng)計(jì)量歐氏距離最短的星座點(diǎn),將該星座點(diǎn)作為量化后的點(diǎn)。如果該星座點(diǎn)與發(fā)射時(shí)的復(fù)值符號(hào)不相同時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致后續(xù)層的判決錯(cuò)誤，即誤碼傳播現(xiàn)象。
　 目前LTE系統(tǒng)主要支持2發(fā)2收和4發(fā)4收的天線系統(tǒng)。由于發(fā)射天線個(gè)數(shù)較少(尤其是2發(fā)2收系統(tǒng))，因此在利用V-BLAST算法進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)時(shí)，關(guān)鍵是防止第一層檢測(cè)錯(cuò)誤。一旦第一層檢測(cè)出錯(cuò)，其他各層檢測(cè)也會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，此時(shí)誤碼傳播的效果最明顯。
　 為此,本文提出了一種改進(jìn)型V-BLAST算法降低誤碼傳播的可能性。在進(jìn)行第一層信號(hào)檢測(cè)時(shí)，可以得到與判決統(tǒng)計(jì)量歐氏距離最短的K個(gè)星座點(diǎn)，K的個(gè)數(shù)將通過(guò)本論文的仿真給出。將這K個(gè)星座點(diǎn)作為第一層量化后的點(diǎn)。其他各層利用V-BLAST算法進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)時(shí)，需要利用上一層K個(gè)量化情況，得到K個(gè)判決統(tǒng)計(jì)量。這樣在進(jìn)行完最后一層檢測(cè)時(shí)，可以得到含有K個(gè)元素的發(fā)送集合，每個(gè)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計(jì)值：


3 仿真結(jié)果
　 仿真環(huán)境參數(shù)：QPSK調(diào)制或16 QAM調(diào)制,在頻域上取20個(gè)資源塊，時(shí)域上取一個(gè)子幀，即14個(gè)OFDM符號(hào)，信道為瑞利平坦衰落信道。天線系統(tǒng)為2發(fā)2收和4發(fā)4收。仿真次數(shù)為500次。QPSK調(diào)制時(shí)，2發(fā)2收、4發(fā)4收天線系統(tǒng)下算法性能比較如圖2、圖3所示。

    仿真結(jié)果分析：當(dāng)發(fā)送端采用QPSK調(diào)制方式時(shí)，令K值取4，與傳統(tǒng)V-BLAST算法相比，能夠極大地降低誤比特率。在2發(fā)2收的天線系統(tǒng)中，其誤比特率近似于ML算法。在4發(fā)4收天線系統(tǒng)下，K可取1、2、3，隨著K取值的增加，算法的性能也在提升。當(dāng)K=4時(shí)，其性能較V-BLAST算法性能有較大提高。當(dāng)發(fā)送端采用QPSK調(diào)制方式時(shí)，如果K取4，意味著將第一層的4個(gè)星座點(diǎn)全部保留，此時(shí)第一層是不可能出現(xiàn)判決錯(cuò)誤的，所以誤比特率會(huì)有明顯下降。
　 當(dāng)發(fā)送端采用16 QAM時(shí)，分別取K=2、4、6，觀察該改進(jìn)型算法性能。結(jié)果如圖4、圖5所示?？梢园l(fā)現(xiàn)，無(wú)論是2發(fā)2收系統(tǒng)還是4發(fā)4收系統(tǒng)，隨著K取值增加，算法性能也在提升。但K=4和K=6算法性能差別不大。這是因?yàn)樵谶M(jìn)行符號(hào)量化時(shí)，判決統(tǒng)計(jì)量被量化為周圍4個(gè)星座點(diǎn)的可能性最大，被量化為其他星座點(diǎn)的可能性較小。當(dāng)K>4時(shí)，算法性能雖有所提高，但并不明顯。因此，當(dāng)發(fā)送端采用16 QAM時(shí)，第一層量化為4個(gè)星座點(diǎn)時(shí)，能夠在性能和運(yùn)算復(fù)雜度間取得較好的平衡。

　 綜上所述，無(wú)論哪種調(diào)制方式和收發(fā)系統(tǒng)，應(yīng)令K=4。當(dāng)發(fā)送端為QPSK時(shí)，改進(jìn)型算法的性能提升較為明顯。當(dāng)發(fā)送端為16 QAM時(shí)，改進(jìn)型算法的性能提升情況不如QPSK明顯。
    本文針對(duì)傳統(tǒng)V-BLAST算法誤碼傳播的情況，提出了一種改進(jìn)型V-BLAST算法。該算法主要是通過(guò)在信號(hào)檢測(cè)的第一層保留K個(gè)量化符號(hào)，以減少誤碼傳播的可能性。從仿真圖形可以看出，該算法較傳統(tǒng)V-BLAST算法，性能有了明顯的提升。同時(shí)通過(guò)觀察K不同取值時(shí)算法的性能，可以發(fā)現(xiàn)K取4時(shí)，該算法在運(yùn)算復(fù)雜度和性能間取得較好的平衡。
    由于該算法的運(yùn)算量適度，且性能有了一定的改進(jìn)，可將該改進(jìn)型算法應(yīng)用于LTE無(wú)線綜測(cè)儀中。
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