作为LTE移动通信系统采用的核心技术之一，MIMO可以实现很高的频谱利用率，这是传统单发单收无法实现的。在MIMO条件下有传输分集和空间复用两种传输模式[2]。在LTE系统中，传输分集的实质是空频分组码（SFBC），可以提高信息传输的可靠性，而空间复用则增加了信息传输的有效性。
在传输分集模式下,传统的信号检测算法有ML算法、最大比合并算法等。ML算法运算复杂度较高，无法应用于实际系统中,最大比合并算法的误码率相对较高。在空间复用模式下，可以采用turbo接收机降低误码率。相应的，在传输分集模式下也可以采用类似的接收机提升系统性能，本文设计了一种QR分解接收机，用于传输分集条件下的信号检测。仿真表明，与最大比合并算法相比，该接收机能够获得数个dB的增益。
1 发送端处理流程
LTE系统中，目前主要支持2发2收和4发4收的天线系统。因此以下将分别讨论两种天线系统在传输分集模式下的发射方案。
在两发两收天线系统中，基于传输分集的预编码可以表示为：
其中d(i)是数据调制后的复值符号，y(0)(i)、y(1)(i)分别代表天线端口0和端口1预编码后的数据。对于天线端口0，在第k和第k+1个子载波处，其复值符号就是星座映射后的数据；天线端口1在第k个子载波处，其复值符号是天线端口0第k+1个子载波处复值符号的共轭的相反数，第k+1个子载波是天线端口0第k个子载波的共轭。可见传输分集下预编码实质就是SFBC。
四天线系统的情况与两天线系统类似，此外还采用了天线切换技术。预编码可以表示为：
4 其他模块
对于信道估计模块，可以采用LS和LMMSE等传统算法进行信道估计。其中导频为小区专用参考信号。其构造形式详见协议3GPP TS36.211。
Turbo编码方式详见协议26.212，译码可以采用传统的log-map算法或max-log-map算法[7]。由于turbo译码算法较为成熟，因此不作过多阐述。
针对不同编码方法，速率匹配可分为咬尾卷积下的速率匹配和turbo下的速率匹配[8]，在这里采用turbo下的速率匹配，其处理过程详见协议36.212。解速率匹配是速率匹配的逆过程，只需按照其相反过程进行处理即可。
5 仿真结果
通过MATLAB仿真,可以观察该QR接收机的性能。仿真环境参数：QPSK调制，在频域上取30个资源块，时域上取一个子帧，即14个OFDM符号，CP为普通型循环前缀。MAC层配置下来的比特流长度为3 240，信道编码采用turbo码，天线系统为2发2收和4发4收。采用蒙特卡罗仿真，仿真次数为500次。
由于本文重点为QR接收机的信号检测模块，因此MATLAB仿真时假定信道估计是理想的，不存在偏差。Turbo译码模块采用max-log-map算法。
通过图2，可以发现在2发2收天线系统下，当内部迭代次数固定时，随着外部迭代次数的增多，系统的性能在逐渐提升。外部迭代一次比外部不迭代在性能上有明显提升，这是因为先验信息的引入提升了精确度。随着迭代次数增多，性能提升并不明显，这是因为性能趋向于收敛。
图3比较了外部迭代一次时内部迭代次数对误比特率的影响。可见，随着内部迭代次数的增多，系统的性能在提升，当然这种提升是以运算复杂度为代价的。
图4为传统最大比合并算法，将图2、图3和图4进行比较，可以发现当误比特率为10-5时，QR接收机外部迭代一次，内部迭代三次与最大比合并算法相比，在性能上有5.5 dB的提升。
图5展示了4发4收天线系统下QR接收机的性能。与2发2收天线系统相比，系统性能有一定下降。这是因为天线数目增多，相互干扰也在增加。本论文主要讨论了LTE系统中QR接收机的设计。通过仿真可以发现，该接收机与传统传输分集下的信号检测算法相比，用软信息代替了硬判决，避免了信息的损失，在性能上有了较大的提升，可将其应用于允许一定算法复杂度的通信系统中。
参考文献
[1] 沈嘉，索士强．3GPP长期演进(LTE)技术原理与系统设计．北京：人民邮电出版社，2008．
[2] 3GPP TS 36.211 v8.5.0:Physical Channels and Modulation (Release 8)[S]. 2008-05：71.
[3] SELLATHURAI M， HAYKIN S. Turbo-BLAST for wireless communications: Theory and experiments[J].IEEE Trans. Signal Processing,2003,50(10):469-475.
[4] WUBBEN D, BOHNKE R,RINAS J,et al. Efficient algorithm for decoding layered space-time codes[J]. IEEE Trans.Elecronic Letters,2001,37(22):1348-1350.
[5] LAI T X, SIVA D, SESAY A B. Performance analysis and multi-stage iterative receiver design for concatenated spacefrequency block coding schemes[J]. IEEE Trans.Wireless Communications,2008,7(1).
[6] 陈亮，李建东. 新型基于QR分解的低复杂度MIMO迭代接收机[J].电子学报，2007,35(6A).
[7] 3GPP TS 36.212 v8.5.0: Multiplexing and channel coding (Release 8)[S]. 2008-05:71.
[8] BERROU C, GLAVIENUX A,THITIMAJSHIMA P. Near-Shannon limit error-correcting coding and decoding:Turbocodes in Proc.ICC,1993,1(5):295-300.
