基于量子Grover算法的MIMO-OFDM系统信号检测技术的研究 第7页
本文提出一种改进的Grover算法，通过寻找到合适的相位旋转角度，使得当目标解 时，仅用一次搜索就能以不低于98.01%的成功概率搜索到目标解，且当 时概率为1，解决了原始的算法 失效的问题，同时保证了当 时候，搜索成功的概率没有迅速下降，而是仍然以接近于1的概率搜索到目标解。
2.4本章小结
本章首先介绍了量子信息处理技术的基本知识与常用的基本概念，这其中包括量子态的表示，量子逻辑门和量子并行技术。紧接着我们介绍了Grover搜索算法和几何可视化描述，及其迭代次数和模拟实现，最后指出了Grover算法存在的问题和不足，并针对不足提出了一种改进的Grover算法，给出了证明过程和并对其进行了仿真分析。
第三章 MIMO-OFDM系统及其信号检测技术
采用多个发射和接收天线的多输入多输出( MIMO)系统由于能够大幅地增加无线通信系统的数据传输速率，满足高速通信的需要，因此具有良好的应用前景。MIMO系统可以抗多径衰落，但是对于频率选择性深衰落，MIMO 系统依然是无能为力。目前解决MIMO系统中的频率选择性衰落的一种方案即OFDM。OFDM（正交频分复用）技术是多载波窄带传输的一种，其子载波之间相互正交，可以高效地利用频谱资源。OFDM提高频谱利用率的作用有限，因此，需要在OFDM的基础上合理开发空间资源，也就是MIMO-OFDM，以提供更高的数据传输速率。信号检测技术研究的焦点主要集中在用最小的计算代价获得最优的检测效果。
3.1 MIMO-OFDM系统
3.1.1 MIMO技术
MIMO(multiple-input multiple-output)可以简单定义为：在任意一个无线系统中，在信道的发送端和接收端使用多副天线，从而抑制信道衰落。无线移动通信领域天线技术的重大突破，它利用空间中的多个传输信道，成倍的增加系统的容量和频谱利用率。
图3.1 M×N的MIMO系统框图
在该系统中，每一根接收天线接收到的信号均是M 根发射天线信号在时间上和频带上的相互叠加的多路信号之和。
发射对于平坦衰落的MIMO系统，其等效的基带时域信号可以表示为：
(3-1)
其中， ， ， 分别表示为接收信号、发射信号和噪声向量， 为信道矩阵， 表示第 根发射天线到第 根接收天线的信道增益，一般地，假设n的各项独立同分布， 服从均值为零、方差为
的高斯分布。
对于频率选择性衰落的MIMO系统，其等效的基带信号可以表示为：
(3-2)
其中，L表示多径数，m表示时刻。从上式可以看出，在多径的环境下，MIMO系统的接收信号还有信道各径分量的叠加，当多径延迟很大的时候，将会产生严重的码间干扰(ISI)，使得发射信号难以正确恢复。在频率选择性MIMO系统的信号检测中，通常采用时域均衡、频域均衡和OFDM等技术来克服。
3.1.2 OFDM原理
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)是一种多载波调制技术，其基本思想是将信道分成若干个正交子信道，在每个子信道上进行窄带调制和传输，这样减少了子信道之间的相互干扰。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的频率选择性衰落是平坦的，大大消除了符号间干扰。另外，由于在OFDM系统中各个子信道的载波相互正交，于是它们的频谱是相互重叠的，这样不但减小了子载波间的相互干扰，同时又提高了频谱利用率。如图3.2所示：
图3.2 OFDM频谱示意图
在各个子信道中的这种正交调制和解调可以采用IFFT和FFT方法来实现，可以显著降低运算复杂度。如图3.3所示：
图3.3 OFDM原理框图
3.1.3 MIMO-OFDM技术
MIMO系统可以抗多径衰落，但对于频率选择性衰落，MIMO系统仍无能为力；4G需要高的频谱利用率的技术，但OFDM提高频谱利用率的能力有限。若将MIMO和OFDM技术结合起来，即构成MIMO-OFDM系统，既能弥补MIMO系统的不足，又能发挥OFDM的优势[24]，被公认为是第四代移动通信系统最具竟争力的方案之一[25]。
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