1 引言
采用多個(gè)發(fā)射和接收天線的多入多出(MIMO)技術(shù)是下一代無線通信的關(guān)鍵技術(shù)之一,它能有效利用隨機(jī)衰落和可能存在的多徑傳播來提高傳輸速率,。3G-LTE和WiMAX系統(tǒng)都采用了MIMO技術(shù)來提高其性能,,IEEE802.16e和WCDMA的產(chǎn)品已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了MIMO系統(tǒng)的功能。
MIMO系統(tǒng)的發(fā)射方案主要分為兩種類型:最大化傳輸速率的空間復(fù)用方案(Spatial Multiplexing,,SM)和最大化分集增益的空時(shí)編碼方案(Space-Time Coding,,STC)??臻g復(fù)用主要通過在不同天線發(fā)射相互獨(dú)立的信號實(shí)現(xiàn)空間復(fù)用,,如BLAST算法??諘r(shí)編碼如STBC和STTC空時(shí)算法等,,可獲得分集增益,但不能提高數(shù)據(jù)速率,。
以上兩種方案的發(fā)射端都不需要信道信息(CSI),,稱之為開環(huán)MIMO系統(tǒng)。在信道變化較慢的場合,如大城市的室內(nèi)環(huán)境和游牧式的接入服務(wù),,閉環(huán)MIMO系統(tǒng)能夠進(jìn)一步提升系統(tǒng)性能,。閉環(huán)MIMO系統(tǒng)是接收端將信道信息反饋給發(fā)射端,然后對傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)編碼,、波束成型或者天線選擇等操作,。閉環(huán)MIMO的反饋方式又可以分為全反饋和部分反饋等。全反饋是將全部信道信息反饋給發(fā)射端,,由于反饋鏈路要占用系統(tǒng)開銷,,在實(shí)際系統(tǒng)中,一般都采用部分反饋技術(shù),。例如反饋信道的統(tǒng)計(jì)特征值,、SVD分解值、基于碼本的碼字序號等,,實(shí)現(xiàn)性能和復(fù)雜度的權(quán)衡,。
在移動通信系統(tǒng)中,多徑及多徑時(shí)延擴(kuò)展是移動通信中存在的主要問題,。多徑傳播將導(dǎo)致信號嚴(yán)重衰落,時(shí)延擴(kuò)展導(dǎo)致符號間干擾,,這將會嚴(yán)重地影響通信鏈路的質(zhì)量,。為了克服無線信道中的衰落,OFDM技術(shù)也被引入下一代無線通信系統(tǒng)中,,和MIMO技術(shù)相結(jié)合,,組成下一代無線通信技術(shù)的物理層核心技術(shù)。
本文主要討論閉環(huán)MIMO技術(shù),,我們給出基于SVD分解的和基于碼本的典型預(yù)編碼方案,,然后比較其復(fù)雜度和性能,最后給出仿真結(jié)果并討論其在下一代無線通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用,。
2 系統(tǒng)模型
如圖1所示,,具有Nt個(gè)發(fā)射天線和Nr個(gè)接收天線的MIMO系統(tǒng)模型可表示為:
y=Hs+n (1)
其中y∈CNr×1,s∈CNt×1和n∈CNr×1分別表示接收符號,、發(fā)射符號和和加性高斯噪聲序列,,H∈CNr×Nt為信道矩陣。
圖1 MIMO系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
若發(fā)射端已知信道H的信息,,可以對信道進(jìn)行預(yù)編碼(波束成形),,以獲得更好的傳輸性能。信道信息可由接收端反饋或者發(fā)送訓(xùn)練序列到發(fā)射端獲得,。這就是閉環(huán)MIMO系統(tǒng),,其一般結(jié)構(gòu)如圖2所示。