4g中的mimo智能天線技術(shù)

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1、4G中的MIMO智能天線技術(shù)一、引言　　智能天線通常也稱作自適應(yīng)天線陣列，可以形成特定的天線波束，實(shí)現(xiàn)定向發(fā)送和接收，主要用于完成空間濾波和定位。從本質(zhì)上看，它利用了天線陣列中各單元之間的位置關(guān)系，即利用了信號(hào)的相位關(guān)系克服多址干擾及多徑干擾，這是它與傳統(tǒng)分集技術(shù)的本質(zhì)區(qū)別。　　MIMO系統(tǒng)是指在發(fā)射端和接收端同時(shí)使用多個(gè)天線的通信系統(tǒng)，其有效地利用隨機(jī)衰落和可能存在的多徑傳播來(lái)成倍地提高業(yè)務(wù)傳輸速率。其核心技術(shù)是空時(shí)信號(hào)處理，即利用在空間中分布的多個(gè)時(shí)間域和空間域結(jié)合進(jìn)行信號(hào)處理。因此，可以被看作是智能天線的擴(kuò)展?！　≈悄芴炀€系統(tǒng)在移動(dòng)通信鏈路的發(fā)射端/或接

2、收端帶有多根天線，根據(jù)信號(hào)處理位于通信鏈路的發(fā)射端還是接收端，智能天線技術(shù)被定義為多入單出（MISO，MultipleInputSingleOutput）、單入多出（SIMO，SingleInputMultipleOutput）和多入多出（MIMO，MultipleInputMultipleOutput）等幾種方式?！　《?、多入多出智能天線收發(fā)機(jī)結(jié)構(gòu)及研究進(jìn)展　　從圖1可以看出，比特流在經(jīng)過(guò)編碼、調(diào)制和空時(shí)處理（波束成行或空時(shí)編碼）后，映射成不同的信息符號(hào)，從多個(gè)天線同時(shí)發(fā)射出去；在接收端用多個(gè)天線接收，進(jìn)行相應(yīng)解調(diào)、解碼及空時(shí)處理?！　　　D1　多輸入多輸出

3、智能天線收發(fā)機(jī)結(jié)構(gòu)MIMO系統(tǒng)中的空時(shí)處理技術(shù)主要包括波束成形（beamforming）、空時(shí)編碼（space-timecoding）、空間復(fù)用（spacemultiplexing）等。波束成形是智能天線中的關(guān)鍵技術(shù)，通過(guò)將主要能量對(duì)準(zhǔn)期望用戶以提高信噪比。波束成形能有效地抑制共道干擾，其關(guān)鍵是波束成行權(quán)值的確定。1.MIMO系統(tǒng)的發(fā)射方案　　MIMO系統(tǒng)的發(fā)射方案主要分為兩種類型：最大化數(shù)據(jù)率的發(fā)射方案（空間復(fù)用SDM）和最大化分集增益的發(fā)射方案（空時(shí)編碼STC）。最大化數(shù)據(jù)率發(fā)射方案主要通過(guò)在不同天線發(fā)射相互獨(dú)立的信號(hào)實(shí)現(xiàn)空間復(fù)用。空時(shí)編碼的方案是指在發(fā)射

4、端對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行聯(lián)合編碼以減小由于信道衰落和噪聲所導(dǎo)致的符號(hào)錯(cuò)誤率，它通過(guò)在發(fā)射端的聯(lián)合編碼增加信號(hào)的冗余度，從而使信號(hào)在接收端獲得分集增益，但空時(shí)編碼方案不能提高數(shù)據(jù)率?！　。?）空時(shí)編碼一些文獻(xiàn)中給出了大量的發(fā)射機(jī)制，這些機(jī)制分別可以使頻譜效率最大、速率最高、信噪比（SNR，SignaltoNoiseRatio）最大，它們都依賴信道狀態(tài)信息（CSI，ChannelStateInformation）在發(fā)射端和接收端的已知程度。CSI在接收端通過(guò)信道估計(jì)可以獲得，然后，通過(guò)反饋可以通知發(fā)射端?！　?duì)于發(fā)射端不需要CSI的發(fā)射機(jī)制，可以引入空時(shí)編碼或者采用空間復(fù)用

5、增益來(lái)利用空間維數(shù)?？諘r(shí)編碼主要分為空時(shí)格碼和空時(shí)塊碼。接收到的信號(hào)通過(guò)最大似然（ML，MaximumLikelihood）譯碼器進(jìn)行檢測(cè)。最早的空時(shí)編碼是空時(shí)格碼STTC（Space-TimeTrellisCode），在這種方式下，接收端需要多維維特比算法。STTC可以提供的分集等于發(fā)射天線的數(shù)目，提供的編碼增益取決于碼字的復(fù)雜度而無(wú)需犧牲帶寬效率。空時(shí)分組編碼（STBC，Space-TimeBlockCode）可以提供與STTC相同的分集增益，但是它沒(méi)有編碼增益。又由于STBC在譯碼時(shí)只需要線性處理，因此，通常都使用STBC。空時(shí)編碼技術(shù)一般假設(shè)CSI在接

6、收端是完全已知的，當(dāng)CSI在兩端都未知時(shí)，提出了酉空時(shí)編碼和差分空時(shí)編碼。　?。?）空間復(fù)用空間復(fù)用是指在發(fā)射端發(fā)射相互獨(dú)立的信號(hào)，在接收端用ZF，MMSE，ML，V-BLAST[3]等方法進(jìn)行解碼。它能最大化MIMO系統(tǒng)的平均發(fā)射速率，可犧牲一些數(shù)據(jù)率獲得更高的分集增益。3）空間復(fù)用和空時(shí)編碼結(jié)合將空間復(fù)用和空時(shí)編碼相結(jié)合，在保證每個(gè)數(shù)據(jù)流獲得最小分集增益的條件下，最大化平均數(shù)據(jù)率。目前，將空間復(fù)用和空時(shí)編碼相結(jié)合的方案主要有兩種，鏈接編碼和使用塊碼映射的自適應(yīng)MIMO系統(tǒng)。鏈接編碼方案是指在內(nèi)部使用空時(shí)編碼，外部使用傳統(tǒng)的信道糾錯(cuò)碼（TCM，卷積碼，RS碼

7、）的編碼方案[4]，這種方案既能提供分集增益，又能提高系統(tǒng)容量。因?yàn)樾诺篱g的相關(guān)性將影響多天線系統(tǒng)的頻譜效率，當(dāng)信道處于理想狀態(tài)或信道間相關(guān)性小時(shí)，發(fā)射端采用空間復(fù)用的發(fā)射方案，當(dāng)信道間相關(guān)性大時(shí)，采用空時(shí)編碼的發(fā)射方案?！　?.MIMO的接收分集技術(shù)　　MIMO系統(tǒng)在接收端的解碼算法主要有ZF算法、MMSE算法、判決反饋解碼算法、最大似然解碼算法和分層空時(shí)處理算法（belllabslayeredspace-time，BLAST）。其中，迫零算法和MMSE算法是線性算法，而判決解碼算法，最大似然解碼算法和分層空時(shí)處理算法是非線性算法。在SIMO或者M(jìn)IMO通信

8、鏈路的接收端，接收機(jī)或者均衡器利用多徑