mimo新一代移動(dòng)通信核心技術(shù)

1、MIMO：新一代移動(dòng)通信核心技術(shù)：新一代移動(dòng)通信核心技術(shù)多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)是指在發(fā)射端和接收端分別使用多個(gè)發(fā)射天線和接收天線，信號(hào)通過(guò)發(fā)射端和接收端的多個(gè)天線傳送和接收，從而改善每個(gè)用戶的服務(wù)質(zhì)量（誤比特率或數(shù)據(jù)速率）。MIMO技術(shù)對(duì)于傳統(tǒng)的單天線系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，能夠大大提高頻譜利用率，使得系統(tǒng)能在有限的無(wú)線頻帶下傳輸更高速率的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。目前，各國(guó)已開(kāi)始或者計(jì)劃進(jìn)行新一代移動(dòng)通信技術(shù)（后3G或者4G）的研究，爭(zhēng)取在未來(lái)移動(dòng)通信領(lǐng)域內(nèi)

2、占有一席之地。隨著技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)移動(dòng)通信寬帶和無(wú)線接入融合系統(tǒng)成為當(dāng)前熱門(mén)的研究課題，而MIMO系統(tǒng)是人們研究較多的方向之一。本文重點(diǎn)介紹MIMO技術(shù)的五大研究熱點(diǎn)。MIMOMIMO信道的建模和仿真信道的建模和仿真為了更好地利用MIMO技術(shù)，必須深入研究MIMO信道特性，尤其是空間特性。與傳統(tǒng)信道不同的是，MIMO信道大多數(shù)情況下都具有一定的空間相關(guān)性，而不是相互獨(dú)立的。在2001年11月的3GPP會(huì)議中，朗訊、諾基亞、西門(mén)子和愛(ài)立信

3、公司聯(lián)合提出了標(biāo)準(zhǔn)化MIMO信道的建議。3GPP和3GPP2推薦的鏈路級(jí)MIMO信道的建模方法有兩個(gè)：基于相關(guān)（Crlration－Based）的方法和基于子徑（EAGC－A14H）的方法。盡管3GPP和3GPP2對(duì)鏈路級(jí)的信道參數(shù)進(jìn)行了定義，但是對(duì)于如何實(shí)現(xiàn)并沒(méi)有達(dá)成共識(shí)。研究信道的相關(guān)性對(duì)系統(tǒng)容量的影響成為MIMO技術(shù)的研究方向之一。另外，目前對(duì)MIMO系統(tǒng)的研究都是假定在理想信道條件下進(jìn)行的，而實(shí)際上在接收端無(wú)線傳播環(huán)境中是不可能

4、知道信道沖激響應(yīng)的，因此要進(jìn)行信道估計(jì)。由于在MIMO系統(tǒng)中進(jìn)行信道估計(jì)時(shí)，天線之間存在著干擾，因此，研究在天線之間存在干擾時(shí)的信道估計(jì)方法也是目前研究的熱點(diǎn)。MIMOMIMO系統(tǒng)的天線選擇技術(shù)系統(tǒng)的天線選擇技術(shù)因?yàn)槎嗵炀€需要多射頻RF電路，而RF又非常昂貴，因此，尋找具有MIMO天線優(yōu)點(diǎn)且低價(jià)格、低復(fù)雜度的最優(yōu)天線子集選擇技術(shù)極具吸引力。多天線選擇發(fā)送接收系統(tǒng)就是利用一定的準(zhǔn)則從M根發(fā)送天線中選擇MS根天線用于發(fā)送信號(hào)，同樣在接收端從

5、N根接收天線中選擇NS根用于接收信號(hào)，這樣就構(gòu)成了選擇的MSNS的MIMO系統(tǒng)。一般來(lái)說(shuō)，與多天線的應(yīng)用對(duì)應(yīng)，選擇準(zhǔn)則也可分為兩種：一種是以最大化多天線提供的分集來(lái)提高傳輸質(zhì)量；另一種是以最大化多天線提供的容量來(lái)提高傳輸效率。MIMOMIMO系統(tǒng)的信號(hào)處理系統(tǒng)的信號(hào)處理早期關(guān)于MIMO技術(shù)的研究大多數(shù)還集中在單用戶點(diǎn)到點(diǎn)的環(huán)境中，而沒(méi)有考慮其他用戶的共信道干擾。最近，人們將研究重點(diǎn)逐漸轉(zhuǎn)移到多用戶MIMO信道中。在多用戶MIMO系統(tǒng)的下

6、行鏈路中采用空分多址（SCDMA）可以給系統(tǒng)吞吐量帶來(lái)可觀的增益。這樣的多用戶MIMO系統(tǒng)的技術(shù)難點(diǎn)在于如何設(shè)計(jì)發(fā)射向量以消除用戶間的共信道干擾。典型的“最佳問(wèn)題”包括功率受限時(shí)的容量問(wèn)題（最大化和信息速率）或用以滿足每個(gè)用戶特定QoS的功率控制問(wèn)題（最小化發(fā)射功率）。雖然對(duì)于一般的多用戶MIMO信道，這兩個(gè)問(wèn)題都沒(méi)有閉環(huán)解決方案，但是強(qiáng)加某些特定的限制時(shí)可以得到閉環(huán)解決方案。最常見(jiàn)的包括：塊對(duì)角化、逐次最優(yōu)化、波束成形法以及結(jié)合空時(shí)編

7、碼來(lái)消除多用戶之間的干擾。多天線系統(tǒng)在多址信道中的容量分析多天線系統(tǒng)在多址信道中的容量分析從理論上來(lái)說(shuō)，多天線多址系統(tǒng)的容量域已經(jīng)非常清楚，但是如何讓容量域滿足各種用戶對(duì)傳輸速率的要求，仍然沒(méi)有很好地解決。從結(jié)構(gòu)來(lái)看，這是一個(gè)非線性優(yōu)化問(wèn)題，采用傳統(tǒng)的凸優(yōu)化的方法雖然可以得到解決，但是計(jì)算量會(huì)非常龐大，必須尋找簡(jiǎn)單快速的方法。在某些特殊情況下，比如，多用戶和容量（所有用戶的速率加權(quán)值一樣）的優(yōu)化問(wèn)題，有文獻(xiàn)已經(jīng)提出了非常有意義的多用戶注

8、水迭代算法，這種方法充分利用了原始優(yōu)化問(wèn)題的結(jié)構(gòu)，利用矩陣?yán)碚摵屯箖?yōu)化理論快速迭代求解。但是這種特殊情況對(duì)于實(shí)際網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)沒(méi)有太大的意義，因?yàn)閷?shí)際網(wǎng)絡(luò)中不同用戶位于網(wǎng)絡(luò)中的不同位置，采用相同速率加權(quán)值的做法會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)邊緣用戶的傳輸速率得不到保證，所以應(yīng)對(duì)長(zhǎng)期傳輸速率比較低的用戶給予較大的速率加權(quán)值以提高該用戶的傳輸速率。而在引入優(yōu)先級(jí)后，采用多用戶和容量的傳輸準(zhǔn)則就不適用了，必須采用加權(quán)和容量的準(zhǔn)則，不同用戶速率的加權(quán)體現(xiàn)了用戶的優(yōu)先級(jí)，

9、優(yōu)先級(jí)越高，用戶速率加權(quán)值越大，反之亦然。對(duì)于這種情況下的調(diào)度策略以及用戶速率分配策略，利用高斯標(biāo)量多址的容量域公式以及最優(yōu)化算法來(lái)解決這一問(wèn)題。對(duì)于收發(fā)端都有多根天線的高斯矢量多址信道，雖然可以采用標(biāo)準(zhǔn)的凸優(yōu)化理論，但是由于這時(shí)需要優(yōu)化的參數(shù)為各個(gè)用戶發(fā)送天線上的輸入?yún)f(xié)方差矩陣，采用標(biāo)準(zhǔn)算法會(huì)非常復(fù)雜，即使利用矩陣行列式最優(yōu)化算法也會(huì)非常復(fù)雜。因此，研究最大化高斯矢量多址信道的加權(quán)和容量算法也是MIMO技術(shù)的研究熱點(diǎn)之一。天線在廣播信

10、道中的容量分析天線在廣播信道中的容量分析由于存在天線間和用戶間干擾，所以多天線廣播信道屬于非退化（non－degraded）的廣播信道，并且其容量域一直不明確。對(duì)于可退化（degraded）的廣播信道，比如單天線的廣播信道，已經(jīng)有了其容量域以及各個(gè)用戶的速率分配方法。近年來(lái)，對(duì)于多天線廣播信道容量域的研究也取得了很大進(jìn)展。其中，DPC技術(shù)是解決多天線廣播信道容量域問(wèn)題的關(guān)鍵。還有一些非DPC的干擾處理方法，比如傳統(tǒng)的波束成形（BF）技術(shù)