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無線通信智能天線技術(shù)的未來發(fā)展趨勢( 二 )

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分層空時(shí)結(jié)構(gòu)通過在水平層上或者對(duì)角層上發(fā)送獨(dú)立的編碼數(shù)據(jù)流來獲得空間復(fù)用增益 。所謂的垂直貝爾實(shí)驗(yàn)室分層空時(shí)(V-BLAST，VerticalBellLabsLayered Space-Time)編碼就是這種結(jié)構(gòu) 。為了檢測出發(fā)送的數(shù)據(jù)，接收機(jī)必須對(duì)空間信道進(jìn)行解復(fù)用，為此出現(xiàn)了各種不同的方法，如迫零(ZF，Zero Forcing)方法、最小均方誤差(MMSE，Minimum Mean Square Error)方法和最大似然(ML，Maximum Likelihood)方法 。ZF方法利用了矩陣的逆，算法比較簡單，但是性能通常不好；MMSE算法的性能要優(yōu)于ZF，而且具有健壯性；ML方法是最優(yōu)的，但是復(fù)雜度也最高，尤其是當(dāng)收發(fā)天線數(shù)目很大時(shí) 。
在大多數(shù)情況下，假設(shè)CSI的部分信息在發(fā)射端已知是合理的，因而就此提出了空時(shí)編碼和波束成形相結(jié)合的混合機(jī)制 。這些預(yù)編碼在優(yōu)化某個(gè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)都利用了有效的CSI 。

;在SIMO或者M(jìn)IMO通信鏈路的接收端，接收機(jī)或者均衡器利用多徑信號(hào)重構(gòu)發(fā)射信號(hào) 。在非頻率選擇SIM0信道下，最優(yōu)接收機(jī)制是進(jìn)行最大比合并(MRC，MaximumRatioCombining)；而對(duì)于頻率選擇SIMO信道，最優(yōu)接收機(jī)制是ML檢測，但它是非線性的，其復(fù)雜度與天線數(shù)目成指數(shù)關(guān)系(可以用線性譯碼器來代替，但是性能會(huì)有所下降) 。ZF均衡器通過信道的逆可以消除符號(hào)間干擾(ISI，InterSymbolInterference)，但是其代價(jià)是對(duì)噪聲產(chǎn)生了放大 。MMSE接收機(jī)可以在噪聲放大和ISI消除之間進(jìn)行折衷 。基于判決反饋的一種次優(yōu)非線性機(jī)制判決反饋均衡(DFE，Decision Feedback Equalizer)可以用于改善線性均衡器的性能，它通過反饋濾波器將以前符號(hào)產(chǎn)生的部分ISI從目前的符號(hào)中消除 。ML和線性均衡都可以擴(kuò)展到MIMO信道中，與MIMO接收機(jī)相關(guān)的問題就是多流干擾(MSI，Multistream)的存在 。MSI會(huì)導(dǎo)致多個(gè)數(shù)據(jù)流之間的相互干擾 。非線性連續(xù)抵消均衡器或者V-BLAST均衡器可以將MIMO信道轉(zhuǎn)換成一些并行信道，但是該機(jī)制可能存在差錯(cuò)傳播現(xiàn)象 。
在多用戶情況下，由于基站與共享有效資源(頻率、時(shí)間、碼字等)的多個(gè)用戶進(jìn)行通信，因而此時(shí)設(shè)計(jì)智能天線是有一定難度的，因?yàn)樗哪康氖且獌?yōu)化干擾的影響，而這些干擾主要依靠采用特定的多址方式 。
下面介紹在多用戶MIMO系統(tǒng)中，CSI在基站已知時(shí)的幾種線性和非線性處理技術(shù) 。Tomlinson-Harashima預(yù)編碼是一種非線性預(yù)編碼機(jī)制，它最初應(yīng)用于SIS0多徑信道，用于克服DFE產(chǎn)生的差錯(cuò)傳播問題 。
塊對(duì)角化(BD，BlockDiagonalization)是多用戶MIMO系統(tǒng)中的一種線性預(yù)編碼技術(shù) 。它把多用戶MIM0下行信道分解為多個(gè)并行獨(dú)立的單用戶MIMO下行信道 。對(duì)于信道估計(jì)差錯(cuò)，BD比非線性技術(shù)具有更好的健壯性 。在發(fā)射端發(fā)射的每個(gè)用戶的信號(hào)都用一個(gè)調(diào)制矩陣表示，該矩陣是其他用戶信道矩陣的零空間，這樣該用戶對(duì)其他用戶的干擾就是零 。在每個(gè)用戶獲得任意速率的約束下，為了得到所需發(fā)射功率最小解的封閉形式，零干擾條件可以放寬，這種算法稱為連續(xù)優(yōu)化(SO，SUCcessiveOptimization)算法，它比在低SNR時(shí)任何其他BD解的性能都好 。
描述智能天線收發(fā)機(jī)特征的性能度量為均方誤差(MSE，MeanSquareError)、SNR、誤比特率(BER，BitError Rate)、可達(dá)吞吐量、需要的發(fā)射功率和信道容量 。發(fā)射和接收機(jī)制都是根據(jù)這些標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行優(yōu)化的 。
總之，設(shè)計(jì)MIMO收發(fā)機(jī)要非凡關(guān)注以下4個(gè)要害參數(shù)：
(1)在發(fā)射端和接收端CSI的可靠性 。
(2)發(fā)射信號(hào)的特征(調(diào)制、復(fù)用和練習(xí)信息) 。
(3)要優(yōu)化的性能度量 。
(4)計(jì)算復(fù)雜度的大小 。
3、智能天線的優(yōu)點(diǎn)
在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，由于障礙物的反射，信號(hào)會(huì)在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間多次傳播從而形成多徑傳播 。這是移動(dòng)通信中存在的主要問題，被稱為時(shí)延擴(kuò)展(delayspread) 。由于多徑信號(hào)到達(dá)接收機(jī)的時(shí)間不同，因此多徑傳播將導(dǎo)致符號(hào)間干擾，這將會(huì)嚴(yán)重地影響通信鏈路的質(zhì)量 。另一方面，共信道干擾是無線系統(tǒng)容量的主要限制因素，它將影響用戶對(duì)有效網(wǎng)絡(luò)資源(頻率、時(shí)間)的重用 。

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