現(xiàn)代通信技術(shù)概論結(jié)課論文-多輸入多輸出(mimo)系統(tǒng)-文庫吧
2025-05-17 23:29 本頁面
【正文】 或多天線技術(shù)可以在不增加帶寬和發(fā)送功率的前提下大幅提高系統(tǒng)的信道容量以及頻率利用率 。多輸 入多輸出（ MIMO）技術(shù)因其具有隨天線數(shù)量呈線性增長的理論信道容量，被公認為是現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)的核心技術(shù)。 本文介紹了 MIMO系統(tǒng) 信號檢測方法以及發(fā)送端和接收端經(jīng)典的 組合。 ． MIMO 系統(tǒng)基礎(chǔ) 現(xiàn)代 無線數(shù)字通信對于傳輸速率的要求日益增長，傳統(tǒng)的單輸入單輸出（ SingleInput SingleOutput， SISO）無線傳輸系統(tǒng)（即發(fā)射機和接收機均配有單根天線的系統(tǒng)）已經(jīng)無法 充分滿足相應(yīng)需求。 經(jīng)典單工 SISO 系統(tǒng)模型如圖21 所示。其相應(yīng)的接收信號可以表示為： nhsy ?? （ ） 其中， h、 s、 n 分別表示信道增益、發(fā)射信號和噪聲。 于是我們可以得出相應(yīng)的信道容量（ bit/s/Hz）為 C=E(log(1+22|| ? sPh )) ? log(1+22)|(|? sPhE ) () 其中 )|(| 2sEPs ? ， )|(| 22 nE?? ，且不等號來自詹森不等式 [2]。由式（ ）可以看出 ，信道容量隨著信噪比（即 2/?sP ） 呈指數(shù)增長。為了獲得足夠高的 傳現(xiàn)代通信技術(shù)概論結(jié)課論文 2 輸速率，我們需要持續(xù)提高信噪比或者利用充分大的帶寬。在無線通信中，由于路徑損耗的存在 ，充分大的接收信噪比并不是能夠輕松獲得的。因此我們需要充分大的傳輸帶寬來支持足夠高的傳輸速率。然而，受到無線電頻譜資源稀疏性的影響，單純利用大寬帶來獲取高速率并不現(xiàn)實。 從另一個角度來考慮此問題，我們可以在發(fā)射機和接收機上都裝配多根收發(fā)天線 來提高頻譜效率，相應(yīng)的系統(tǒng)就被稱為多輸入多輸出系統(tǒng)（ MIMO）。經(jīng)典的單工 MIMO 系統(tǒng)傳輸模型如圖 22所示。 圖 21 經(jīng)典單工 SISO 系統(tǒng)模型 圖 22 經(jīng)典的單工 MIMO 系統(tǒng)傳輸模型 以 2 收 2 發(fā)系統(tǒng)為例，由于每根天線均能接收到來自 不同發(fā)射天線的信號，2根接收天線上的接收信號可以表示為： 12121111 nshshy ??? 22221212 nshshy ??? () 其中， ijh 、 js 、 in 分別表示從第 j 根發(fā)射天線到第 i 根接收天線的信道增益、第j 根發(fā)射天線的發(fā)射信號 以及第 i 根接收天線 上的加性噪聲。定義 Tyyy ][ 21? ,這可利用矩陣乘法表示接收信號的矢量： nHsy ?? （ ） 現(xiàn)代通信技術(shù)概論結(jié)課論文 3 這里我們有信道矩陣 ][22211211 hh hhH ? ，發(fā)射 信號矢量 ][21sss? ，噪聲矢量][ 21nnn? 。相應(yīng)的系統(tǒng)模型已經(jīng)能夠較為直觀的擴展到配有 M 根發(fā)射天線和 N根接收天線的 任意 MIMO系統(tǒng)。 作為一種信道模型， 加性高斯白噪聲（ AWGN） 信道通常被用于 MIMO 系統(tǒng)的理論分析和仿真。在 AWGN信道中，接收 噪聲矢量 n 被假設(shè)為零均值的球?qū)ΨQ復高斯（ CSCG）隨機矢量 ，其均值 INnnE H 0)( ? ，協(xié)方差矩陣為 R，即 ),0(~ RCNn [3]。 相關(guān)研究表明，式（ ）所描述的 MIMO 系統(tǒng) 的信道容量 隨著 發(fā)射天線和接收天線數(shù)中的較小呈線性增長，其條件為信道增益 jih, 為互相獨立的零均值 CSCG隨機 變量。因此，對于給定的帶寬資源，如果系統(tǒng)裝配更多天線，便能在不增加傳輸功率的前提下獲取更高的傳輸速率 。 為了獲取這一信道容量增益，我們需要在 MIMO系統(tǒng)中使用高效的信號調(diào)制方式。脈沖幅度調(diào)制（ Pulse Amplitude Modulation， PAM） 和正交幅度調(diào)制（ Quadrature Amplitude Modulation， QAM）是 MIMO系統(tǒng)信號傳輸中比較常用的調(diào)制方式。 . 經(jīng)典 MIMO信號檢測 . 最大似然 MIMO信號檢測 矩形 QAM 星座圖可以被視為 具有相同水平和垂直間距的格基 [4]。在數(shù)字無線通信中，可以通過編碼調(diào)制與解調(diào)譯碼完成二進制信息的發(fā)送與接收，當忽略符號能量時，星座圖和對應(yīng)的二進制格雷碼（ Gray Code） 如圖 23所示。 具體來說，當采用 4QAM 調(diào)制方式時 ，其星座圖符號集合以及對應(yīng)的格雷碼見表 21[5]?，F(xiàn)代通信技術(shù)概論結(jié)課論文 4 圖 23 星座圖和格雷碼 表 21 4QAM調(diào)制方式下的符號集合和格雷碼 序號 符號集合 格雷碼 1 1+i 00 2
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