论文研究-下一代移动通信系统中的MIMO开环和闭环发射技术 .pdf

所需积分/C币:6 2019-08-20 19:44:41 493KB .PDF

下一代移动通信系统中的MIMO开环和闭环发射技术,马永衎,,介绍在下一代移动通信系统中广泛采用的MIMO系统中的开闭和闭环发射技术,对于开环发射分集、开环空间复用、闭环发射分集、闭环空��
印国科技论文在线 数据x 信道矩阵H 串/并 并/串数据y 图 基本系统模型 其中, 为接收符号序列 为发射符号序列, 为AWGN序列,而 为信道矩阵。 开环和闭环传输概念 如果在发射端完仝未知信道状态信息 CSI( Channel State Information)的信息 传输方式称为开环(Open-Loop)传输,从接收端没有任何信息反馈给发射端, 功率在发射端各天线平均分配。(如,开环空间复用和 Alamouti空时编码) 然而,如果在发射端完全或者部分已知CSI的信息传输方式称为闭环 ( closed-lop)传输,发射端需要从接受端得到下行信道状态的反馈,构成反馈 信道,也将依此在各数据流间调整发射功率。(如,波束成形技术和基于码书的 预编码技术)。 取国科技论文在线 MMO信道 H n 发射端 接收端 开环open1oop传输 ,MMo信道 H 发射端/X 接收端 反馈信道 闭环 closed1op传输 图开环和闭环传输示意图 图3给出了MIMO开/环发射方案的总体示意图,在下面章节中将分别 具体描述。 MIMO 发射端未知sk 接收端已知CI 开环0pen-1oop(OL 闭环 Closed-loop(CL) Rank1 Rank)I Rank=1∠ Ronk>1 发射分集 波束成形 ( Alamouti空时 开环空间复用 (Beamforming 闭环空间复用 编码) Reark-1 precoding) 开闭环发射方案 开环发射方案 开环空间复用:相对简单,在信道矩阵的秩(Rank)大于1的情况下,即存 在多于1条的并行不相关的子信道,我们可以通过开环空间复用,在发射端不同 天线发送不同的信息流,来达到传输速率的提高。由于未知信道CSⅠ,无法根据 取国科技论文在线 实际信道信息对于发射端进行调整,只是在以等发射功率在各天线发射,所以其 空间复用增益相对于使用预编码技术的闭环空间复用偏小。 开环发射分集:信道矩阵的秩为1情况下,发射分集将主要用来提高链路的 信号传输质量。在众多的开环发射分集方案中,以 Alamouti方案为代表的一种 正交空时分组编码( Space Time Block Code,STBC)以其译码简单性最为广泛使 用 图4展示了典型的2x1的 Alamo方案发射分集过程: 2 ts 2 ts 21s y1 y2 X 2 图 发射方案示意图 在一个给定的符号时间内(Ts),两个信号同时从两个天线发射,信号x1从 天线1发出,信号x2从天线2发出;在下一个符号时间,信号-x2从天线1发 出,信号x从天线2发出。 可以表示为以下矩阵形式: 由于两个发射天线的发射序列是正交的,从而使接受端可以使用最大似然检 测译码(ML),译码复杂度得以显著降低,同时可以获得最大的分集增益。同时 它可以推广到两发射天线发送至N根接收天线的情况,其理想分集增益可达到 取国科技论文在线 在WMax和HSPA中都使用了STBC方案,其中在HSPA中称为空时发射 分集( Space Time Transmit Diversity,STID)。而在LT系统中,使用的是原理相 似的空频分组编码( Space Frequency block Code,SFBC),其于STBC的别在 于将信号的副本同时通过不同频率发出,但保持其正交性,简化译码复杂度。如 图5所示: yI y2 tme 图 方案示意图 图6显示通过仿真比较基于不同调制方式情况下STBC和SFBC对于信道可 靠性提高表现: -16QAM情況下,SFBC具有1dB增益 -64QAM情況下,SFBC优势更加显著 图 和不同调制方式下性能表现 国武技记文在线 当然,开环 STBC/SFBC发射分集方案有其局限性,其只能在双发射天线 情况下实现全速率传输,且分集性易受空间相关及干扰影响。 闭环发射方案 闭环空间复用:如上文所述,闭环发射技术主要是通过增加一条反馈信道 ( Feedback Channel),在接收端向发射端反馈全部或者部分信道状态信息,从而 使得发射端能够根据信道实际情况,灵活的进行发射功率、发射方向角度等的调 整,向指定用户进行重点传输,提高传输速率和频段利用率。 闭环空间复用主要使用预编码( Precoding)技术来实现以上目的。 预编码技术的主要思路为图7所示:通过接收端信道状态信息的反馈,将发 射信息与个由信道状态所决定的预编码矩阵相乘,实现对于每个数据流的 相位调整,再传送到各个发射天线进行发射,使得能量可以向“重点”用户集中 并减少数据流间干扰。 预编码矩阵W W21 串/并 W 图闭环空间复用预编码发射方案 其中,由反馈信道传输的信道状态信息所决定的预编码矩阵包含了在发射端 对各数据流加权的赋重。由于信道资源有限,在快哀弱信道中,无法实行全反馈。 这时我们通常使用基于码本的预编码方案( Codebook-based Precoding)来实现低 速率的部分信道信息反馈信道,减少信令开销。接收端在收到发射端发出的训练 序列之后,从妈了集中选取最适合的预编码矩阵,将其预编码矩阵编号( Precoding Matrix Index,PMI),也称为码书指数( Codebook index,CI),信道质量指数 取国科技论文在线 ( Channel Quality Index)和信噪比等信息反馈给发射端 以图83 GPP TS36.2136中表格 对于闭环空间复用方 案中定义的双天线闭环空间复用传输码本为例, Codebook Number of layers U ingex OpeH-loop 非 3 2 F以 盱》xz 图 闭环空间复用方案码本 信道矩阵的秩为2(表格中映射层数为2),单用户( SU-MIMO)2x2情况下,预 编码矩阵W应该在浅蓝色框中的三个码本中选择。 闭环发射分集:在信道矩阵的秩为1的情况下,我们通过使用波束成形技术 ( Beamforming),与预编码空间复用相似,通过反馈链路,接收端向发射端提供 信道状态信息,在发射端进行预编码,调整相位,实现一个相对较窄的定向波束 指向用户,提高其覆盖范围以内的信道传输质量,提髙信干噪比和覆盖范围。因 此,我们我们也称其为单秩预编码(Rank- I Precoding),图9 X X 2 图闭环 波束成形方案 国科技论文在线 图8深蓝色框图中显示了信道矩阵的秩为1时,可以使用的4个波束成形预编码 矩阵码木。 然而,与传统意义上智能天线技术中的波束成形相比,MIMO闭环波束成形 方案主要表现为以下几个方面的不同: -其天线配置可以为去相关配置(1/2波长),而传统智能天线技术中的波束成形 中需要各天线间很强的相关性; 其预编码矩阡权值依赖于由信道短期变化,增加了反馈开销 以图10中显示的对应于图83 GPP TS36.2130闭环空间复用方案方向图为例, 其实际波束方向(紫色籥头)与预编码方向(深蓝色箭头)有·定偏角。 波束成形实际向 THE1 A PMI=O PTL-y F -3 图 闭环空问复用方案方向图 小结 本文分别描述了MIMO系统中下行链路开环发射方案和闭环发射技术,并详 细介绍了其中所使用到得包括开环空间复用、开环发射分集、闭环空间复用、闭 环发射分集等在内多种发射方案。通过仿真比较,表明我们需要根据不同的传输 环境,不同的信道质量对于所使用的MIMO收发方案进行合理选择,以达到以 上空间复用增益和空间分集增益的最优利用。 国科技论文在线 参考文献 [1Telatar I E Capacity of multi-antenna Gaussian channels[J]. European transactions on telecommunications. 1999 2 Foschini G. J, Gans M. J. On limits of wireless communications in a fading environment when using multiple antennas[J]. Wireless personal communications, 1998 6(3)311-335 [3 25.996 3 gpp TR"Spatial channel model for Multiple Input Multiple Output (MIMO) Simulations(Release 6)v6.1.0 [J]. 2003-09 4 Paulraj A J, Papadias C.B. Space-time processing for wireless communications[J IEEE Signal Processing Magazine, 1997, 14(6): 49-83 [5 Lucent Nokia."Initial channel models for MIMO" 3GPP TSGR1-01-0902 Aug.2001 [6 3gpp Ts 36.2 13, Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA); Physical layer procedure(release 8),v8.2.0[J].2009-05 [7] 3gpp TS 36.211, Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA); Physical Channels and modulation(release 8), V8.2.0[J].2009-05

...展开详情
img

关注 私信 TA的资源

上传资源赚积分,得勋章
最新资源