無線通信系統(tǒng)中的閉環(huán)MIMO技術(shù)綜述

　　圖3 閉環(huán)MIMO SVD結(jié)構(gòu)圖

　　其中，U和V分別是接收端和發(fā)射端的預處理矩陣，D是信道H的奇異值矩陣，U和V為酉矩陣，D為對角矩陣。

　　3 閉環(huán)MIMO技術(shù)分析

　　3.1 基于碼本的預編碼技術(shù)

　　在實際通信系統(tǒng)中，反饋信道信息會占用較多的資源，而且在快衰落信道中，對反饋信息的效率和準確度要求較高，這時采用部分反饋的方法較為合適。最典型的部分反饋方案包括：基于碼本的預編碼，基于統(tǒng)計量的預編碼等。接收端收到訓練序列之后，從一系列的碼字集中搜索出來的最佳的預編碼矩陣 ，并將其序號和信道信噪比信息反饋給發(fā)射端。

　　碼本的構(gòu)造和選擇是預編碼技術(shù)的首要問題。碼本是對最優(yōu)預編碼矩陣的一個量化，碼本的大小和各碼字之間的距離影響預編碼的性能。典型的碼本構(gòu)造包括Grassmannian方法和正交碼字構(gòu)造法。前者是根據(jù)決定Grassmannian流形來使得任意兩個碼字之間的歐氏距離最大，后者是利用正交矩陣進行構(gòu)造，如FFT，DCT和Harmard矩陣等。前者屬于非規(guī)則碼字，兩個碼字之間有干擾，而后者任意兩個碼字之間相互正交。

　　3.2 基于SVD分解的預編碼技術(shù)

　　SVD分解相當于通過虛擬的m(m3.3 多用戶系統(tǒng)的預編碼技術(shù)

　　隨著MIMO技術(shù)的成熟，多用戶MIMO技術(shù)也將應用于實際的無線通信系統(tǒng)。典型的應用如多個接收天線的移動臺的多用戶分集傳輸和多用戶檢測等，使系統(tǒng)的吞吐量最大化。預編碼(波束成形)方法會選擇最高SNR的用戶，并使得不同用戶之間的干擾最小。和點對點的系統(tǒng)相比，這時基站端不僅要處理不同移動臺反饋的信道信息，還要對不同用戶之間的預編碼進行矩陣匹配，以獲得最佳的數(shù)據(jù)傳輸。

　　以上這些根據(jù)信道信息采用的預編碼(波束成形)方案，其發(fā)射和接收機制的優(yōu)化準則包括：

　　(1)信道信息(CSI)的誤差;

　　(2)反饋信息(碼本)的設計;

　　(3)反饋信息的優(yōu)化策略(碼本的選擇)。

　　4 仿真以驗證預編碼的效果。我們采用ITU信道模型(步行A，3km/h)，設發(fā)射天線數(shù)為2，接收天線數(shù)為2，調(diào)制方式為64QAM，采用1/2卷積編碼。發(fā)射天線和接收天線的相關(guān)系數(shù)分別為0.2和0，信道為平衰落Rayleigh信道模型，假設各天線間信道相互獨立?；跓o反饋STC空時編碼、SVD的預編碼反饋和理想反饋的誤包率曲線如圖4所示。從圖中可以看出，閉環(huán)MIMO系統(tǒng)要優(yōu)于開環(huán)系統(tǒng)，基于SVD的與編碼系統(tǒng)要優(yōu)于有碼本的預編碼系統(tǒng)。

　　圖4 閉環(huán)和開環(huán)MIMO系統(tǒng)的性能比較

　　5 結(jié)束語

　　從以上討論和仿真結(jié)果可以看出，閉環(huán)MIMO技術(shù)是未來移動通信中一種很有潛力的技術(shù)。隨著MIMO技術(shù)在蜂窩網(wǎng)中的應用越來越成熟，關(guān)于MIMO技術(shù)的研究也從單用戶點到點的環(huán)境中擴大到多用戶MIMO系統(tǒng)。多用戶MIMO的閉環(huán)解決方案也是3G LTE和WiMAX系統(tǒng)的研究熱點之一。最常見的解決方案包括：塊對角化、逐次最優(yōu)化、波束成形法以及結(jié)合空時編碼來消除多用戶之間的干擾。

　　對于閉環(huán)MIMO-OFDM系統(tǒng)，如果各子載波都要進行信道信息反饋，則反饋鏈路的開銷較大。如何設計減小反饋的數(shù)據(jù)量，也是MIMO-OFDM系統(tǒng)的研究熱點之一。