1、1現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)數(shù)字通信數(shù)字通信現(xiàn)代通信系統(tǒng)（現(xiàn)代通信系統(tǒng)（MIMO部分）部分） 華中科技大學(xué) 電信學(xué)院（常規(guī)（常規(guī)MIMO、容量分析、空時(shí)、容量分析、空時(shí)碼編譯碼）碼編譯碼）2現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)Wireless Channels3現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)問(wèn)題問(wèn)題 帶寬需求有限頻譜資源：GSM、GPRS、3G牌照及其昂貴 可靠性挑戰(zhàn)性的無(wú)線隨機(jī)衰落信道傳播媒介：衰落、路徑衰減、ISI、CCI、Doppler頻移、載波頻偏、噪聲等 功率:

2、有限的電池壽命、昂貴的功率放大器 小區(qū)覆蓋面積4現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)MIMO System Performance ImprovementMIMO及空時(shí)二維處理技術(shù)及空時(shí)二維處理技術(shù)：天線陣列、編碼、調(diào)制、分集等通信技術(shù)與信號(hào)處理技術(shù)有機(jī)結(jié)合形成的編碼調(diào)制技術(shù)5現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù) 發(fā)送接收的都是矩陣 利用空分復(fù)用增益提高頻譜效率：容量隨發(fā)射、接收陣列的較小天線數(shù)線性增長(zhǎng) 無(wú)需額外帶寬 利用MIMO分集增益提高傳輸可靠性、覆蓋、QOS 同信道干擾減小、蜂窩容量增加 不增加發(fā)送功率：分割高SN

3、R的單個(gè)信道成多個(gè)低SNR信道，利用陣列增益提高小區(qū)覆蓋面積本質(zhì)是提供了更多的自由度MIMO System Performance Improvement6現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)能與能與OFDM、UWB等很好的結(jié)合，等很好的結(jié)合， MIMO技術(shù)是技術(shù)是3GPP，IEEE 802.16等的可選技術(shù)，是國(guó)內(nèi)等的可選技術(shù)，是國(guó)內(nèi)“FuTURE”項(xiàng)目的框架技術(shù)之一項(xiàng)目的框架技術(shù)之一基于分布式基于分布式MIMO的分布式通信技術(shù)有望成為下一代的分布式通信技術(shù)有望成為下一代移動(dòng)通信技術(shù)的候選技術(shù)移動(dòng)通信技術(shù)的候選技術(shù)7現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MI

4、MOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)8現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù) 第第8章章 MIMO信道建模與系統(tǒng)性能分析信道建模與系統(tǒng)性能分析u 信道建模簡(jiǎn)單回顧信道建模簡(jiǎn)單回顧u 基于射線跟蹤和相關(guān)衰落特征統(tǒng)計(jì)的基于射線跟蹤和相關(guān)衰落特征統(tǒng)計(jì)的Kronecker信道模型信道模型u 基于散射描述的基于散射描述的VCR信道模型信道模型u 模型比較模型比較u MIMO系統(tǒng)收發(fā)模型系統(tǒng)收發(fā)模型u 容量分析容量分析u 空間分集空間分集9現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)o 數(shù)字通信第2章、第14章； 通信信號(hào)處理第3章o 以前的信道建

5、模主要是研究用數(shù)學(xué)模型描述無(wú)線信道的時(shí)域衰落特征，重點(diǎn)在于建立存在移動(dòng)無(wú)線衰落信道中的散射體、折射體和繞射體的統(tǒng)計(jì)模型或幾何模型，從而用于無(wú)線信道衰落分布的預(yù)測(cè)、估計(jì)和測(cè)量。并按大尺度效應(yīng)和小尺度效應(yīng)來(lái)劃分信道對(duì)接收信號(hào)的影響。o 大尺度效應(yīng)主要體現(xiàn)在相應(yīng)的路徑損耗和基于對(duì)數(shù)正態(tài)分布的陰影衰落o 小尺度效應(yīng)主要體現(xiàn)在多徑現(xiàn)象導(dǎo)致的時(shí)域擴(kuò)展和鏈路兩端相對(duì)位置的快速移動(dòng)導(dǎo)致的多普勒擴(kuò)展10現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)Attenuation in Wireless Channelso Path loss: Signals attenuate due to

6、distanceo Shadowing loss : absorption of radio waves by scattering structureso Fading loss :constructive and destructive interference of multiple reflected radio wave pathso Channel parameters: coherence time, coherence bandwidtho If symbol periodcoherence time, the channel is time selectiveo If sym

7、bol periodi.i.d. CN(0,1),幅值服從Rayleigh分布發(fā)射端不知道信道狀態(tài)，而接收端具有信道狀態(tài)的精確信息發(fā)射天線的總功率恒定，與發(fā)射天線數(shù)無(wú)關(guān)所有天線同步地發(fā)送具有相同符號(hào)周期的信號(hào)所有天線使用相同的頻帶MYHXW39現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)o H為MN信道增益矩陣，它的元素給出了發(fā)射接收天線對(duì)間的信道衰減系數(shù)。o S為NL發(fā)射矩陣，R為ML接收矩陣，N是ML高斯白噪聲矩陣。在L個(gè)符號(hào)周期定義的分組發(fā)射時(shí)間單元內(nèi)， S的元素snl規(guī)定了在時(shí)刻l從天線n上發(fā)送的基帶符號(hào)， R的元素rml表示在時(shí)刻l從天線上m接收的基帶符號(hào)

8、， N的元素nml表示在時(shí)刻l天線m上的AWGN。o 為歸一化最大平均發(fā)送功率，在噪聲功率歸一化的情況下，等于信噪比，并且與發(fā)送天線數(shù)無(wú)關(guān)。o 為保持平均發(fā)射功率恒定，發(fā)射矩陣須滿足功率約束o 設(shè)則準(zhǔn)靜態(tài)情況下RHSN2,i ji jnhm CNHmSSINMNNMM212222111211H40現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù) 理想MIMO信道容量分析41現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù) 理想MIMO信道各態(tài)歷經(jīng)容量（Foschini,Telatar） *erg2C = Elogdet + = min,log1N

9、MMNOHIHH42現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)Capacity in Ideal MIMO Systems43現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)43wxHyttrrnnnn信號(hào)方程： tttrrrtrnnnnnnnnVUH奇異值分解wUwyUyxVx:定義iiiiwxymin21nHH2iH其中是 的奇異值， 是 的特征值。H=rand(4,4) U,S,V=svd(H)U1=U(:,1)U1*U144現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)min,trmM MHHUVxHsnx

10、sn=+ sVsH xUxH nU n,1,.,kkm設(shè)的非負(fù)對(duì)角元素為 kkkkx sn=+,trM Mkmn一個(gè)MIMO信道可以等效轉(zhuǎn)換成個(gè)有功率增益為的并行SISO子信道，MIMO系統(tǒng)的容量是這m 個(gè)子信道的容量之和。 m, are and unitary matrices, respective lyrrttMMMMU VH xU xPre-processingPost-processing酉相似不影響各態(tài)歷經(jīng)容量分析 sVs45現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)o 由上述推導(dǎo)，H可以分解為r 個(gè)平行SISO信道46現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO

11、及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)Hij CN (0,1) nr=1nr= ntOrdered eigenvaluedistribution for nr= nt = 4 case.47現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)47奇異值分解（SVD）可將MIMO信道轉(zhuǎn)化成并行信道：iiiiwxywxHyttrrnnnn48現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)o 容量分析 with rCSI（） SISO：Hh11，Es。2221122log1log1/CP hPbps Hz2,0,i jhCN定義12 rTMx xxx和

12、12 tTMs sss分別為接收和發(fā)送矢量xHsnn 為Mr維AWGN矢量0,0.5jnCN49現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù) SIMO： 選擇性合并接收： MRC接收：11121,rTMshhhE =H2221,21,max log1log1max/jjjChhbps Hz22222log1|log1/rMCbps Hz HCapacity increases logarithmically with number of receive antennas.H11H2150現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)H11H

13、12 3 dB SNR increase if transmitter knows H Capacity increases logarithmically with Mt11121,tMsthhhE =MH22222log1() |log1()/tttMCMMbps HzHCapacity increases logarithmically with Mt, 這句話所包含內(nèi)容需查閱；發(fā)端若沒有完整信道信息時(shí)，發(fā)射功率均勻分配；有完整信道信息時(shí)，功率是注水分配的；51現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)51o 未知信道信息情況n 平均發(fā)送功率o 已知信息信息

14、情況n 注水發(fā)送功率2210log (1)|rsMIMOiiiTxiECsN M210log (1)rsiMIMOiTxiECN M0( -)optsiTxiE NM最佳功率分配：52現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)H11H22H12H2122211211HHHHHCdiversity = log2detI +(PT/22 )HH= 22212221log21logTTPPWhere the i are the eigenvalues to HH1 2 2m=min(nr, nt) parallel channels, equal power alloc

15、ated to each ”pipe”Interpretation:ReceiverTransmitter53現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)miitTtTnPHHnPIC122*221logdetlogH unknown at TXH known at TXmiiipC1221logWhere the power distribution over”pipes” are given by a water filling solutionmimiiiTpP1111 2 2 3 3 4 4p1p2p3p4),min(trnnm 54現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)

16、MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)o 發(fā)送端可以接入空間子信道，在空間子信道中分配可變能量可以最大化互信息o 最佳能量分配政策：55現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)o 推導(dǎo)過(guò)程56現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)Water-filling in AWGN ChannelsWater Filling算法詳細(xì)過(guò)程參見后幾頁(yè)；57現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)空時(shí)分集與復(fù)用具體信號(hào)傳輸58現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)問(wèn)題：

17、接收端有完美問(wèn)題：接收端有完美CSICSI，如何利用理論上的信道容量，如何利用理論上的信道容量A1A1：空分復(fù)用：空分復(fù)用 提高速率，獲取高頻譜效率 額外獨(dú)立信號(hào)路徑增加自由度資源 空分復(fù)用：多天線提供并行空間信道，發(fā)送獨(dú)立子數(shù)據(jù)流 空分復(fù)用增益定義r：log(/)RrSNR bps Hz 直接提高頻譜效率直接提高頻譜效率59現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)A2A2：空間分集：空間分集：提高鏈路可靠性、功率效率o分集：典型的分集技術(shù)包括時(shí)間分集、頻率分集及空間分集(也稱天線分集)o在傳統(tǒng)的蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中，空間分集的優(yōu)勢(shì)沒能充分發(fā)揮，其應(yīng)用領(lǐng)域僅局限在

18、接收分集方面。60現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)Diversity Gaino Intuitively, the more independently fading, identical copies of a given signal the receiver is provided with, the faster the bit error rate (BER) decreases as a function of the per signal SNR. At high SNR values, it has been shown that whe

19、re d represents the diversity gaino Definition:deSNRP*( )SNRA diversity gain ( ) is achived atif logand ( )or more precisely,log( log) multiplexing gai limlon g droutoutdrRrSNRpRSNRprS RrN*( )drSNR 分集/ 復(fù)用增益，主要體現(xiàn)在SNR指數(shù)的變化上；61現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)Diversity Options in Wireless Channelso

20、Receive replicas of signal via independently fading channelsn Time diversityoChannel coding + interleavingoNot effective in slow fadingn Frequency diversityoThe fact that signals transmitted over different frequencies induce different multipath structures is exploitedoOFDM, frequency hopping, RAKE r

21、eceivers, equalizersoNot effective in flat fadingn Space (antenna) diversityoMultiple transmit/receive antennas that are spatially separated or differently polarizedoNo penalty in bandwidth efficiency62現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)Space Diversity: Receive Diversityo Multiple receive antennas

22、that are well separated to generate independent receptions of the transmitted signaln Selection diversity: choose the antenna with the largest SNRn Switch diversity: choose an alternate antenna if the SNR falls below a certain thresholdn Linear combining: linearly combine a weighted replica of all r

23、eceived signals - EGC, MRC, MMSEo Dramatic improvement even with two branch selection diversityo Hard to implement in mobile handsetn Correlation between closely located antennasn Expense of multiple down-conversion RF paths63現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)o 分集VS容量 MISOn 穩(wěn)定接收信號(hào)波形，減少衰落n 增加發(fā)送天線不能

24、無(wú)限提高容量 SIMOn 穩(wěn)定接收信號(hào)波形，減少衰落n 收集更多的發(fā)送功率n 增加接收天線可無(wú)限提高容量，但呈對(duì)數(shù)增長(zhǎng) MIMOn 同時(shí)增加m,n，容量線性增長(zhǎng) 最大可取得的分集增益是發(fā)送接收天線之積64現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)Diversity-Multiplexing Tradeoff)()( where, 0),(,(in points connectingfunctionlinear piecewise thebygiven is )( curve tradeoffoptimal the),min(For *knknkdKkkdkrdnn

25、Krtrt65現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)6566現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)66,YHXNXYTM信號(hào)方程：其中， 、 是矩陣（的空時(shí)碼）67現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)67o總體設(shè)計(jì)準(zhǔn)則n編碼目的：降低誤碼率n使PEP（Pair-wise Error Probability ）最小;o收發(fā)端已知信道信息情況(CSIT)n見有關(guān)參考資料（擺點(diǎn)問(wèn)題）o收發(fā)雙方均未知信道信息情況n見有關(guān)參考資料（Grassmann流形）o發(fā)端未知但收方已知信道信息情況(CSIR)6

26、8現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)68o設(shè)系統(tǒng)傳輸速率為Rn則T 時(shí)間內(nèi)的傳輸比特?cái)?shù)是TRo設(shè)發(fā)射天線數(shù)為Mn則需要 個(gè)TM 矩陣G 作為碼本S1，S2，SLo設(shè)星座點(diǎn)集為 =x1,x2xkn矩陣G =gij, i=1,2T, j=1,2M）中的每個(gè)元素是星座集合 中元素的共軛線性組合2TR69現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)69o 設(shè)接收信號(hào)為Y, 按照ML 譯碼準(zhǔn)則為：o 則兩個(gè)碼字S1和S2成對(duì)出錯(cuò)的概率PEP為:n 其中，r = rank(S), 2argmin |argmin ( ) ( )HSYSHMt

27、r YG x HYG x HMM21222212(|)(),()21 41()()2.HHrNNrdP SSHQdtrSSHHMM S=DHUDV是 中 的奇異值22212.=det()HrSS 70現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)70o空時(shí)碼設(shè)計(jì)準(zhǔn)則（空時(shí)碼設(shè)計(jì)準(zhǔn)則（Tarokh,1988）n秩準(zhǔn)則秩準(zhǔn)則(空間分集空間分集)o 任意兩個(gè)碼字之差的秩任意兩個(gè)碼字之差的秩rank(S)越大越好越大越好n行列式準(zhǔn)則（編碼增益）行列式準(zhǔn)則（編碼增益）o 任意兩個(gè)碼字之差任意兩個(gè)碼字之差S的的 越大越好越大越好det()HSS71現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO

28、及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)7172現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)7273現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)73水平碼：水平碼：H-BLAST結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)74現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)74對(duì)角碼：對(duì)角碼：D-BLAST結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)75現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)75垂直碼：垂直碼：V-BLAST結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)76現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)76混合編碼結(jié)構(gòu)77現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)M

29、IMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)7778現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)78o 設(shè)接收信號(hào)為Y, 按照ML 譯碼準(zhǔn)則為：o 若要碼本正交，則要求 中不出現(xiàn)混合項(xiàng)o 于是可以得到如下結(jié)論 當(dāng)且僅當(dāng) 中只出現(xiàn) 時(shí)，碼本G正交2argmin |argmin ( ) ( )HSYSHMtr YG x HYG x HMM1212( ,.)( ,.)HkkGx xx Gx xx1212( ,.)( ,.)HkkGx xx Gx xx22212| ,| ,.|kxxx79現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)79o 當(dāng)當(dāng)

30、M=2時(shí)，時(shí)，Alamouti(1998)給出如下的碼（給出如下的碼（R=1）o 當(dāng)當(dāng)M=3,4時(shí)，時(shí)，Tarokh(1999)給出了如下的碼給出了如下的碼(R=3/4)1212*21( ,)xxG x xxx*123*213*3132000 xxxxxGxxxx123*2134*312*3210000 xxxxxxGxxxxxx80現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)X1X20 T2TX1-X2*X2X1*0 T2TAnt 1Ant 2DataSTC encoderDataxModulationEncoder matrix:*1*2212xxxxG81現(xiàn)代

31、通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)Alamouti SchemenRate = 1 nDiversity order = 2 o Simple decoding82現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)ncHr10*10*1*221*10,ccnnhhhhrrcnHrncHnHcHHrHr2*FDiagonal matrix due to orthogonalityThe MIMO/ MISO system is in fact transformed to an equivalent SISO system with SNR

32、SNReq = | H |F2 SNR/nt | H |F2 = 1 1 2 2 1 1 2 283現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)STBCBlock of K symbols K input symbols, T output symbols T K R=K/T is the If R=1 the STBC has Block of T symbolsnt transmit antennasConstellation mapperData in*V.Tarokh, H.Jafarkhani, A.R.CalderbankSpace-time block

33、 codes from orthogonal designs, IEEE Trans. On Information Theory June 1999 84現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)84o優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)n譯碼具有線性譯碼復(fù)雜度，被譯碼具有線性譯碼復(fù)雜度，被3GPP采納采納o缺點(diǎn)缺點(diǎn)n速率局限性：速率局限性：M 2時(shí)時(shí), R不能大于不能大于1n分集增益和復(fù)用增益不能優(yōu)化折中分集增益和復(fù)用增益不能優(yōu)化折中n所以有人提出準(zhǔn)正交空時(shí)碼所以有人提出準(zhǔn)正交空時(shí)碼85現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)8586現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系

34、統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)862天線延遲分集：87現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)8788現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)88MIMO檢測(cè)算法檢測(cè)算法o最大似然檢測(cè)算法最大似然檢測(cè)算法MLn 是發(fā)射信號(hào)是發(fā)射信號(hào)X的估計(jì)值，的估計(jì)值，Y是接收信號(hào)是接收信號(hào)n為發(fā)射信號(hào)為發(fā)射信號(hào)X所在的空間所在的空間n 在在X所在的空間所在的空間內(nèi)尋找最小值內(nèi)尋找最小值 nML算法是在信號(hào)空間算法是在信號(hào)空間中找出中找出X,使使 最小最小2argminXXYHXXargminX2YHX89現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信

35、系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)89MIMO檢測(cè)算法檢測(cè)算法oML算法優(yōu)點(diǎn)n性能最好oML算法缺點(diǎn)n復(fù)雜度很高o 若調(diào)制信號(hào)的星座點(diǎn)個(gè)數(shù)為M，對(duì)于發(fā)射天線為N的系統(tǒng)，要進(jìn)行MN 種遍歷比較，指數(shù)級(jí)復(fù)雜度o 快速搜索算法，可以通過(guò)減少搜索范圍實(shí)現(xiàn)：在接收信號(hào)Y的半徑為R范圍內(nèi)搜索，即球形譯碼 ，Viterbo, 199990現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)90MIMO檢測(cè)算法檢測(cè)算法oZF檢測(cè)算法檢測(cè)算法n通過(guò)通過(guò)ZF濾波對(duì)接收信號(hào)濾波對(duì)接收信號(hào)Y進(jìn)行濾波，將不同發(fā)射天線符號(hào)進(jìn)行濾波，將不同發(fā)射天線符號(hào)間的干擾置間的干擾置0 11111

36、21221222212MMNNNMNMiiiiijjj iyxhhhyhhhxnhhhyxyh xh xn不同天線發(fā)射符號(hào)間的干擾91現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)91MIMO檢測(cè)算法檢測(cè)算法o ZF檢測(cè)算法檢測(cè)算法n 設(shè)計(jì)濾波矩陣設(shè)計(jì)濾波矩陣GZF 將接收信號(hào)將接收信號(hào)Y中干擾項(xiàng)置零中干擾項(xiàng)置零n ZF使使MIMO檢測(cè)變?yōu)槿舾蓹z測(cè)變?yōu)槿舾瑟?dú)立的并行獨(dú)立的并行數(shù)據(jù)流的檢測(cè)數(shù)據(jù)流的檢測(cè)111()()()()ZFNtHHZFHHHHZFiiiG HIGH HHXG YH HH HXH HH Nxxn第i條數(shù)據(jù)流92現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIM

37、OOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)92MIMO檢測(cè)算法檢測(cè)算法o ZF檢測(cè)算法的優(yōu)點(diǎn)檢測(cè)算法的優(yōu)點(diǎn)n 復(fù)雜度大幅度降低復(fù)雜度大幅度降低o ZF檢測(cè)算法的缺點(diǎn)檢測(cè)算法的缺點(diǎn)n 在抑制干擾的同時(shí)容易將噪聲放大，影響性能在抑制干擾的同時(shí)容易將噪聲放大，影響性能 93現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及MIMOOFDM自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)技術(shù)93MIMO檢測(cè)算法檢測(cè)算法o MMSE檢測(cè)檢測(cè)n 為了改善為了改善ZF算法的抗噪性能，濾波矩陣算法的抗噪性能，濾波矩陣GMMSE的設(shè)計(jì)原則：均方誤差的設(shè)計(jì)原則：均方誤差(MSE)最小最小,即：即： 12102argmin ()NtrMMSEX XHHMMSENsMMSEGE GYXNGH HIHXGY94現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)MIMO及及M