《數(shù)字通信》 八、4G--LTE 關(guān)鍵技術(shù)(MIMO-信道模型信道容量空時(shí)碼編碼規(guī)則 分集復(fù)用 )

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0,0.5jn CN49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)H11

13、H12 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(méi)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

14、息情況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 allo

15、cated 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

16、統(tǒng)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(jiàn)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(méi)能充分發(fā)揮，其應(yīng)用領(lǐng)域僅局限

18、在接收分集方面。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 wh

19、ere 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

21、receivers, 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

23、received 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

24、能無(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 *knknkdKkkdkrdn

25、nKrtrt65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(jiàn)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(jiàn)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)

26、68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 ( ) ( )HSYSHM

27、tr 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)MIM

28、O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)

29、MIMO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)

30、當(dāng)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)

31、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)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 SN

32、RSNReq = | 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 bloc

33、k 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

34、系統(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

35、信系統(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 1111

36、121221222212MMNNNMNMiiiiijjj 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MI

37、MOOFDM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