MIMO技術在3G演進中的應用進展

　　隨著無線通信技術的發(fā)展，人們對無線傳輸?shù)挠行院涂煽啃蕴岢隽烁叩囊蟆?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/MIMO">MIMO(多輸入多輸出)技術在無線通信鏈路兩端均使用多個天線，可以充分利用無線傳播中的多徑傳輸，使頻譜利用率和鏈路可靠性得到極大的提高。與MIMO技術緊密相關的是空時編碼。

　　一、空時編碼

　　1.分層空時編碼

　　分層空時編碼技術(LSTC)最初是由貝爾實驗室的Foschini提出來的，其基本思想是把高速數(shù)據(jù)流分為若干低速數(shù)據(jù)流，獨立地進行編碼、調制，并提供復用增益。圖1為分層空時編碼原理框圖。

分層空時編碼按發(fā)射端分路的不同方式主要有三種方案：對角分層空時編碼；垂直分層空時編碼和水平分層空時編碼。其主要差別是針對并行信道編碼器的輸出，三種方案分別按照對角線、垂直方向和水平方向進行編碼。

　　分層空時編碼的譯碼算法主要用于對抗多流干擾MSI(MultiStreamInterference)，具體實現(xiàn)分為最大似然譯碼算法、線性算法(如迫零算法、最小均方誤差算法)以及非線性算法(如串行干擾消除等)。最大似然譯碼算法具有最優(yōu)的譯碼性能，但是算法的復雜度與發(fā)送天線數(shù)以及調制星座的點數(shù)成指數(shù)關系，不能滿足實時譯碼要求。研究表明，分層空時編碼的優(yōu)勢是當接收天線數(shù)大于發(fā)送天線數(shù)時，系統(tǒng)容量與發(fā)射天線數(shù)成正比關系。

　　2.空時分組編碼

　　空時分組編碼(STBC)利用正交設計的原理分配各發(fā)射天線上的發(fā)射信號格式，實際上是一種空間域和時間域結合的正交分組編碼方式。通過正交設計，STBC各信號在接收端可以獨立譯碼，接收機的復雜度隨著天線數(shù)目呈線性增長。

　　空時分組編碼是由Alamouti最早提出的，采用兩個發(fā)射天線和一個接收天線的系統(tǒng)可以得到采用一個發(fā)射天線兩個接收天線系統(tǒng)同樣的分集增益。圖2為Alamouti空時分組編碼原理框圖。

編碼器在每一次編碼操作中取兩個調制符號x1、x2的一個分組，并根據(jù)如下給出的編碼矩陣將它們映射到發(fā)射天線：

編碼器的輸出在兩個連續(xù)發(fā)射周期t、t+T里從兩根天線發(fā)射出去。在第一個發(fā)射周期中，信號x1和x2同時從天線1和天線2分別發(fā)射；在第二個發(fā)射周期中，信號從天線1發(fā)射，而從天線2發(fā)射。很顯然，這種方法既在 空間域又在時間域進行編碼。發(fā)射天線1和2上的發(fā)送序列分別為：

則兩個發(fā)送序列的內積為0：

　　圖3為空時分組編碼接收機原理框圖。

圖中h1、h2為信道系數(shù)，n1、n2為信道傳輸過程中引入的噪聲。假設接收機能夠完全估計信道的狀態(tài)，采用最大似然譯碼準則，可以對x1、x2獨立譯碼。因此，通過正交設計，STBC各信號在接收端可以獨立譯碼，接收機的復雜度隨著天線數(shù)目線性增長。