无线通信系统中闭环多入多出MIMO技术

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1 引言　　采用多个发射和接收天线的多入多出(MIMO)技术是下一代无线通信的关键技术之一，它能有效利用随机衰落和可能存在的多径传播来提高传输速率。3G-LTE和WiMAX系统都采用了MIMO技术来提高其性能，IEEE802.16e和WCDMA的产品已经实现了MIMO系统的功能。
　　MIMO系统的发射方案主要分为两种类型：最大化传输速率的空间复用方案(Spatial Multiplexing，SM)和最大化分集增益的空时编码方案(Space-Time Coding，STC)。空间复用主要通过在不同天线发射相互独立的信号实现空间复用，如BLAST算法。空时编码如STBC和STTC空时算法等，可获得分集增益，但不能提高数据速率。
　　以上两种方案的发射端都不需要信道信息(CSI)，称之为开环MIMO系统。在信道变化较慢的场合，如大城市的室内环境和游牧式的接入服务，闭环MIMO系统能够进一步提升系统性能。闭环MIMO系统是接收端将信道信息反馈给发射端，然后对传输数据进行预编码、波束成型或者天线选择等操作。闭环MIMO的反馈方式又可以分为全反馈和部分反馈等。全反馈是将全部信道信息反馈给发射端，由于反馈链路要占用系统开销，在实际系统中，一般都采用部分反馈技术。例如反馈信道的统计特征值、SVD分解值、基于码本的码字序号等，实现性能和复杂度的权衡。
　　在移动通信系统中，多径及多径时延扩展是移动通信中存在的主要问题。多径传播将导致信号严重衰落，时延扩展导致符号间干扰，这将会严重地影响通信链路的质量。为了克服无线信道中的衰落，OFDM技术也被引入下一代无线通信系统中，和MIMO技术相结合，组成下一代无线通信技术的物理层核心技术。
　　本文主要讨论闭环MIMO技术，我们给出基于SVD分解的和基于码本的典型预编码方案，然后比较其复杂度和性能，最后给出仿真结果并讨论其在下一代无线通信网络中的应用。
　　2 系统模型
　　如图1所示，具有Nt个发射天线和Nr个接收天线的MIMO系统模型可表示为：
　　y=Hs+n(1)
　　其中y∈CNr×1，s∈CNt×1和n∈CNr×1分别表示接收符号、发射符号和和加性高斯噪声序列，H∈CNr×Nt为信道矩阵。
　　

　　图1 MIMO系统结构图

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