干擾對齊相關(guān)知識

干擾對齊相關(guān)知識干擾對齊相關(guān)知識干擾對齊相關(guān)知識干擾對齊相關(guān)知識編制僅供參考審核批準生效日期地址：電話：傳真:郵編:1.干擾對齊（InterferenceAlignmentIA）是一種有效的干擾管理機制，通過預(yù)編碼技術(shù)使干擾在接收端重疊在一起，以徹底消除干擾對期望信號的影響。與忽略干擾、解碼/消除干擾以及正交接入（避免干擾）等現(xiàn)有處理干擾的方法不同，IA通過壓縮干擾所占的信號維度，使系統(tǒng)獲得最大自由度。由于可以徹底消除干擾，能夠顯著提高系統(tǒng)容量，IA技術(shù)受到了廣泛的關(guān)注獲得預(yù)編碼矩陣的方法有兩種：直接法和迭代法，直接法需要理想的全局CSI，而迭代法則需要在收發(fā)雙方反復(fù)交替迭代。2.無線頻譜資源缺乏的新武器---干擾對齊當多個用戶進行無線通信時，相互之間會存在干擾，而干擾會影響信號接收質(zhì)量，減小接收機的信道容量?，F(xiàn)有的處理干擾的技術(shù)，如頻分復(fù)用(FDMA),時分復(fù)用(TDMA),和碼分復(fù)用(CDMA)主要是通過信號的正交化來消除干擾信號對期望信號的影響。其實，當多用戶共享頻譜資源時，這種處理方法只能做到將頻譜資源在K個用戶之間進行分配。例如，當相互影響的用戶數(shù)為K時，每個用戶所能獲得的頻譜資源為單個用戶時的1/K。因此，當用戶數(shù)量很大時，每個用戶所能獲得的頻譜資源仍然非常有限。

干擾對齊技術(shù)的提出就是為了解決這一問題，它將信號空間劃分為期望信號空間和干擾信號空間兩個部分，通過預(yù)編碼技術(shù)使干擾在接收端重疊，從而壓縮干擾所占的信號容量，消除干擾對期望信號的影響，達到提高信道容量的目的。

目前加州大學(xué)歐文分校的Jafar助理教授已經(jīng)從理論上證明，通過干擾對齊，在K個用戶的無線通信信道中，每個用戶最多能獲得相當于只有一個用戶時，總頻譜資源的1/2,K個用戶能夠獲得的頻譜資源為只有一個用戶時的k/2倍。得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的Health教授對干擾對齊進行了實驗驗證，實驗結(jié)果表明，干擾對齊能夠極大提高系統(tǒng)的頻譜利用率。

當然，干擾對齊技術(shù)還處于研究階段，還有很多問題沒有解決。首先是干擾對齊所要求的全局信道狀態(tài)信息在實際中很難達到；其次隨著用戶數(shù)量的增加，干擾對齊的約束條件會急劇增加而導(dǎo)致難以實現(xiàn)，這也是當前干擾對齊領(lǐng)域研究的熱點。3.信道邊信息信道邊信息是一個很廣泛的概念，它包括信道的瞬時狀態(tài)信息，也包括信道的一些統(tǒng)計參數(shù)。嚴格意義上來說，我們講的信道狀態(tài)信息（CSI)只是信道邊信息的一個子部分。2樓說得很好。他舉了一個瑞利衰落的例子，接受機把這個瑞利衰落的因子（sigma)反饋到發(fā)射端，那么這個因子就是信道的邊信息。我再舉個例子，rice衰落中有個參數(shù)k(直射路徑能量與非視距能量之比），如果接收機把這個因子反饋到發(fā)射端，那么這個參數(shù)也叫做信道的邊信息。我們通常說的信道狀態(tài)信息也屬于信道邊信息。一個狹義，一個廣義。4.信道狀態(tài)信息信道狀態(tài)信息（CSI）是一種籠統(tǒng)的概念，它包括信道矩陣。只要是反應(yīng)Channel的都叫信道狀態(tài)信息。信道矩陣只是MIMO系統(tǒng)中的一種信道狀態(tài)信息。其他的比如Channelprofile，多徑時延，多普勒頻偏，MIMO信道的秩，波束形成向量，等等，都屬于信道狀態(tài)信息。當前的信道矩陣H只能算是一種信道狀態(tài)信息，但是是最常用的。5.預(yù)編碼①預(yù)編碼技術(shù)就是在已知信道狀態(tài)信息的情況下，通過在發(fā)送端對發(fā)送的信號做一個預(yù)先的處理，以方便接收機進行信號檢測。②預(yù)測編碼是根據(jù)離散信號之間存在著一定關(guān)聯(lián)性的特點，利用前面一個或多個信號預(yù)測下一個信號進行，然后對實際值和預(yù)測值的差（預(yù)測誤差）進行編碼。如果預(yù)測比較準確，誤差就會很小。在同等精度要求的條件下，就可以用比較少的比特進行編碼，達到壓縮數(shù)據(jù)的目的。預(yù)測編碼中典型的壓縮方法有脈沖編碼調(diào)制（PCM，PulseCodeModulation）、差分脈沖編碼調(diào)制（DPCM，DifferentialPulseCodeModulation）、自適應(yīng)差分脈沖編碼調(diào)制（ADPCM，AdaptiveDifferentialPulseCodeModulation）等，它們較適合于聲音、圖像數(shù)據(jù)的壓縮，因為這些數(shù)據(jù)由采樣得到，相鄰樣值之間的差相差不會很大，可以用較少位來表示。③首先，如樓上說的，預(yù)編碼用于閉環(huán)系統(tǒng)中，以下行為例，要實現(xiàn)下行預(yù)編碼，需要上行相關(guān)的反饋信息。

至于定義，現(xiàn)在給的都很模糊，主要就是發(fā)送端利用反饋得到的信息，對信道矩陣做一定的處理，使收端得到更高的信噪比。如下式：

r＝HWx+n

r為接收信號，H為信道，n為噪聲，這里的矩陣W就是對信道H進行預(yù)編碼處理。而W的獲取，是通過信號接收端反饋的信息去得到的。④預(yù)編碼：預(yù)編碼分兩種，一種線性的，一種是非線性的。線性的可以有迫零預(yù)編碼，迫零預(yù)編碼又與發(fā)射波束成型緊密聯(lián)系，非線性的是臟編碼，臟編碼能夠?qū)崿F(xiàn)下行鏈路的最大容量，但是比較復(fù)雜很難用于實踐。6.波束成形①Beam-Forming，一般翻譯為波束成形，源于自適應(yīng)天線的一個概念。

簡單的說，用于接收端的信號處理時，可以通過對多天線陣元接收到的各路信號進行加權(quán)合并形成所需的理想信號，從天線的方向圖(pattern)或稱為波束的角度來看，這樣做等效于形成了規(guī)定指向上的波束，比如將全方向的接收方向圖形成了有零點、有最大指向的波束方向圖。由于天線原理中的互易性，波束成形也可用于發(fā)射端，即對天線陣元饋電的進行幅度和相位的調(diào)整，達到形成所需形狀的方向圖，比如最早用于雷達的相控陣等等，

用于３Ｇ中的智能天線，如在TD-SCDMA中，提到了上下行的波束成形問題。并在應(yīng)用中

綜合了聯(lián)合檢測技術(shù)。在WCDMA中，也有學(xué)者進行了研究，目前多討論反向鏈路的接收

信號處理問題。②LTE-Beamforming(波束成形)算法簡介與傳統(tǒng)的TDMA、FDMA或CDMA方式相比，LTE-A（LTE-Advanced）引入了第四維多址方式：空分多址（SpacialDivisionMultipleAccess，SDMA）方式。人們研究波束成形的最初動機是，在頻譜資源日益擁擠的情況下考慮如何將自適應(yīng)波束成形應(yīng)用于蜂窩小區(qū)的基站，以便能更有效地增加系統(tǒng)容量和提高頻譜利用率。波束成形的基本思想是：天線以多個高增益窄波束動態(tài)地跟蹤多個期望用戶，在接收模式下，來波方向之外的信號被抑制，發(fā)射模式下，能使期望用戶接收的信號功率最大，同時使窄波束照射范圍以外的非期望用戶受到的干擾最小。SDMA是利用用戶空間位置的不同來區(qū)分不同用戶，即在相同時隙、相同頻率或相同地址碼的情況下，仍然可以根據(jù)信號不同的中間傳播路徑而區(qū)分。SDMA是一種信道增容的方式，可以實現(xiàn)頻率的重復(fù)使用，充分利用頻率資源。因此，波束成形可以通過空分多址來區(qū)分一個小區(qū)內(nèi)（或多個小區(qū)之間）的多個用戶，使其共享相同的時頻資源。

另外，MIMO系統(tǒng)的空間復(fù)用和傳輸分集這兩種發(fā)射方案都不需要知道信道信息（ChannelStateInformation，CSI）。但理論研究證明，在發(fā)送端已經(jīng)獲取了CSI的情況下，通過聯(lián)合采用傳輸波束成形（TransmitBeamforming，TBF）與接收合并（ReceiveCombining，RC）技術(shù)，可以進一步提升系統(tǒng)性能。

對于點對點的單用戶MIMO系統(tǒng)（SingleUserMIMO，SU-MIMO），當發(fā)射天線數(shù)大于接收天線數(shù)，或者接收端信噪比（SignaltoNoiseRatio，SNR）較低時，系統(tǒng)將受益于CSIT(ChannelSideInformationattheTransmiter，CSIT)。

對于點對多點的多用戶MIMO系統(tǒng)（MultipleUserMIMO，MU-MIMO），將始終受益于CSIT。因為我們通過在基站端采用傳輸波束成形或一定的預(yù)編碼算法，不但可以為需要的接收機獲取較高的SNR，更重要的是可以消除或者在很大程度上減少來自網(wǎng)絡(luò)中其他點用戶的干擾。

至于基站端CSIT的獲取，對于頻分雙工(FrequencyDivisionDuplex，F(xiàn)DD)系統(tǒng)，相當于閉環(huán)MIMO技術(shù)（Closed-LoopMIMO），即基站端發(fā)出導(dǎo)頻，用戶接收機利用該導(dǎo)頻所攜帶的信息估計出H(dl)，再通過反饋鏈路反饋給基站。而對于時分雙工(TimeDivisionDuplex，TDD)系統(tǒng)，相當于開環(huán)MIMO技術(shù)（Open-LoopMIMO），即用戶端發(fā)出導(dǎo)頻，基站接收機利用該導(dǎo)頻所攜帶的信息估計出H(ul)，再由信道互易性（ChannelReciprocity）,做BF所需的下行信道信息滿足H(dl)=H(ul)。

波束成形除了可以進行單流的數(shù)據(jù)傳輸之外，還可以支持多流的數(shù)據(jù)傳輸和空分多址。下圖是發(fā)射波束成形的三種情況。

④為了滿足3GPP長期演進（LongTermEvolution，LTE）在高數(shù)據(jù)率和高系統(tǒng)容量方面的需求，LTE系統(tǒng)支持下行應(yīng)用多輸入多輸出（MultipleInputMultipleOutput，MIMO）技術(shù)，包括傳輸分集（TransmitDiversity，TD），波束成形（Beamforming，BF）以及空間復(fù)用（SpatialMultiplexing，SM）。

傳輸分集的主要原理是利用空間信道的弱相關(guān)性，結(jié)合時間/頻率上的選擇性，為信號的傳遞提供更多的副本，提高信號傳輸?shù)目煽啃?，從而改善接收信號的信噪比。LTE中傳輸分集技術(shù)的候選技術(shù)很多，比如空時編碼（Space-TimeCode，STC），循環(huán)延遲分集（CyclicDelayDiversity，CDD）以及天線切換分集技術(shù)等。

波束成形技術(shù)是一種應(yīng)用于小間距天線陣列的多天線傳輸技術(shù)，其主要原理是利用空間信道的強相關(guān)性，利用波的干涉原理產(chǎn)生強方向性的輻射方向圖，使得輻射方向圖的主瓣自適應(yīng)地指向用戶來波方向，從而提高信噪比，提高系統(tǒng)容量或者覆蓋范圍。

空間復(fù)用技術(shù)則是一種利用空間信道的弱相關(guān)性的技術(shù)，其主要工作原理是在多個相互獨立的空間信道上傳遞不同的數(shù)據(jù)流，從而提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆逯邓俾省＿@三種技術(shù)對空間信道的要求不同，因而其應(yīng)用的場景也有所不同。典型的信道容量曲線在低信噪比區(qū)域的斜率比較大，應(yīng)用傳輸分集技術(shù)和波束成形技術(shù)可以有效地提高接收信號的信噪比，從而提高傳輸速率或者覆蓋范圍，而在高信噪比區(qū)域，容量曲線接近平坦，再提高信噪比也無法明顯改善傳輸速率，此時就可以利用空間復(fù)用技術(shù)來提高傳輸速率。⑤對于波束成形，無論如何就是需要知道CSI，然后推算出預(yù)編碼，這里的預(yù)編碼有碼本方式（接收端測量CSI反饋給發(fā)送端）和非碼本方式（發(fā)送端通過逆向鏈路測量得知CSI）7.信道自由度在不同的文獻中，信道自由度有時有不同的意思，一般的理解如下：①信道自由度就是我們信道變量的個數(shù)，在通信過程中，我們總是希望信道自由度越多越好，這樣我們就可以提高通信信道容量，從而提高系統(tǒng)吞吐量，這對于現(xiàn)在的高速通信來說，我們總是希望信道自由度越多越好。②wedefinethedegreesoffreedomofthechanneltobethedimensionofthereceivedsignalspace.8.自由度自由度(degreeoffreedom,df)在數(shù)學(xué)中能夠自由取值的變量個數(shù)，如有3個變量x、y、z，但x+y+z=18，因此其自由度等于2。在統(tǒng)計學(xué)中，自由度指的是計算某一統(tǒng)計量時，取值不受限制的變量個數(shù)。通常df=n-k。其中n為樣本含量，k為被限制的條件數(shù)或變量個數(shù)，或計算某一統(tǒng)計量時用到其它獨立統(tǒng)計量的個數(shù)。自由度通常用于抽樣分布中。MIMO,MIMO是什么意思,什么是MIMO無線通信技術(shù)

MIMO(Multiple-InputMultiple-Out-put)系統(tǒng)是一項考慮用于的技術(shù)。是下一代標準，可將吞吐量提高到100Mbps。同時，專有MIMO技術(shù)可改進已有b/g網(wǎng)絡(luò)的性能。該技術(shù)最早是由Marconi于1908年提出的，它利用多天線來抑制信道衰落。根據(jù)收發(fā)兩端天線數(shù)量，相對于普通的SISO(Single-InputSingle-Output)系統(tǒng)，MIMO還可以包括SIMO(Single-InputMulti-ple-Output)系統(tǒng)和MISO(Multiple-InputSingle-Output)系統(tǒng)。

1、MIMO概述多用戶MIMO示意圖

MIMO表示多輸入多輸出。讀/maimo/或/mimo/，通常美國人前者，英國人讀后者，國際上研究這一領(lǐng)域的專家較多的都讀讀/maimo/。通常用于IEEE，但也可以用于其他技術(shù)。MIMO有時被稱作空間多樣，因為它使用多空間通道傳送和接收數(shù)據(jù)。只有站點（移動設(shè)備）或接入點（AP）支持MIMO時才能部署MIMO。

MIMO的優(yōu)點是能夠增加無線范圍并提高性能。連接到老的接入點的站點能夠以更高的速度連接到更遠的距離。例如，如果使用老站點，從25英尺的距離連接到接入點的速度是1Mbps；而使用MIMO時站點的速度為2Mbps。增加到2Mbps的范圍，允許用戶在更遠的距離保持連接。

無線電發(fā)送的信號被反射時，會產(chǎn)生多份信號。每份信號都是一個空間流。使用單輸入單輸出（SISO）的當前或老系統(tǒng)一次只能發(fā)送或接收一個空間流。MIMO允許多個天線同時發(fā)送和接收多個空間流。它允許天線同時傳送和接收。

老接入點到老客戶端-只發(fā)送和接收一個空間流

MIMO接入點到MIMO客戶端-同時發(fā)送和接收多個空間流

可以看出，此時的信道容量隨著天線數(shù)量的增大而線性增大。也就是說可以利用MIMO信道成倍地提高無線信道容量，在不增加帶寬和天線發(fā)送功率的情況下，頻譜利用率可以成倍地提高。

利用MIMO技術(shù)可以提高信道的容量，同時也可以提高信道的可靠性，降低誤碼率。前者是利用MIMO信道提供的空間復(fù)用增益，后者是利用MIMO信道提供的空間分集增益。實現(xiàn)空間復(fù)用增益的算法主要有貝爾實驗室的BLAST算法、ZF算法、MMSE算法、ML算法。ML算法具有很好的譯碼性能，但是復(fù)雜度比較大，對于實時性要求較高的無線通信不能滿足要求。ZF算法簡單容易實現(xiàn)，但是對信道的信噪比要求較高。性能和復(fù)雜度最優(yōu)的就是BLAST算法。該算法實際上是使用ZF算法加上干擾刪除技術(shù)得出的。目前MIMO技術(shù)領(lǐng)域另一個研究熱點就是空時編碼。常見的空時碼有空時塊碼、空時格碼?？諘r碼的主要思想是利用空間和時間上的編碼實現(xiàn)一定的空間分集和時間分集，從而降低信道誤碼率。

通常，多徑要引起衰落，因而被視為有害因素。然而研究結(jié)果表明，對于MIMO系統(tǒng)來說，多徑可以作為一個有利因素加以利用。MIMO系統(tǒng)在發(fā)射端和接收端均采用多天線(或陣列天線)和多通道，MIMO的多入多出是針對多徑無線信道來說的。傳輸信息流s(k)經(jīng)過空時編碼形成N個信息子流ci(k)，I=1，……，N。這N個子流由N個天線發(fā)射出去，經(jīng)空間信道后由M個接收天線接收。多天線接收機利用先進的空時編碼處理能夠分開并解碼這些數(shù)據(jù)子流，從而實現(xiàn)最佳的處理。

特別是，這N個子流同時發(fā)送到信道，各發(fā)射信號占用同一頻帶，因而并未增加帶寬。若各發(fā)射接收天線間的通道響應(yīng)獨立，則多入多出系統(tǒng)可以創(chuàng)造多個并行空間信道。通過這些并行空間信道獨立地傳輸信息，數(shù)據(jù)率必然可以提高。

MIMO將多徑無線信道與發(fā)射、接收視為一個整體進行優(yōu)化，從而實現(xiàn)高的通信容量和頻譜利用率。這是一種近于最優(yōu)的空域時域聯(lián)合的分集和干擾對消處理。

系統(tǒng)容量是表征通信系統(tǒng)的最重要標志之一，表示了通信系統(tǒng)最大傳輸率。對于發(fā)射天線數(shù)為N，接收天線數(shù)為M的多入多出（MIMO）系統(tǒng)，假定信道為獨立的瑞利衰落信道，并設(shè)N、M很大，則信道容量C近似為：C=[min(M,N)]Blog2(ρ/2)

其中B為信號帶寬，ρ為接收端平均信噪比，min(M,N)為M，N的較小者。上式表明，功率和帶寬固定時，多入多出系統(tǒng)的最大容量或容量上限隨最小天線數(shù)的增加而線性增加。而在同樣條件下，在接收端或發(fā)射端采用多天線或天線陣列的普通智能天線系統(tǒng)，其容量僅隨天線數(shù)的對數(shù)增加而增加。相對而言，多入多出對于提高無線通信系統(tǒng)的容量具有極大的潛力。

3、MIMO技術(shù)

MIMO技術(shù)大致可以分為兩類：發(fā)射/接收分集和空間復(fù)用。傳統(tǒng)的多天線被用來增加分集度從而克服信道衰落。具有相同信息的信號通過不同的路徑被發(fā)送出去，在接收機端可以獲得數(shù)據(jù)符號多個獨立衰落的復(fù)制品，從而獲得更高的接收可靠性。舉例來說，在慢瑞利衰落信道中，使用1根發(fā)射天線n根接收天線，發(fā)送信號通過n個不同的路徑。如果各個天線之間的衰落是獨立的，可以獲得最大的分集增益為n，平均誤差概率可以減小到，單天線衰落信道的平均誤差概率為。對于發(fā)射分集技術(shù)來說，同樣是利用多條路徑的增益來提高系統(tǒng)的可靠性。在一個具有m根發(fā)射天線n根接收天線的系統(tǒng)中，如果天線對之間的路徑增益是獨立均勻分布的瑞利衰落，可以獲得的最大分集增益為mn。智能天線技術(shù)也是通過不同的發(fā)射天線來發(fā)送相同的數(shù)據(jù)，形成指向某些用戶的賦形波束，從而有效的提高天線增益，降低用戶間的干擾。廣義上來說，智能天線技術(shù)也可以算一種天線分集技術(shù)。

分集技術(shù)主要用來對抗信道衰落。相反，MIMO信道中的衰落特性可以提供額外的信息來增加通信中的自由度(degreesoffreedom)。從本質(zhì)上來講，如果每對發(fā)送接收天線之間的衰落是獨立的，那么可以產(chǎn)生多個并行的子信道。如果在這些并行的子信道上傳輸不同的信息流，可以提供傳輸數(shù)據(jù)速率，這被成為空間復(fù)用。需要特別指出的是在高SNR的情況下，傳輸速率是自由度受限的，此時對于m根發(fā)射天線n根接收天線，并且天線對之間是獨立均勻分布的瑞利衰落的。

根據(jù)子數(shù)據(jù)流與天線之間的對應(yīng)關(guān)系，空間多路復(fù)用系統(tǒng)大致分為三種模式：D-BLAST、V-BLAST以及T-BLAST。

D-BLAST最先由貝爾實驗室的GerardJ.Foschini提出。原始數(shù)據(jù)被分為若干子流，每個子流之間分別進行編碼，但子流之間不共享信息比特，每一個子流與一根天線相對應(yīng)，但是這種對應(yīng)關(guān)系周期性改變，如圖所示，它的每一層在時間與空間上均呈對角線形狀，稱為D-BLAST(Diagonally-BLAST)。D-BLAST的好處是，使得所有層的數(shù)據(jù)可以通過不同的路徑發(fā)送到接收機端，提高了鏈路的可靠性。其主要缺點是，由于符號在空間與時間上呈對角線形狀，使得一部分空時單元被浪費，或者增加了傳輸數(shù)據(jù)的冗余。如圖所示，在數(shù)據(jù)發(fā)送開始時，有一部分空時單元未被填入符號(對應(yīng)圖中右下角空白部分)，為了保證D-BLAST的空時結(jié)構(gòu)，在發(fā)送結(jié)束肯定也有一部分空時單元被浪費。如果采用burst模式的數(shù)字通信，并且一個burst的長度大于M(發(fā)送天線數(shù)目)個發(fā)送時間間隔，那么burst的長度越小，這種浪費越嚴重。它的數(shù)據(jù)檢測需要一層一層的進行，如圖所示：先檢測c0、c1和c2，然后a0、a1和a2，接著b0、b1和b2……

另外一種簡化了的BLAST結(jié)構(gòu)同樣最先由貝爾實驗室提出。它采用一種直接的天線與層的對應(yīng)關(guān)系，即編碼后的第k個子流直接送到第k根天線，不進行數(shù)據(jù)流與天線之間對應(yīng)關(guān)系的周期改變。如圖所示，它的數(shù)據(jù)流在時間與空間上為連續(xù)的垂直列向量，稱為V-BLAST(Vertical-BLAST)。由于V-BLAST中數(shù)據(jù)子流與天線之間只是簡單的對應(yīng)關(guān)系，因此在檢測過程中，只要知道數(shù)據(jù)來自哪根天線即可以判斷其是哪一層的數(shù)據(jù)，檢測過程簡單。

（圖1）

考慮到D-BLAST以及V-BALST模式的優(yōu)缺點，一種不同于D-DBLAST與V-BLAST的空時編碼結(jié)構(gòu)被提出：T-BLAST。等文獻分別提及這種結(jié)構(gòu)。它的層在空間與時間上呈螺紋(Threaded)狀分布，如圖2所示。原始數(shù)據(jù)流被多路分解為若干子流之后，每個子流被對應(yīng)的天線發(fā)送出去，并且這種對應(yīng)關(guān)系周期性改變，與D-BLAST系統(tǒng)不同的是，在發(fā)送的初始階段并不是只有一根天線進行發(fā)送，而是所有天線均進行發(fā)送，使得單從一個發(fā)送時間間隔來看，它的空時分布很像V-BALST，只不過在不同的時間間隔中，子數(shù)據(jù)流與天線的對應(yīng)關(guān)系周期性改變。更普通的T-BLAST結(jié)構(gòu)是這種對應(yīng)關(guān)系不是周期性改變，而是隨機改變。這樣T-BLAST不僅可以使得所有子流共享空間信道，而且沒有空時單元的浪費，并且可以使用V-BLAST檢測算法進行檢測。

5、MIMO的應(yīng)用

為了提高系統(tǒng)容量，下一代的無線寬帶移動通信系統(tǒng)將會采用MIMO技術(shù)，即在基站端放置多個天線，在移動臺也放置多個天線，基站和移動臺之間形成MIMO通信鏈路。應(yīng)用MIMO技術(shù)的無線寬帶移動通信系統(tǒng)從基站端的多天線放置方法上可以分為兩大類：一類是多個基站天線集中排列形成天線陣列，放置于覆蓋小區(qū)，這一類可以稱為集中式MIMO；另一類是基站的多個天線分散放置在覆蓋小區(qū)，可以稱為分布式MIMO。

MIMO技術(shù)可以比較簡單地直接應(yīng)用于傳統(tǒng)蜂窩移動通信系統(tǒng)，將基站的單天線換為多個天線構(gòu)成的天線陣列?；就ㄟ^天線陣列與小區(qū)內(nèi)的具有多個天線的移動臺進行MIMO通信。從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的角度看，這樣的MIMO系統(tǒng)與傳統(tǒng)的單入單出(SISO)蜂窩通信系統(tǒng)相比并沒有根本的區(qū)別。

傳統(tǒng)的分布式天線系統(tǒng)可以克服大尺度衰落和陰影衰落造成的信道路徑損耗，能夠在小區(qū)內(nèi)形成良好的系統(tǒng)覆蓋，解決小區(qū)內(nèi)的通信死角，提高通信服務(wù)質(zhì)量。最近在MIMO技術(shù)的研究中發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的分布式天線系統(tǒng)與MIMO技術(shù)相結(jié)合可以提高系統(tǒng)容量，這種新的分布式MIMO系統(tǒng)結(jié)構(gòu)——分布式無線通信系統(tǒng)(DWCS)[8]成為MIMO技術(shù)的重要研究熱點。

在采用分布式MIMO的DWCS系統(tǒng)中，分散在小區(qū)內(nèi)的多個天線通過光纖和基站處理器相連接。具有多天線的移動臺和分散在附近的基站天線進行通信，與基站建立了MIMO通信鏈路。這樣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不僅具備了傳統(tǒng)的分布式天線系統(tǒng)的優(yōu)勢，減少了路徑損耗，克服了陰影效應(yīng)，同時還通過MIMO技術(shù)顯著提高了信道容量。與集中式MIMO相比，DWCS的基站天線之間距離較遠，不同天線與移動臺之間形成的信道衰落可以看作完全不相關(guān)，信道容量更大?？傮w上說，分布式MIMO系統(tǒng)的信道容量更大，系統(tǒng)功耗更小，系統(tǒng)覆蓋性能更好，系統(tǒng)具有更好的擴展性和靈活性。

分布式MIMO的DWCS系統(tǒng)也帶來了一些新問題。移動臺和小區(qū)內(nèi)鄰近的天線建立的MIMO鏈路，由于基站不同天線的位置不同，它們距離移動臺的距離不同，使得基站端的多個天線的信號到達移動臺的延時也不同，因此帶來新的研究問題。目前在這方面研究較多的是進行容量分析。除此之外的研究內(nèi)容還包括：具體的同步技術(shù)、信道估計、天線選擇、發(fā)射方案、信號檢測技術(shù)等，這些問題有待深入研究。10.頻率復(fù)用①頻率復(fù)用因子表示一個頻率復(fù)用簇（ReuseCluster）當中的頻點的數(shù)量。復(fù)用因子越大，表示復(fù)用距離越大。第一代移動通信（AMPS)的復(fù)用因子為9~11，第二代移動通信（GSM)的復(fù)用因子為4~7。在CDMA技術(shù)出現(xiàn)以后，由于CDMA技術(shù)的抗干擾的特性，普遍采用了復(fù)用因子為1，也稱為普遍頻率復(fù)用（UniversalFrequencyReuse）和同頻復(fù)用。②所謂頻率復(fù)用，以O(shè)FDM為例，假設(shè)有1、2、3、4個總共4個子載波，假設(shè)小區(qū)1、小區(qū)2里的用戶都可以調(diào)度到這4個子載波，那么就是全頻率復(fù)用，那么小區(qū)間干擾最大；假設(shè)小區(qū)1中心用戶能夠調(diào)度到全部子載波，但邊緣用戶只能調(diào)度到1、2個子載波，而小區(qū)2中心用戶能夠調(diào)度到全部子載波，但邊緣用戶只能調(diào)度到3、4個子載波，那就是部分頻率復(fù)用。顯然，此時采用部分頻率復(fù)用可以降低小區(qū)間的干擾，不過頻譜效率會有一定程度的降低。③簡單點說，頻率復(fù)用就是一個頻率在多少個小區(qū)后可以再用！CDMA因為是碼分多址，所以，每個小區(qū)頻率都可以一樣，也就是1：1復(fù)用。GSM因為采用4X3復(fù)用方式，即第十三個小區(qū)可以重復(fù)使用頻率。④ＧＳＭ網(wǎng)上的頻率復(fù)用

頻率復(fù)用技術(shù)是指同一載頻的無線信道覆蓋不同地區(qū)，這些使用相同載頻的地區(qū)之間相隔一定的距離以使同頻干擾抑制在可接受的范圍內(nèi)。作為目前全世界最為流行的移動通信技術(shù)，ＧＳＭ網(wǎng)絡(luò)在全球擁有最多的用戶，并且此用戶群正在成倍增長。面對并不寬裕的頻率資源，各大廠家都在積極開發(fā)新技術(shù)以適應(yīng)市場的需要，如何采用新功能來進一步提高頻率復(fù)用以提高網(wǎng)絡(luò)容量也是大家較為關(guān)注的一個課題。

早期的移動通信系統(tǒng)中，由于抗同、鄰頻干擾的功能較少，一般采用較寬松的頻率復(fù)用方式。例如在ＴＡＣＳ和ＡＭＰＳ等模擬系統(tǒng)中，由于信號采用模擬調(diào)制方式，抗衰落及信號解調(diào)能力都較差，所以它對同頻保護門限的要求也較高，一般大于１８ｄＢ。在ＴＡＣＳ系統(tǒng)中較為流行的頻率復(fù)用方式是７／２１復(fù)用，７／２１復(fù)用即為將所有頻點平均分在７個基站的２１個小區(qū)中（在蜂窩系統(tǒng)中一般將每個基站分為３個小區(qū)），在這２１個小區(qū)中頻點不重復(fù)使用，以這２１個小區(qū)為一個拓撲結(jié)構(gòu)在整網(wǎng)中重復(fù)使用。從這個關(guān)系中大家可以看出每個小區(qū)的最高載頻配置取決于兩個因素，一是運營商所擁有的頻率資源，二是在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計時所采用的頻率復(fù)用方式。拿７／２１復(fù)用為例，每小區(qū)最高載頻配置＝所有頻點數(shù)／２１。我們也稱２１為頻率復(fù)用系數(shù)，它是衡量一個網(wǎng)絡(luò)頻率復(fù)用寬松程度的一個主要參數(shù)。在ＧＳＭ系統(tǒng)初期，較為流行的是４／１２頻率復(fù)用方式，這和ＴＡＣＳ系統(tǒng)的７／２１復(fù)用相比在頻率資源的利用率上已有了很大的提高。４／１２結(jié)構(gòu)的復(fù)用系數(shù)是１２，和２１相比它能在每一個小區(qū)中配置更多的載頻，從而在單位面積上提供更大的容量。但是它是以４個基站為一組重復(fù)使用頻點的，和以７個基站為一組的７／２１復(fù)用相比同頻間隔距離要小。ＧＳＭ系統(tǒng)之所以能采用較緊湊的頻率復(fù)用技術(shù)是由于它采用數(shù)字調(diào)制技術(shù)，信號在抗衰落、抗干擾方面都要比模擬信號強得多。從這一點可以看出，在頻率資源有限的情況下，如何采用先進的技術(shù)和功能來進一步降低網(wǎng)絡(luò)的頻率干擾是提高網(wǎng)絡(luò)頻率復(fù)用從而增加網(wǎng)絡(luò)容量的關(guān)鍵。子載波調(diào)制OFDM技術(shù)的主要思想就是在頻域內(nèi)將給定信道分成許多正交子信道，在每個子信道上使用1個子載波進行調(diào)制，并且各子載波并行傳輸，這樣，盡管總的信道是非平坦的，即具有頻率選擇性，但是每個子信道是相對平坦的。

由于OFDM系統(tǒng)采用正交子載波調(diào)制，因此對頻域的同步要求嚴格，一旦頻域的信號點由于頻偏的影響，偏離了抽樣點，會引入很大的ICI（子載波間干擾）。正交性是依靠相鄰載波的中心點與零點相重合取得的，當頻偏存在時，這種正交性就遭到了破壞。所謂的子載波調(diào)制指的是將串并變換后的數(shù)字基帶信號進行星座空間的映射過程，通常會采用16QAM或者更高的64QAM調(diào)制，對已調(diào)制的基帶信號（符號），進行上變頻的載波調(diào)制，由于其表達式恰符合（可以認為是類似）IDFT的定義式，固進行一定的條件限制（子載波間隔為碼元速率的倒數(shù)為載波間隔）后可以利用該方法處理，我個人以為所謂的利用IFFT處理的方法只是在數(shù)學(xué)形式上的推導(dǎo)導(dǎo)致新的調(diào)制方式的推進。ofdm調(diào)制是將一路高速串行數(shù)據(jù)分成多路低速數(shù)據(jù)流，然后將每路數(shù)據(jù)流分別搬移到等間隔的頻率上發(fā)射，由于分成了多路數(shù)據(jù)流，每路數(shù)據(jù)流的符號周期變長，因此抗多徑能力增強。發(fā)射時將這些調(diào)制的低速數(shù)據(jù)流相加后同時發(fā)射出去，從數(shù)學(xué)表達式上看等效于對原來的數(shù)據(jù)進行了idft操作，由于調(diào)制前的數(shù)據(jù)是在不同子載波發(fā)射，可以看成是頻域數(shù)據(jù)，變換后發(fā)射的是一個時間信號，可看成是時域信號，這樣與idft的變換域?qū)?yīng)起來。最后在接收端解調(diào)信號時，由于每個子載波上的傳輸信號在一個ofdm符號持續(xù)時間內(nèi)恰好都經(jīng)歷了整數(shù)倍的周期，而且相鄰子載波見都只相差一個周期，因此各個子載波之間可以相互正交。12.多路復(fù)用與多址接入多址接入技術(shù)（multipleaccesstechniques）在無線電廣播信道中，多個不同地址的用戶間建立通信鏈路的方法。例如：在移動通信中，許多移動臺要同時通過一個基站和其他移動臺進行通信，必須區(qū)分出是哪一個移動臺發(fā)出來的信號；在衛(wèi)星通信中，各個地球站間必須相互區(qū)分來自不同站的通信信號。因此在無線通信中；必須采用某種多址接入技術(shù)。

基本原理多址接入技術(shù)是利用信號特征上的差異（例如利用信號的工作頻率、信號的出現(xiàn)時間以及信號具有的特定波形等）來區(qū)分這些信號的，它要求各信號的特征彼此獨立或正交（即任意兩個信號波形之間的相關(guān)函數(shù)等于0）。

分類依據(jù)信號在頻域、時域波形以及空域的特征，多址接入技術(shù)基本可分為頻分多址（FDMA）、時分多址（TDMA），碼分多址（CDMA），和空分多址（SDMA）。實際中也常用到其他一些多址方式，其他括這4種基本方式的混合多址方式，例如時分多址/頻分多址（TDMA/FDMA），碼分多址/頻分多址（CDMA/FDMA）等。參見頻分多址、時分多址、碼分多址、空分多址。

多路復(fù)用是指兩個或多個用戶共享公用信道的一種機制。通過多路復(fù)用技術(shù)，多個終端能共享一條高速信道，從而達到節(jié)省信道資源的目的，多路復(fù)用有頻分多路復(fù)用（FDM），時分多路復(fù)用（TDM），碼分多路復(fù)用（CDM）幾種。13.多址接入技術(shù)"多址接入技術(shù)"

蜂窩系統(tǒng)中是以信道來區(qū)分通信對象的，一個信道只容納一個用戶進行通話，許多同時通話的用戶，互相以信道來區(qū)分，這就是多址。移動通信系統(tǒng)是一個多信道同時工作的系統(tǒng)，具有廣播和大面積覆蓋的特點。在移動通信環(huán)境的電波覆蓋區(qū)內(nèi)，如何建立用戶之間的無線信道的連接，是多址接入方式的問題。解決多址接入問題的方法叫多址接入技術(shù)。

詳細點說：從移動通信網(wǎng)的構(gòu)成可以看出，大部分移動通信系統(tǒng)都有一個或幾個基站和若干個移動臺?；疽驮S多移動臺同時通信，因而基站通常是多路的，有多個信道，而每個移動臺只供一個用戶使用，是單路的。許多用戶同時通話，以不同的信道分隔，防止相互干擾，各用戶信號通過某些特定的方式進行信道的復(fù)用，從而建立各自的信道，以實現(xiàn)雙邊通信的聯(lián)接稱多址聯(lián)接。多址聯(lián)接方式是移動通信網(wǎng)體制范疇，關(guān)系到系統(tǒng)容量、小區(qū)構(gòu)成、頻譜和信道利用效率以及系統(tǒng)復(fù)雜性。

移動通信系統(tǒng)中基站的多路工作和移動臺的單路工作形成了移動通信的一大特點。在移動通信業(yè)務(wù)區(qū)內(nèi)，移動臺之間或移動臺與市話用戶之間是通過基站（包括移動交換局和局間聯(lián)網(wǎng)），同時建立各自的信道，從而實現(xiàn)多址聯(lián)接的。

那么基站是以怎樣的信號傳輸方式接收、處理和轉(zhuǎn)發(fā)移動臺來的信號呢基站又以怎樣的信號結(jié)構(gòu)發(fā)出各移動臺的尋呼信號，并且使移動臺從這些信號中識別出發(fā)給本臺的信號呢這就是多址聯(lián)接方式問題，即多址接入方式的問題。當以傳輸信號的載波頻率不同來區(qū)分信道建立多址接入時，稱為頻分多址方式（FDMA）；當以傳輸信號存在的時間不同來區(qū)分信道建立多址接入時，稱為時分多址方式（TDMA）；當以傳輸信號的碼型不同來區(qū)分信道建立多址接入時，稱為碼分多址方式（CDMA）。

目前在移動通信中應(yīng)用的多址方式有：頻分多址（FDMA）、時分多址（TDMA）、碼分多址（CDMA）以及它們的混合應(yīng)用方式等。頻分多址為每一個用戶指定了特定信道，這些信道按要求分配給請求服務(wù)的用戶。在呼叫的整個過程中，其它用戶不能共享這一頻段。

從圖中可以看出，在FDD系統(tǒng)中，分配給用戶一個信道，即一對頻譜；一個頻譜用作前向信道即基站向移動臺方向的信道，另一個則用作反向信道即移動臺向基站方向的信道。這種通信系統(tǒng)的基站必須同時發(fā)射和接收多個不同頻率的信號；任意兩個移動用戶之間進行通信都必須經(jīng)過基站的中轉(zhuǎn)，因而必須同時占用2個信道（2對頻譜）才能實現(xiàn)雙工通信。它們的頻譜分割如圖所示。在頻率軸上，前向信道占有較高的頻帶，反向信道占有較低的頻帶，中間為保護頻帶。在用戶頻道之間，設(shè)有保護頻隙，以免因系統(tǒng)的頻率漂移造成頻道間的重疊。頻分多址（FDMA）FDMA系統(tǒng)是基于頻率劃分信道。每個用戶在一對頻道中通信。若有其它信號的成分落入一個用戶接收機的頻道帶內(nèi)時，將造成對有用信號的干擾。就蜂房小區(qū)內(nèi)的基站移動臺系統(tǒng)而言，主要干擾有互調(diào)干擾和鄰道干擾（關(guān)于互調(diào)干擾和鄰道干擾，見前面對干擾的介紹）。在頻率集重復(fù)使用的蜂房系統(tǒng)中，還要考慮同頻道干擾。

在模擬蜂窩系統(tǒng)中，采用頻分多址方式是唯一的選擇。如以前我們所用的模擬網(wǎng)TACS系統(tǒng)，用的就是頻分多址。而在數(shù)字蜂窩中，則很少采用純頻分的方式。比如我們現(xiàn)在用的GSM系統(tǒng)，雖然也在頻率上做了劃分，但是更重要的是采用了時隙的概念，所以人們更愿意把其劃入時分多址（TDMA）。時分多址（TDMA）時分多址是在一個寬帶的無線載波上，把時間分成周期性的幀，每一幀再分割成若干時隙（無論幀或時隙都是互不重疊的），每個時隙就是一個通信信道，分配給一個用戶。

如左圖所示，系統(tǒng)根據(jù)一定的時隙分配原則，使各個移動臺在每幀內(nèi)只能按指定的時隙向基站發(fā)射信號（突發(fā)信號），在滿足定時和同步的條件下，基站可以在各時隙中接收到各移動臺的信號而互不干擾。同時，基站發(fā)向各個移動臺的信號都按順序安排在預(yù)定的時隙中傳輸，各移動臺只要在指定的時隙內(nèi)接收，就能在合路的信號（TDM信號）中把發(fā)給它的信號區(qū)分出來。所以TDMA系統(tǒng)發(fā)射數(shù)據(jù)是用緩存-突發(fā)法，因此對任何一個用戶而言發(fā)射都是不連續(xù)的。這就意味著數(shù)字數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)調(diào)制必須與TDMA一起使用，而不象采用模擬FM的FDMA系統(tǒng)。時分多址（TDMA）由于時分多址(TDMA)更考慮時間上的問題，所以我們要注意通信中的同步和定時問題，否則會因為時隙的錯位和混亂而導(dǎo)致接收端移動臺無法正常接收信息。

采用時分多址(TDMA)帶來的優(yōu)點是抗干擾能力增強，頻率利用率有所提高，系統(tǒng)容量增大，基站復(fù)雜性減小。時分多址（TDMA）用不同的時隙來發(fā)射和接收，因此不需雙工器。同時越區(qū)切換簡單（和頻分多址(FDMA)相比較而言）。由于在TDMA中移動臺是不連續(xù)地突發(fā)式傳輸，所以切換處理對一個用戶單元來說是很簡單的，因為它可以利用空閑時隙監(jiān)測其他基站，這樣越區(qū)切換可在無信息傳輸時進行。因而沒有必要中斷信息的傳輸，即使傳輸數(shù)據(jù)也不會因越區(qū)切換而丟失。

由于時分多址（TDMA）的諸多優(yōu)點，所以我們在第二代移動通信系統(tǒng)（在這里指我國采用的GSM系統(tǒng)）中引入了時分多址（TDMA）技術(shù)。碼分多址（CDMA）碼分多址系統(tǒng)為每個用戶分配了各自特定的地址碼，利用公共信道來傳輸信息。CDMA系統(tǒng)的地址碼相互具有準正交性，以區(qū)別地址，而在頻率、時間和空間上都可能重疊。也就是說，每一個用戶有自己的地址碼，這個地址碼用于區(qū)別每一個用戶，地址碼彼此之間是互相獨立的，也就是互相不影響的，但是由于技術(shù)等種種原因，我們采用的地址碼不可能做到完全正交，即完全獨立，相互不影響，所以稱為準正交，由于有地址碼區(qū)分用戶，所以我們對頻率、時間和空間沒有限制，在這些方面他們可以重疊。

系統(tǒng)的接收端必須有完全一致的本地地址碼，用來對接收的信號進行相關(guān)檢測。其他使用不同碼型的信號因為和接收機本地產(chǎn)生的碼型不同而不能被解調(diào)。它們的存在類似于在信道中引入了噪聲或干擾，通常稱之為多址干擾。碼分多址（CDMA）在碼分多址（CDMA）蜂窩通信系統(tǒng)中，用戶之間的信息傳輸也是由基站進行轉(zhuǎn)發(fā)和控制的。為了實現(xiàn)雙工通信，正向傳輸和反向傳輸各使用一個頻率，即通常所謂的頻分雙工。無論正向傳輸或反向傳輸，除了傳輸業(yè)務(wù)信息外，還必須傳送相應(yīng)的控制信息。為了傳送不同的信息，需要設(shè)置相應(yīng)的信道。但是，CDMA通信系統(tǒng)既不分頻道又不分時隙，無論傳送何種信息的信道都靠采用不同的碼型來區(qū)分。類似的信道屬于邏輯信道。這些邏輯信道無論從頻域或時域來看都是相互重疊的，或者說它們均占有相同的頻段和時間。左圖是CDMA通信系統(tǒng)的工作示意圖。CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)的各種信道的選擇，可用正交Walsh函數(shù)來實現(xiàn)。正交Walsh函數(shù)可以構(gòu)成正交Walsh碼,作為地址碼實現(xiàn)碼分多址（CDMA）。14.迫零預(yù)編碼①zeroforcing....通信的基本過程是Y=Hwx，其中w是預(yù)編碼矩陣，x是發(fā)送信息向量，所謂zeroforcing，就是讓w=H的逆...這樣，x的估計就是x+wn...如果H不是方陣的話，那么zero-forcing的預(yù)編碼矩陣是w=H'(HH')^(-1)②用戶k的所有MUI強制置零，就可得到迫零預(yù)編碼的形式。由于這種預(yù)編碼的等效信道為塊對角矩陣，因此這種預(yù)編碼被稱作塊對角化迫零預(yù)編碼（zero-forcingblockdiagonalization，ZF-BD）,用于MIMO下行鏈路中，而迫零編碼是在上行鏈路傳輸過程中。steeringZero-forcing(orNull-Steering)precodingisaspatialsignalprocessingbywhichthemultipleantennatransmittercannullmultiuserinterferencesignalsin\o"Wireless"wirelesscommunications.Regularizedzero-forcingprecodingisenhancedprocessingtoconsidertheimpactonabackground

\o"Noise"noise

andunknownuser

\o"Interference(communication)"interference[1],wherethebackgroundnoiseandtheunknownuserinterferencecanbeemphasizedintheresultof(known)interferencesignalnulling.Inparticular,

Null-Steering

isamethodof

\o"Beamforming"beamforming

for

\o"Narrowband"narrowband

\o"Signalprocessing"signals

wherewewanttohaveasimplewayofcompensatingdelaysofreceivingsignalsfromaspecificsourceatdifferentelementsoftheantennaarray.Ingeneraltomakeuseoftheantennaarrays,webettertosumandaveragethesignalscomingtodifferentelements,butthisisonlypossiblewhendelaysareequal.Otherwisewefirstneedtocompensatethedelaysandthentosumthemup.Toreachthisgoal,wemayonlyaddtheweightedversionofthesignalswithappropriateweightvalues.Wedothisinsuchawaythatthefrequencydomainoutputofthisweightedsumproducesazeroresult.Thismethodiscallednullsteering.Thegeneratedweightsareofcourserelatedtoeachotherandthisrelationisafunction