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1、第16卷第4期重庆邮电学院学报Vol.16No.42004年8月JournalofChongqingUniversityofPostsandTelecommunicationsAug.2004文章编号:100425694(2004)0420025205XMIMO无线通信系统研究进展肖征荣,余智,吴伟陵(北京邮电大学信息工程学院,北京100876)摘要:MIMO技术是无线通信领域的重大突破,它能够极大地提高通信系统的容量和频谱利用率。对MIMO技术的理论基础进行了分析,并介绍了MIMO技术的研究现状,包括MIMO信道模型和各种空时码,最后指出了MIMO商业化之前需要解决的
2、一些问题。关键词:MIMO;信道容量;信道模型;空时码中图分类号:TN914142文献标识码:A数目为M,接收天线数目为N,信道为准静态平坦0引言瑞利衰落。近年来,多入多出(MIMO:multipleinputmultipleoutput)系统已经成为无线通信中的研究热点,使用多天线可以极大地提高系统容量和频谱效率,系统容量随着收发天线中的较小者呈线性增[1]长。1995年,Teladar给出了在衰落情况下的111单用户MIMO容量MIMO容量;1996年,Foschini给出了一种MIMO对于多天线发(M),多天线收(N),此时信道H处理算法——对角2贝尔实验室分层空
3、时(D2为M×N阶矩阵,信道容量为BLAST)算法;1998年,Tarokh等讨论了基于3C=lbdet[IN+(PöM)HH](1)MIMO的空时码;1998年,Wolniansky等人采用垂式(1)中,P为发端的总发射功率,IN为N×N的单直2贝尔实验室分层空时(V2BLAST)算法建立了一3位矩阵,H为H的复共轭转置。个MIMO实验系统,在室内试验中达到了1.2多用户MIMO容量20bitösöHz以上的频谱利用率,这一频谱利用率在上面是单用户情况下的MIMO信道容量,对于普通系统中极难实现。这些工作引起了人们的极大多用户情况下的信道容量,在文献[2]中做了一个注
4、意,并使得MIMO的研究工作得到了迅速发展。归纳。这里对MIMO多址接入信道(MAC:multiple我们首先介绍了MIMO系统的信息论基础,然accesschannel)和MIMO广播信道中的多用户后对MIMO的研究现状做了一个总结,包括MIMO容量做一个介绍。MIMO信道模型和各种空时码,最后分析MIMO1.2.1MIMO多址接入信道的应用现状和MIMO商业化之前需要解决的一些对于恒参信道,假定为高斯MIMOMAC,K个问题。用户的容量为1MIMO的信息论基础CMAC=Y(R1,⋯,RK):∑Ri≤Q≥0,tr(Q)≤Piiii∈S13MIMO系统模型如图1所示,其
5、中,发射天线logI+∑HiQiHiPSA{1,⋯,K}(2)2i∈SX收稿日期:2003209225修订日期:2004203202基金项目:国家自然科学基金资助项目(60172051)作者简介:肖征荣(19762),男,四川人,博士研究生,研究方向为MIMO技术、空时处理;吴伟陵,教授、博士生导师,中国电子学会信息论分会主任委员。重庆邮电学院学报(自然科学版)2004年第4期对于第i个用户而言,发射信号为零均值的高斯信式(6)中,HD是MIMO信道的主导部分,HR是剩余号,其协方差矩阵为Qi,Pi为发射功率,容量为Ri。部分,HD是主导方向,gD是发射信号的复增益矢量
6、。对于衰落信道,其容量界为2.2宽带MIMO信道模型这里介绍2种宽带MIMO信道模型,第1种宽CMAC=Y(R1,⋯,RK):∑Ri≤Q≥0,tr(Q)≤Piiii∈S带MIMO信道模型,结合SISO信道的平均功率时1ElogI+H3延函数和每个抽头的Kronecker结构的模型,其信∑iQiHiPS∈{1,⋯,K}2i∈S道冲激响应矩阵为(3)l1ö2l1ö2Hl=(QRx)Gl(QTx)(7)1.2.2MIMO广播信道式(7)中,Hl为MIMO信道冲击响应H的第l个抽对DPC(dirtypapercoding)情况,假定发射端头,Gl是i.i.d.的零均值复高斯变量
7、,功率为pl,每具有信道的完全信息,信道容量和没有加性干扰时个矩阵元素的功率由平均功率时延函数决定。第2相同。种宽带MIMO信道模型,结合SISO模型和每个抽3CDPC=YCMAC(P1,⋯,PK,H)(4)KP:∑i=1Pi=P头的Kronecker结构,其信道冲激响应为多用户MIMO是近年来的研究热点,现在还有一些Ll1ö2l1ö2H(S)=∑(QRx)Gl(QTx)D[S-(l-1)$S]未解决的问题,主要包括:①有完全信道状态信息i=1(CSI:channelstateinformation)和信道分布信息(8)(CDI:chan
