mimo空时处理技术new

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1、BUPTInformationTheory&TechnologyEducation&ResearchCenter北邮信息理论与技术教研中心第十二章MIMO空时处理技术主讲人:牛凯BUPTInformationTheory&TechnologyEducation&ResearchCenter空时处理技术背景空时处理始终是通信理论界的一个活跃领域。在早期研究中，学者们主要注重空间信号传播特性和信号处理，对空间处理的信息论本质探讨不多。上世纪九十年代中期，由于移动通信爆炸式发展，对于无线链路传输速率提出了越来越高的要求

2、，传统的时频域信号设计很难满足这些需求。工业界的实际需求推动了理论界的深入探索。2BUPTInformationTheory&TechnologyEducation&ResearchCenter空时处理技术现状空时编码的研究分为三大方向：•Foschini[12.10]提出的分层空时码催生出了Bell实验室著名的V-Blast系统，通过现场实验证明了MIMO系统的卓越性能，引发了后继的种种改进型研究。•自从Alamouti[12.1]提出两天线正交空时码以来，立即引起了研究者的注意。Tarokh等人将其推广到多天

3、线情形，由于正交发分集技术编译码算法简单，且能获得分集增益，已经在3G移动通信系统中得到广泛应用。•除了上述的空时块码研究以外，另一个重要的研究分支是空时格码(STTC)。这一分支的研究目的是将信道编码和多天线系统做联合优化，在天线数目较小的条件下就可以获得相当大的编码增益。STTC的提出是将信道编码与信息处理联合优化的典型范例。3BUPTInformationTheory&TechnologyEducation&ResearchCenter本章内容本章分五个部分介绍，首先介绍多天线信息论的基础知识；其次讨论空时

4、块编码技术；第三节阐述分层空时码的结构和常用译码算法；第四节详细介绍了空时格码的构造方法和性能，最后说明发分集技术在3G移动通信系统中的应用。4BUPTInformationTheory&TechnologyEducation&ResearchCenter§12.1多天线信息论简介多天线分集接收是抗衰落的传统技术手段，但对于多天线发送分集，长久以来学术界并没有统一认识。Telatar首先得到了高斯信道下多天线发送系统的信道容量和差错指数函数。他假定各个通道之间的衰落是相互独立的。几乎同时，Foschini和Gan

5、s得到了在准静态衰落信道条件下的截止信道容量(OutageCapacity)。此处的准静态是指信道衰落在一个长周期内保持不变，而周期之间的衰落相互独立，也称这种信道为块衰落信道(BlockFading)。Foschini和Gans的工作，以及Telatar的工作是多天线信息论研究的开创性文献。在这些著作中，他们指出，在一定条件下，采用多个天线发送、多个天线接收(MIMO)系统可以成倍提高系统容量，信道容量的增长与天线数目成线性关系。5BUPTInformationTheory&TechnologyEducatio

6、n&ResearchCenter12.1.1MIMO系统信号模型假设点到点MIMO系统，具有n个发送天线，n个接收天TR线。我们考虑采用空时编码的离散时间复基带线性系统模型。系统结构如下图所示。假设每个符号周期系统发送的信号为n×1维列向量X，其中第i个分量x表示从i个天线发送的信Ti号。由信息理论可知，对于高斯信道，最优的输入信号分布也为高斯分布。因此假设发送信号向量的每个分量都服从0均值独立同分布(i.i.d.)高斯随机变量。发送信号协方差矩阵可以表示为：HRxxx=E(x)E(⋅)其中，表示数学期望，H表示

7、共轭转置。假设系统发射总功率为P，则可以表示为：Tr(Rxx)=PTr()⋅其中，表示矩阵的迹。6BUPTInformationTheory&TechnologyEducation&ResearchCenter12.1.1MIMO系统信号模型h11h12xr11h21h22hx2nTrSpace-22Space-Timehhn1TimehnR2REncoder1nTDecoderhxnnRTrnnRTMIMO系统原理7BUPTInformationTheory&TechnologyEducation&Resear

8、chCenter12.1.1MIMO系统信号模型一般的，接收机未知信道响应，因此可以假设每个天线的发射功率相同为P/n。则发射信号的协方差矩阵可以表示T为：PRI=xxnTnT其中，InT表示nnTR×维单位矩阵。为了简化表示，假设发送信号带宽足够窄，则系统信道响应为平坦衰落。信道响应矩阵可以表示为nn×维的复矩阵H。矩阵中的TR每个元素h表示从第j个发送天线到第i个接收