WLAN系统多天线技术研究.pdf

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1、WLAN系统多天线技术研究*高峰，朱文涛，马华兴（中国移动通信集团设计院有限公司北京100080）摘要介绍了多天线技术在下一代移动互联网的应用，分析了无线局域网下的多入多出系统信道容量，并对其相关性进行了仿真。最终通过实验验证了基于MIMO天线技术的WLAN的系统性能有较大的提高。关键词无线通信；空域相关性；信道容量；多入多出天线；吞吐量在传输速率方面，802.11n可以将WLAN的传输速率1引言由目前802.11a及802.11g提供的54Mbit/s，提高到在最近几年里，移动通信和互联网成为当今世界发展300Mbit/s甚至高达600Mbit/s，这得益于将MIMO（多入最快、市场潜力

2、最大的两大业务。移动通信与互联网的融多出）天线技术与OFDM（正交频分复用）技术相结合的合是历史的必然。而移动通信中70%~80%的数据业务来MIMOOFDM技术，提高了无线传输质量，也使传输速率得[1]源于室内，因此，移动互联网的重要载体无线局域网成为到极大提升。同样3GPP长期演进（longtermevolution，LTE）当前几大国内运营商着力发展的重点。采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的惟一标准。在当今各种无线局域网技术中有多重技术应用，但MIMO天线技术采用信号分解技术可在同一频率内传IEEE802.11系列的WLAN是应用最广泛的。但是WLAN输两路以上的信号。因此，

3、频谱效率大大提高，应用MIMO依然面临带宽不足、漫游不方便、网管不强大、系统不安全技术，系统具有很高的信噪比和吞吐量。等问题。为了实现高带宽、高质量的WLAN服务，使无线2WLAN系统下的MIMO信道局域网达到以太网的性能水平，802.11任务组N（TGn）应运而生。由于MIMO是改进WLAN性能最有效的方法，因MIMO系统利用多径效应通过多天线收发提高传输效此它对于WLAN的未来非常重要。改善WLAN性能的另率。MIMO系统通过发射天线和接收天线的联合处理，可一种选择是利用更多的带宽，如已经实现的802.11a和以同时提供多个并行的空间传输通道，因而能够有效地提802.11g技术中使用的

4、专有信道绑定技术。但是，信道绑定高系统频谱利用率。[2]技术在频谱效率上不如MIMO，而且并不是一种好的长期Caire和Shamai提出了采用逐次DPC编码的方法可选择，因为数据负载和信道占用比率肯定会随着时间的增以得到两个用户的一般非退化高斯广播信道的容量域，在加而增长。高信噪比的情况下，当信道矩阵是满秩的情况下迫零DPC编码是最优的。低信噪比的情况下，最大比合并波束成形*国家新一代宽带无线移动通信网科技重大专项基金资助项目[3]（No.2011ZX03003-001-03）是最优的。Vishwanath、Jindal和Goldsmith建立了MIMO171广播信道的容量域和MIMO多址

5、接入信道的容量域之间故天线特性是决定系统性能的一个关键因素。为了获得低的对偶关系，证明了MIMO广播信道在功率为P约束下的相关性，传统上要求天线间的间距充分大，但在现实中往容量域对偶于MIMO多址接入信道在各用户和功率为P往存在安装空间受限的情况，此时由于天线间隔较小，天的容量域。闭环MIMO系统如图1所示。线间的相互作用会显著地影响相关特性。天线间信号相关性的求解可以采用对方向图求相关的方法。根据式（1）即可求出MIMO天线的相关性CDF曲线，图2所示为中点区域的双极化MIMO天线NTA的CDF分布曲线。图1闭环MIMO系统模型[4]接收机瞬时接收的数据向量为，则接收信号矩阵为：（1）H

6、0和H1为Toeplitz矩阵，H0的第一列为（h0,…,hL-1,TT0,…,0），第一行为（h0,0,…,0），H1的第一列为（0,…,0），第一行为（0,…,hL-1,…,h1）。[5]MIMO系统的信号响应为：y=Hx+n（2）图2中点区域双极化天线的CDF分布曲线其中，x为Nt×l的发射信号向量，H为Nr×Nl的信道2为了验证基于802.11n的WLAN的MIMO系统性能，矩阵，n为均方差为σn噪声（AWGN）向量。则信道的容量为：需要对该系统进行测试。测试的项目为无线覆盖信号强（3）度测试、信噪比测试、Ping包测试、AP配置检查及干扰测这里，P是发射信号协方差矩阵。试和FTP

7、下载测试等。图3、图4分别为为单入单出（SISO）系统在中点40MHz3仿真及测试验证模式下的上行和下行吞吐量。MIMO无线系统的信道容量取决于信道矩阵的秩，而图5、图6分别为双通道单极化2×2MIMO系统中点信道矩阵的秩则依赖于天线端口处信号衰落的相关特性，40MHz模式下的上行和下行吞吐量。图3SISO系统中点40MHz模式下的上行吞吐量172图4SISO系统中点40MHz模式下的下行吞吐量图5双通道单极化2×2MI