MIMO技術(shù)在3G演進(jìn)中的應用進(jìn)展

　　隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的發(fā)展，人們對無(wú)線(xiàn)傳輸的有效性和可靠性提出了更高的要求。MIMO(多輸入多輸出)技術(shù)在無(wú)線(xiàn)通信鏈路兩端均使用多個(gè)天線(xiàn)，可以充分利用無(wú)線(xiàn)傳播中的多徑傳輸，使頻譜利用率和鏈路可靠性得到極大的提高。與MIMO技術(shù)緊密相關(guān)的是空時(shí)編碼。

　　一、空時(shí)編碼

　　1.分層空時(shí)編碼

　　分層空時(shí)編碼技術(shù)(LSTC)最初是由貝爾實(shí)驗室的Foschini提出來(lái)的，其基本思想是把高速數據流分為若干低速數據流，獨立地進(jìn)行編碼、調制，并提供復用增益。圖1為分層空時(shí)編碼原理框圖。

分層空時(shí)編碼按發(fā)射端分路的不同方式主要有三種方案：對角分層空時(shí)編碼；垂直分層空時(shí)編碼和水平分層空時(shí)編碼。其主要差別是針對并行信道編碼器的輸出，三種方案分別按照對角線(xiàn)、垂直方向和水平方向進(jìn)行編碼。

　　分層空時(shí)編碼的譯碼算法主要用于對抗多流干擾MSI(MultiStreamInterference)，具體實(shí)現分為最大似然譯碼算法、線(xiàn)性算法(如迫零算法、最小均方誤差算法)以及非線(xiàn)性算法(如串行干擾消除等)。最大似然譯碼算法具有最優(yōu)的譯碼性能，但是算法的復雜度與發(fā)送天線(xiàn)數以及調制星座的點(diǎn)數成指數關(guān)系，不能滿(mǎn)足實(shí)時(shí)譯碼要求。研究表明，分層空時(shí)編碼的優(yōu)勢是當接收天線(xiàn)數大于發(fā)送天線(xiàn)數時(shí)，系統容量與發(fā)射天線(xiàn)數成正比關(guān)系。

　　2.空時(shí)分組編碼

　　空時(shí)分組編碼(STBC)利用正交設計的原理分配各發(fā)射天線(xiàn)上的發(fā)射信號格式，實(shí)際上是一種空間域和時(shí)間域結合的正交分組編碼方式。通過(guò)正交設計，STBC各信號在接收端可以獨立譯碼，接收機的復雜度隨著(zhù)天線(xiàn)數目呈線(xiàn)性增長(cháng)。

　　空時(shí)分組編碼是由Alamouti最早提出的，采用兩個(gè)發(fā)射天線(xiàn)和一個(gè)接收天線(xiàn)的系統可以得到采用一個(gè)發(fā)射天線(xiàn)兩個(gè)接收天線(xiàn)系統同樣的分集增益。圖2為Alamouti空時(shí)分組編碼原理框圖。

編碼器在每一次編碼操作中取兩個(gè)調制符號x1、x2的一個(gè)分組，并根據如下給出的編碼矩陣將它們映射到發(fā)射天線(xiàn)：

編碼器的輸出在兩個(gè)連續發(fā)射周期t、t+T里從兩根天線(xiàn)發(fā)射出去。在第一個(gè)發(fā)射周期中，信號x1和x2同時(shí)從天線(xiàn)1和天線(xiàn)2分別發(fā)射；在第二個(gè)發(fā)射周期中，信號從天線(xiàn)1發(fā)射，而從天線(xiàn)2發(fā)射。很顯然，這種方法既在 空間域又在時(shí)間域進(jìn)行編碼。發(fā)射天線(xiàn)1和2上的發(fā)送序列分別為：

則兩個(gè)發(fā)送序列的內積為0：

　　圖3為空時(shí)分組編碼接收機原理框圖。

圖中h1、h2為信道系數，n1、n2為信道傳輸過(guò)程中引入的噪聲。假設接收機能夠完全估計信道的狀態(tài)，采用最大似然譯碼準則，可以對x1、x2獨立譯碼。因此，通過(guò)正交設計，STBC各信號在接收端可以獨立譯碼，接收機的復雜度隨著(zhù)天線(xiàn)數目線(xiàn)性增長(cháng)。