關(guān)于BTS 系統中開(kāi)環(huán)和閉環(huán) MIMO 的應用

多輸入多輸出(MIMO)是未來(lái)有望實(shí)現無(wú)線(xiàn)數據系統所需高速數據速率的技術(shù)之一。多數據流可通過(guò) MIMO進(jìn)行傳輸，從而增加了系統的吞吐量。目前，大多數3G和4G無(wú)線(xiàn)標準如WiMAX、TD-SCDMA和LTE等都采用了MIMO。

傳統方法中，接收機(Rx)和發(fā)射機(Tx)不會(huì )進(jìn)行往復通信。Rx需單獨計算出信道信息，解碼數據流。這給Rx造成了沉重而復雜的負擔，也使系統無(wú)法完全利用信道的分集或容量。這些系統被稱(chēng)為開(kāi)環(huán)系統。

最新的無(wú)線(xiàn)標準是在手機和基站(BTS)之間分配一個(gè)有限的反饋信道。這一信道有多種用途，特別是將信道的重要信息發(fā)送回BTS。該信息可實(shí)現簡(jiǎn)單的空間分集和復用技術(shù)，后者增加了系統的有效信噪比(SNR)，并潛在性地簡(jiǎn)化了Rx架構。這些系統稱(chēng)作閉環(huán)系統。

學(xué)術(shù)文獻對理論限制進(jìn)行了大量研究，卻很少涉及電路實(shí)現復雜性方面的內容。本文將講述MIMO開(kāi)環(huán)和閉環(huán)技術(shù)如何在復雜度和性能之間進(jìn)行權衡，并提供實(shí)際系統的經(jīng)驗法則。

開(kāi)環(huán)MIMO

對于單發(fā)射天線(xiàn)或SIMO系統，Rx利用MRC技術(shù)整合來(lái)自多個(gè)接收天線(xiàn)的數據流，以實(shí)現分集增益。而多個(gè)發(fā)射天線(xiàn)的信道更復雜，兩個(gè)不同的傳輸流間會(huì )出現干擾。如果Tx沒(méi)有信道信息，Rx單獨使用MIMO容量，這通常需要非常復雜的算法。

空間復用

空間復用是一種非常著(zhù)名的開(kāi)環(huán)MIMO技術(shù)，廣泛應用于無(wú)線(xiàn)系統。每個(gè)發(fā)射天線(xiàn)送出不同的數據流。

圖1：2x2 空間復用系統。

圖1是一個(gè)2x2的空間復用系統，可以建模為：

(1)

其中x代表發(fā)射信號向量，H代表信道矩陣，n代表增加的噪聲向量，y代表接收信號向量。為了根據接收信號y評估發(fā)射信號x，直接的方法就是用迫零(zero forcing)或MMSE等逆信道矩陣乘以y。然而，這并非最佳檢測方法。

最理想的檢測方法可利用最大似然法(ML)準則。在大多數情況下，發(fā)射信號向量最大限度縮短了與接收信號向量y相關(guān)的歐幾里得距離，因此，可以通過(guò)尋找發(fā)射信號向量來(lái)執行最大似然法。

(2)

可惜，計算的復雜性也隨著(zhù)發(fā)射天線(xiàn)和可能的星座點(diǎn)的數量呈指數增加，這使最大似然法無(wú)法適于實(shí)際用途。

球形解碼(sphere decoding)雖然不是最理想的ML解決方案，卻是一種廣泛使用的方法。球形解碼算法的原理，是在球半徑內搜索離接收信號最近的格點(diǎn)。在球半徑內，格點(diǎn)場(chǎng)的每個(gè)格點(diǎn)都代表一個(gè)碼字。球形解碼顯著(zhù)降低了檢測的復雜性，其性能可與ML檢測方法相匹敵。

然而，盡管球形解碼算法已經(jīng)降低了復雜性，卻不適于實(shí)施大量天線(xiàn)和64QAM等高調制率。

空時(shí)碼

另一個(gè)廣泛采用的開(kāi)環(huán)MIMO是空時(shí)碼。利用空時(shí)碼，一個(gè)數據流可以用多個(gè)發(fā)射天線(xiàn)傳輸，但是信號編碼利用多個(gè)天線(xiàn)中的獨立衰落，以實(shí)現空間分集。

圖2：典型的Alamouti碼。

目前，最受歡迎的空時(shí)碼是Alamouti碼，已被許多無(wú)線(xiàn)標準采用。圖2為典型Alamouti碼，其數學(xué)方程式表述如下：

(3)