未来通信系统中的多天线技术.ppt

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1、内容介绍内容介绍n课题概述课题概述n课题背景课题背景n存在的难点存在的难点n开展课题的步骤与方法开展课题的步骤与方法n目前的结论及发展方向目前的结论及发展方向课题概述课题概述n题目：无线蜂窝系统中的多天线技术题目：无线蜂窝系统中的多天线技术n研究主要内容：多天线蜂窝系统容量，针对多研究主要内容：多天线蜂窝系统容量，针对多天线不同发送结构的功率控制技术，多天线天线不同发送结构的功率控制技术，多天线CDMA系统的检测技术。系统的检测技术。课题背景课题背景n无线通信系统的需求，语音业务无线通信系统的需求，语音业务 多媒体业务；多媒体业务；n高速的传输速度成为必需；高速的传输速度成为必需；n无线频谱成

2、为越来越稀缺的资源。无线频谱成为越来越稀缺的资源。n多天线技术的产生：多天线技术的产生：可以显著增加一个无线通信系统的频谱利用率；可以显著增加一个无线通信系统的频谱利用率；可以获得分集增益来补偿无线信道传输中的衰落效应；可以获得分集增益来补偿无线信道传输中的衰落效应；可以兼容信道编码来进一步提高系统性能。可以兼容信道编码来进一步提高系统性能。课题背景课题背景课题背景课题背景课题背景课题背景课题背景课题背景nMIMOMIMO技术的应用：技术的应用：3G UMTS 3G UMTS（OptionalOptional）：）：3GPP WCDMA3GPP WCDMA，GSM/EDGE;GSM/EDGE;

3、Wireless LAN:IEEE 802.11 and HIPERLAN/2;Wireless LAN:IEEE 802.11 and HIPERLAN/2;WIMAX:IEEE 802.16;WIMAX:IEEE 802.16;Strong candidate for 4G along with OFDM.Strong candidate for 4G along with OFDM.课题背景课题背景n多天线多天线(MIMO)技术的产生技术的产生信源信源信源编码信源编码信道编码信道编码数字调制数字调制 无线信道无线信道数字解调数字解调信道解码信道解码信源解码信源解码输出输出OutputSi

4、gnal多发射天线多发射天线多接收天线多接收天线(MIMO)课题背景课题背景nMIMO MIMO 技术的产生技术的产生经典文献：经典文献：E.Telatar,“Capacity of multi-antenna Gaussian channels”,E.Telatar,“Capacity of multi-antenna Gaussian channels”,European European Transactions on TelecommunicationsTransactions on Telecommunications,vol.10,pp.585-598,Nov.1999.,vol.

5、10,pp.585-598,Nov.1999.G.J.Foschini and M.I.Gans,“On limits of wireless communications in a G.J.Foschini and M.I.Gans,“On limits of wireless communications in a fading environment when using multiple antennas”,fading environment when using multiple antennas”,Wireless Personal Wireless Personal Commu

6、nicationsCommunications,vol.6,pp.311-335,Mar.1998.,vol.6,pp.311-335,Mar.1998.课题背景课题背景nMIMO MIMO 信道容量信道容量 MIMOMIMO信道模型信道模型 H H 为信道矩阵，为信道矩阵，为发射天线的数量；为发射天线的数量；为接收天线的数量。为接收天线的数量。nH H 的的SVD SVD（Singular Value DecompositionSingular Value Decomposition）分解）分解 D D 为为 非负对角阵，非负对角阵，U U 和和 V V 分别为分别为 和和 的酉阵的酉阵 （

7、unitary unitary matrixmatrix）课题背景课题背景nMIMO MIMO 信道容量信道容量 SVDSVD分解后的等价多天线矩阵分解后的等价多天线矩阵:(:(假设发射天线数多于接收天线数）假设发射天线数多于接收天线数）分解后的矩阵中子信道个数越多，信道容量越高！分解后的矩阵中子信道个数越多，信道容量越高！课题背景课题背景nMIMO MIMO 信道容量信道容量 W W 为每个子信道的带宽；为每个子信道的带宽；r r 为信道特征值的非负方根的数目；为信道特征值的非负方根的数目；为信道特征值；为信道特征值；P P为所有发射天线上总的发射能量；为所有发射天线上总的发射能量；为附加高

8、斯白噪声的方差。为附加高斯白噪声的方差。课题背景课题背景仿真结果仿真结果MIMO MIMO 信道容量（不同发射接收天线数量对比）信道容量（不同发射接收天线数量对比）存在的难点存在的难点n多天线系统的容量并不总是随着天线数目的增加而增多天线系统的容量并不总是随着天线数目的增加而增加，有一些条件限制了系统容量的增加，比如：多天加，有一些条件限制了系统容量的增加，比如：多天线信道要求的环境必需为富散射（线信道要求的环境必需为富散射（rich finite scatterers）环境；多天线信道矩阵的秩（）环境；多天线信道矩阵的秩（rank），），也可以说是可分解为相互对立的子信道的数目，需随也可以说

9、是可分解为相互对立的子信道的数目，需随着天线数目的增加而增加才能使得天线数目的增加会着天线数目的增加而增加才能使得天线数目的增加会带来系统容量的增加。带来系统容量的增加。n由于在多天线系统的接收端一根接收天线上收到的是由于在多天线系统的接收端一根接收天线上收到的是发射端多跟发射天线传输的信号，因此如何更好地分发射端多跟发射天线传输的信号，因此如何更好地分离这些信号也是提高多天线系统性能地关键。离这些信号也是提高多天线系统性能地关键。开展课题的步骤与方法开展课题的步骤与方法n查找相关领域已有的研究查找相关领域已有的研究n确定自己的研究方向确定自己的研究方向n理论分析、算法设计理论分析、算法设计n

10、仿真结果验证仿真结果验证仿真软件：仿真软件：MATLAB，C语言语言n得出结论，确定下一步研究重点得出结论，确定下一步研究重点开展课题的步骤与方法开展课题的步骤与方法n查找相关领域已有的研究查找相关领域已有的研究：n查询渠道：查询渠道：IEEE Explore 网站，网站，Journal 及及 conference的文章均能查到；的文章均能查到；INSPEC数据库，其他数据库，其他数据库。数据库。n关于多天线蜂窝系统容量的研究文献查询结果：关于多天线蜂窝系统容量的研究文献查询结果：文献文献1-3指出多天线蜂窝系统的容量主要被同频干扰（指出多天线蜂窝系统的容量主要被同频干扰（CCI）所限制，这些

11、分析都基于平坦所限制，这些分析都基于平坦Rayleigh衰落信道；衰落信道；文献文献4研究了相关信道下的多天线蜂窝系统容量；研究了相关信道下的多天线蜂窝系统容量；但以上这些分析都基于信息论理论上的分析。但以上这些分析都基于信息论理论上的分析。多天线检测技术还由提升空间，有很多文章提出了很多提高多天线检测技术还由提升空间，有很多文章提出了很多提高系统性能的算法。系统性能的算法。目前的结论及发展方向目前的结论及发展方向n实际仿真得到的蜂窝系统容量比信息论理论上实际仿真得到的蜂窝系统容量比信息论理论上的蜂窝系统容量要低得多（提升空间）的蜂窝系统容量要低得多（提升空间）n提出的几种功率控制算法可以显著

12、的提高多天提出的几种功率控制算法可以显著的提高多天线系统的性能，进而可以提高多天线蜂窝系统线系统的性能，进而可以提高多天线蜂窝系统的系统容量的系统容量n多天线的特殊发送结构，如多天线的特殊发送结构，如space-time mapping技术可以显著提高多天线技术可以显著提高多天线CDMA系统系统的性能的性能n发展方向：更加实际信道情况下的多天线蜂窝发展方向：更加实际信道情况下的多天线蜂窝系统的实际系统容量系统的实际系统容量附：一些参考文献附：一些参考文献思考题思考题n多天线技术可以显著提高系统的容量，但仍多天线技术可以显著提高系统的容量，但仍有一些限制使得多天线系统的容量不是简单有一些限制使得多天线系统的容量不是简单的随着天线数目的增加而增加。这些限制指的随着天线数目的增加而增加。这些限制指的是哪些条件？的是哪些条件？n多天线技术有哪些典型的发送结构及检测技多天线技术有哪些典型的发送结构及检测技术？可以从哪些出发点去提高多天线检测技术？可以从哪些出发点去提高多天线检测技术进而提高系统性能？术进而提高系统性能？