基于ieee802.16e的無(wú)線mimo天線選擇技術(shù)研究

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1、重慶郵電大學(xué)碩士論文第一章緒論同或者相近的性能有著非常大的吸引力。目前，一種較有前景的技術(shù)就是在發(fā)送端或者接收端選擇一定數(shù)目的天線進(jìn)行發(fā)送接收，這就可以減少射頻鏈路的數(shù)量，節(jié)省了成本，也降低了復(fù)雜度IZJ。天線選擇的思想是收發(fā)端采用多個(gè)天線，搭配少量的射頻鏈路，按照一定的性能準(zhǔn)則每個(gè)時(shí)刻激活一組最優(yōu)的天線子集來(lái)實(shí)現(xiàn)通信。天線選擇在保持了多天線有效的空間自由度的基礎(chǔ)上，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本。因此，天線選擇作為一種性價(jià)比很好的技術(shù)被人們廣泛關(guān)注。天線選擇系統(tǒng)框圖如圖1．2所示：天線選擇葜圖1．2MIMO天線選擇系統(tǒng)框圖圖1．2所示的系統(tǒng)中，發(fā)射

2、端有NT個(gè)發(fā)射天線，但是配備的射頻鏈路只有LT條，接收端有NR個(gè)接收天線，但是配備的射頻鏈路只有LR條，并且有厶<坼，厶<Ⅳ。。這種情況下，在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)就需要對(duì)天線作出選擇，依據(jù)一定的準(zhǔn)則，射頻開(kāi)關(guān)電路激活一組最優(yōu)的天線子集來(lái)實(shí)現(xiàn)通信。天線選擇是選擇一組最優(yōu)的天線子集來(lái)通信，可以看作是一種簡(jiǎn)化的多天線技術(shù)。因此MIMO技術(shù)下發(fā)展的各類技術(shù)比如空時(shí)編碼、空時(shí)復(fù)用均可以和天線選擇技術(shù)相結(jié)合?，F(xiàn)有天線選擇技術(shù)有以下兩大研究方向：一類是空間分集的天線選擇系統(tǒng)，這一類系統(tǒng)以追求通信質(zhì)量最佳為目標(biāo)。另一類是空時(shí)復(fù)用系統(tǒng)的天線選擇，這一類系統(tǒng)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)系

3、統(tǒng)容量的最大化。1．1．3論文研究的意義MIMO技術(shù)因其巨大的容量?jī)?yōu)勢(shì)與改善鏈路傳輸質(zhì)量的潛力受到了廣泛的研究與關(guān)注，IEEE802．16e標(biāo)準(zhǔn)中將MIMO的Alamouti發(fā)射分集以及空時(shí)分組碼作為一項(xiàng)提高系統(tǒng)性能的可選技術(shù)。但是在實(shí)際應(yīng)用中，需要在收發(fā)兩端配備多個(gè)射頻鏈路，包括低噪聲放大器、混頻器和加轉(zhuǎn)換器等，而這些器件的成本占了整個(gè)收發(fā)信機(jī)的很大部分，因此系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)成本非常高。而MIMO的天線選擇技術(shù)可以有效的解決上述問(wèn)題。經(jīng)過(guò)天線選擇后的系統(tǒng)通信質(zhì)量可以得到保證的同時(shí)，減少了整個(gè)系統(tǒng)需要的射頻鏈路的數(shù)量，使得系統(tǒng)硬件的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、成本降3

4、早在1989年MIMO理論提出之前就開(kāi)始了對(duì)天線選擇技術(shù)的研究。文獻(xiàn)【3】和【4】中對(duì)接收天線選擇進(jìn)行了研究，對(duì)坼=l，M>1時(shí)，選擇接收天線厶=l的情況進(jìn)行了研究。在文獻(xiàn)【孓7】中基于對(duì)接收天線信號(hào)功率的考慮，對(duì)坼=1時(shí)，選擇天線三。>l的情況進(jìn)行了研究。嚴(yán)格的說(shuō)，坼和Ⅳ。都大于1的系統(tǒng)才是MIMO系統(tǒng)，但是上述文獻(xiàn)的研究結(jié)果對(duì)于選擇MIMO系統(tǒng)接收天線，使得信道矩陣的行范數(shù)最大的情況下同樣適用。我們可以把這種算法稱作基于范數(shù)的選擇方法(NBS，norm-basedselection)。對(duì)于￡。=l時(shí)的NBS算法的研究結(jié)果在文獻(xiàn)f3’4】中進(jìn)

5、行了介紹，在文章中可以看到在選擇的接收天線只有一根的時(shí)候，這種方法有著最優(yōu)的性能。在文獻(xiàn)【鯽】中可以看到，當(dāng)厶>l時(shí)，這種方法就不是最優(yōu)的，但是由于這種方法比較簡(jiǎn)單，所以仍然被廣泛的采用。雖然NBS方法很簡(jiǎn)單，算法的復(fù)雜度很低，但是當(dāng)信道矩陣的行相關(guān)性增大時(shí)，這種算法和最優(yōu)選擇方法相比所得到的容量少了很多。對(duì)于一般意義上的MIMO系統(tǒng)，坼和Ⅳ。都大于1，并且選擇的天線數(shù)厶和厶都可以大于等于l，對(duì)于這種情況下的天線選擇算法，各國(guó)的研究學(xué)者進(jìn)行了深入研究。例如，Gore在文獻(xiàn)【1o】中提出了一種基于容量最大化的非滿秩信道矩陣的最優(yōu)發(fā)送天線選擇方法，

6、這種方法需要對(duì)天線所有可能組合進(jìn)行窮盡搜索，當(dāng)天線數(shù)較多時(shí)運(yùn)算量較大。在文獻(xiàn)【Il】中提出了基于Gore方法的快速次優(yōu)選擇方法，減少了運(yùn)算次數(shù)。但是這些方法只局限于發(fā)送天線的選擇，沒(méi)有考慮接收天線的選擇。Molisch在文獻(xiàn)【12】中研究了采用天線選擇技術(shù)的MIMO系統(tǒng)容量的上限，在文獻(xiàn)【9】中對(duì)發(fā)送天線選擇的最優(yōu)算法和次優(yōu)算法進(jìn)行了研究。但是，文章中只對(duì)天線選擇算法的性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，并沒(méi)有著眼于提出新的最優(yōu)算法和次優(yōu)算法。Gore和Paulraj在文獻(xiàn)【13】中研究了結(jié)合空時(shí)編碼的天線選擇方法，研究結(jié)果表明，在發(fā)送／接收天線選擇時(shí)，選擇信道矩陣

7、的最大范數(shù)的兩行／列，可以在解碼器端得到最大的SNR。4重慶郵電大學(xué)碩士論文第一章緒論Gorokhov在文獻(xiàn)【14l中提出了快速選擇天線子集的方法。這種方法是基于容量最大化目標(biāo)的次優(yōu)接收天線選擇方法。這種算法的基本思想是：以所有可用的天線為起點(diǎn)，每一步移去一個(gè)天線，每次移去的天線對(duì)容量增加的貢獻(xiàn)最小。重復(fù)這一過(guò)程，直到所需要的天線數(shù)目被選擇出來(lái)為止。這種算法的計(jì)算量比上面介紹的算法要少很多。文獻(xiàn)【15】中，提出了另一種次優(yōu)接收天線選擇算法，這種算法比文獻(xiàn)【14】中的算法的計(jì)算量小了很多。與文獻(xiàn)I¨l中的算法相反，我們從一個(gè)空的天線子集開(kāi)始，每次

8、增加一根天線，每次增加的是對(duì)容量貢獻(xiàn)最大的天線。重復(fù)這一過(guò)程，直到所需要的天線數(shù)目被選擇出來(lái)為止。仿真證明這種算法對(duì)于系統(tǒng)容量的性能改善與最優(yōu)選擇算法