无线通信基础课件 (8)

空
空-时
天线权重的调整算法
采用那个信息来选择线性权重？
空间参考法 时间参考法 盲算法
空间参考法
基本思想
在所需用户的主要到达方向上形成具有最大值的波束图，而在来 自其他干扰的多径分量的方向上形成零点
方法
确定多径分量的到达角 分离所需用户和干扰用户 形成波束图，获得最大SINR
时间参考法
Time)算法； 1998年Tarokh等讨论了用于多入多出的空时码； 1998年Wolniansky等人采用V-BLAST（Vertical Bell Labs Layered
Space-Time）算法建立了一个MIMO实验系统，在室内试验中达到了 20bit/s/Hz以上的频谱利用率，这一频谱利用率在普通系统中极难实现。 这些工作受到各国学者的极大注意，并使得MIMO的研究工作得到了迅速发展。
基本思想
天线的权重是按照使合并器的输出与(已知)训练序列的误差达到最小来调整
在训练阶段，智能天线在所用天线元上 接收信号，并按照误差最小的原则来调 整权重
方法
LMS最小均方算法 RLS递归最小二乘法
在用户数据阶段，天线权重保持不变， 在解调之前进行加权处理
盲算法
全盲算法（利用传输信号的统计特性）
接收机结构
接收机分离和处理多径方法
波束转换天线：
能形成一组方向图的天线阵列（波束指向某些离散方向） 通过开关选择一个可能的波束进行下变频和进一步处理 其选择的波束能提供最大信噪比或最大信号干扰噪声比 在接收端由多个天线元组成的天线，多个天线从不同空
间位置接收到信号，利用信道的方向性，区分多径
2S1 2S2
智能天线
波束赋形（Beamforming）
利用较小间距的天线阵元之间的相关性(天线间距通常为λ/2)，通过 阵元发射的波之间形成干涉，集中能量于某个（或某些）特定方向上 ，形成波束，从而实现更大的覆盖和干扰抑制效果。
目的
增大覆盖范围
增大容量（提高信干比）
改善链路质量
减小时延色散(通过抑制时延大的多径分量)
不需要训练序列 不需知道DOA 已知发送信号的结构特性
半盲算法
很短的训练序列 不需知道DOA 已知发送信号的结构特性
Y = Hstack X
上行链路与下行链路
静态TDD系统，根据信道互易性， 上行链路的天线权重可以用于下行 链路的天线权重
FDD系统，移动台测试h(t)，反馈 给基站；但由于频差，天线权重调 整采用平均状态
MIMO系统的成功事例
802.11 ， 1997年，原始标准(2Mbit/s 工作在2.4GHz)。 802.11a，1999年，物理层补充(54Mbit/s工作在5GHz) 。 802.11b，1999年，物理层补充(11Mbit/s工作在2.4GHz) 。 802.11g，物理层补充(54Mbit/s工作在2.4GHz) 。 802.11n，导入多重输入输出 (MIMO) 技术，基本上是802.11a的延伸版。
注：括号中为原书章
多天线系统
1. 智能天线 2. 多输入多输出系统 3. 空时编码
智能天线(Smart Antenna)
定义
仅在链路一端采用多天线的系统 在接收端由多个天线元组成的天线，多个天线从不同空间位置接收到
信号，利用信道的方向性，区分多径 不同天线元的信号通过一种自适应(智能)算法来合并 而在发送端则是信号通过一种自适应(智能)算法来产生.
无线通信基础
无线通信基础 学科组
内容
第1章 无线通信概论 （1，2） 第2章 无线信道传播机制 （3，4） 第3章 无线信道的统计描述（5） 第4章 宽带和方向性信道的特性 （6） 第5章 信道模型（7） 第6章 数字调制解调（10，11，12） 第7章 信道编码 （14） 第8章 分集（13） 第9章 均衡 （16） 第10章 扩展频谱系统 （18） 第11章 正交频分复用 （19） 第12章 多天线系统（20）
道衰落。
70年代有人提出将多入多出技术用于通信系统。 但是对无线移动通信系统多入多出技术产生巨大推动的奠基工作则是90
年代由Bell实验室学者完成的：
1995年Telatar给出了在衰落情况下的MIMO容量； 1996年Foshinia给出D-BLAST（Diagonal Bell Labs Layered Space-
动态波束赋形 （俗称智能天线）
接收机结构
自适应阵列天线
自适应空间处理
自适应空间处理对信号进行线性合并，天线的加权和相加是在基带完成
空-时处理
对所有可分解的（在空-时域）的多径分量进行加权和合并的线性合并在基带 完成
空-时检测
空时处理和译码/检测结合，最佳检测器是一个广义的最大似然序列估计 （MLSE）接收机
TD-SCDMA(时分同步码分多址) ，TDD模式。
TD-SCDMA 统的智能天线是由8个天线单元的同心阵列组成的，直径为25 cm
。同全方向天线相比，他可获得8 dB的增益。
通过智能天线获得的较高的频谱利用率，使高业务密度城市和城区所要求的基站
数量相应地变得较低。在业务量稀少的乡村，智能天线的方向性可使无线覆盖范 围增加1倍。无线覆盖范围的增长使得在主要业务覆盖的宽广地区所需的基站数 量降至通常情况的1／4。
提高用户定位的估计性能
ห้องสมุดไป่ตู้
智能天线
普通天线
智能天线
圆阵智能天线阵列
） （用于全向小区
双极化智能天线阵列
智能天线在无线通信的应用
CDMA 系 统 是 一 种 自 干 扰 系 统 ， 无 论 IS-95CDMA ， WCDMA 还 是
CDMA2000，系统的射频污染是影响系统容量的重要因素。 话务均衡； 软/硬切换控制； 改善远近效应，简化功率控制，降低系统成本； 减少多址干扰，提高系统性能。
多天线系统和空时编码
1. 智能天线 2. 多输入多输出系统 3. 空时编码
多输入多输出系统发展
MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）技术
利用收发系统的多对天线间信道的无关性在不增加带宽的条件下提高系统性能的 形式（误比特率或数据速率）。
发展历史
最早是由马可尼（Marconi）于1908年提出的，利用多天线来抑制信
自适应阵列天线：
利用基带数字信号处理技术识别用户信号到达方向 (DOA)，并在此方向形成空间定向波束，使天线主波束 对准用户信号到达方向，同时使旁瓣或零陷对准干扰信 号到达方向，从而给有用信号带来最大增益，有效的减 少多径影响，同时达到对干扰信号删除和抑制的目的。
固定波束赋形 （又称高阶扇区化）