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MIMO技术在3G中的设计应用
(2)空时编码
空时编码通过在发射端的联合编码增加信号的冗余度,从而使信号在接受端获得分集增益,但空时编码方案不能提高数据率。空时编码的系统框图参见图2。
图2 空时编码的系统示意框图
空时编码主要分为空时格码和空时块码。
空时格码在不牺牲系统带宽的条件下,能使系统同时获得分集增益和编码增益。但是当天线个数一定时,空时格码的解码复杂度随着分集程度和发射速率的增加呈指数增加。
为减小接收机的解码复杂度,Alamouti提出了空时块码(STBC)的概念,STBC使得接收端只需采用简单的线形处理进行解码,从而降低了接收机的复杂度。
(3)波束成型
波束成型技术又称为智能天线(Smart Antenna),通过对多根天线输出信号的相关性进行相位加权,使信号在某个方向形成同相叠加(Constructive Interference),在其他方向形成相位抵消(Destructive Interference),从而实现信号的增益,参见图3。
图3 定向智能天线的信号仿真效果
当系统发射端能够获取信道状态信息时(如TDD系统),系统会根据信道状态调整每根天线发射信号的相位(数据相同),以保证在目标方向达到最大的增益;当系统发射端不知道信道状态时,可以采用随机波束成形方法实现多用户分集。
4 三种技术的优缺点及应用场景
空间复用能最大化MIMO系统的平均发射速率,但只能获得有限的分集增益,在信噪比较小时使用,可能无法使用高阶调制方式,如16QAM等。
无线信号在密集城区、室内覆盖等环境中会频繁反射,使得多个空间信道之间的衰落特性更加独立,从而使得空间复用的效果更加明显。
无线信号在市郊、农村地区,多径分量少,各空间信道之间的相关性较大,因此空间复用的效果要差许多。
对发射信号进行空时编码可以获得额外的分集增益和编码增益,从而可以在信噪比相对较小的无线环境下使用高阶调制方式,但无法获取空间并行信道带来的速率红利。空时编码技术在无线相关性较大的场合也能很好的发挥效能。
因此,在MIMO的实际使用中,空间复用技术往往和空时编码结合使用。当信道处于理想状态或信道间相关性小时,发射端采用空间复用的发射方案,例如密集城区、室内覆盖等场景;当信道间相关性大时,采用空时编码的发射方案,例如市郊、农村地区。这也是3GPP在FDD系统中推荐的方式。
波束成型技术在能够获取信道状态信息时,可以实现较好的信号增益及干扰抑制,因此比较适合TDD系统。
波束成型技术不适合密集城区、室内覆盖等环境,由于反射的原因,一方面接收端会收到太多路径的信号,导致相位叠加的效果不佳;另一方面,大量的多径信号会导致DOA信息估算困难。
作者:邱扬 来源:电信网技术