MIMO系統(tǒng)中多用戶分集技術(shù)

欒泰珍 王亞芳 朱麗華 張志彬

摘 要：MIMO技術(shù)可以在不增加系統(tǒng)帶寬和發(fā)射功率的前提下大大增加系統(tǒng)容量，提高系統(tǒng)頻譜利用率，改善系統(tǒng)性能。多用戶分集是多用戶無線通信中固有的分集，合理的利用多用戶分集增益可以有效的提高系統(tǒng)性能。

關(guān)鍵詞：MIMO下行鏈路；多用戶分集；MU-MIMO

1 引言

多用戶MIMO系統(tǒng)與單用戶MIMO系統(tǒng)相比，充分利用空間資源，系統(tǒng)和容量得到很大提升。多用戶分集增益的大小是信道增益波動分布決定的，信道增益波動的幅度越大、速度越快，多用戶分集增益也就越大。

2 多用戶下行MIMO系統(tǒng)模型

單用戶MIMO系統(tǒng)中，有多天線帶來的額外空間自由度只是被用來擴(kuò)展用于信號處理和檢測的維度，因此MIMO主要用于提高物理層的性能，被認(rèn)為是一種物理層技術(shù)，而鏈路層多址接入?yún)f(xié)議（上行和下行）只是間接地獲得MIMO多天線帶來的好處。我們考慮的是一個(gè)具有N個(gè)發(fā)送天線M個(gè)接收用戶的系統(tǒng)模型，且第m個(gè)接收用戶有Km個(gè)天線的多用戶MIMO系統(tǒng)。

3 多用戶分集

多用戶分集的基本原理是利用無線信道的隨機(jī)性，當(dāng)存在大量信道衰落相互獨(dú)立的用戶時(shí)，在任意時(shí)刻存在某個(gè)用戶擁有較強(qiáng)信道增益的概率將大大提高。因此，如果基站總是選擇信道質(zhì)量最好的用戶發(fā)射信號，那么系統(tǒng)將會以最高效的方式利用共享信道資源，從而使總的系統(tǒng)容量最大化，用戶數(shù)越多，擁有最強(qiáng)信號信道的機(jī)率也就越大，是多用戶分集增益就越大。從多用戶分集的角度來看，衰落卻被視為一種有利的隨機(jī)化因素，是可以被利用的，并通過調(diào)度信道質(zhì)量最好的用戶來實(shí)現(xiàn)。信道波動的動態(tài)范圍越大，峰值越高，多用戶分集增益也就越大。

4 獲取多用戶分集增益

為了獲取多用戶分集增益，系統(tǒng)需要滿足如下兩個(gè)要求：

（1）基站能夠進(jìn)行信道質(zhì)量的測量：在下行鏈路中，要求接收機(jī)利用下行鏈路公共導(dǎo)頻信號跟蹤其各自信道的信噪比，并將瞬時(shí)信道質(zhì)量反饋給基站；在上行鏈路中，需要來自用戶的發(fā)射信號，從而能夠?qū)λ麄兊男诺蕾|(zhì)量進(jìn)行跟蹤。

（2）基站不僅能夠根據(jù)瞬時(shí)信道質(zhì)量調(diào)整數(shù)據(jù)速率，而且能夠安排不同用戶的發(fā)射順序。另外環(huán)境移動情況下信道波動的峰值可能更高，而峰值決定了調(diào)度算法的性能。在環(huán)境固定情況下，多用戶分集增益會受到更大地限制。

5 結(jié)束語

當(dāng)系統(tǒng)中存在一定數(shù)量的用戶時(shí)，衰落信道的容量要比非衰落信道容量大。這就是多用戶分集效應(yīng)：在一個(gè)多用戶系統(tǒng)中，各用戶之間的信道是獨(dú)立變化的，在任何時(shí)刻總有一個(gè)用戶，它的信道質(zhì)量大于系統(tǒng)的平均SNR，在所有時(shí)刻都讓擁有最強(qiáng)信道的用戶發(fā)送信息，從而提高頻譜利用率。

[參考文獻(xiàn)]

[1]邱玲，許杰，劉蓓.《多用戶、多小區(qū)MIMO通信技術(shù)》[M].人民郵電出版社，2011.

[2]黃韜，袁超偉，楊睿哲.《MIMO相關(guān)技術(shù)與應(yīng)用》[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[3]I.E.Telatar.Capacity multi-antenna Gaussian channels.Tech.Rep.，AT&T Bell Labs，1995.

[4]黃韜，袁超偉，楊睿哲，等.MIMO相關(guān)技術(shù)與應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[5]張平.Beyond 3G移動通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù).北京郵電大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，25：1-6.