淺析MIMO系統(tǒng)廣播信道無線通信傳輸方式的研究

武娟

摘要：在高功率和信噪比的情況下， mimo 技術(shù)被認為是一種可以增加系統(tǒng)存儲容量的主要手段，它可以能夠同時提供最多個存儲空間的自由度，單一用戶mim存儲器系統(tǒng)，空間復(fù)用技術(shù)能夠支持高數(shù)據(jù)速率的點對點通信。然而，大多數(shù)的通信系統(tǒng)需要處理共享相同無線資源的多個用戶，在MIMO系統(tǒng)中，下行和上行信道被稱為廣播信道。在廣播通信中，無法在接收器輸出直接實現(xiàn)協(xié)同信號的檢測，這一問題成為了數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊粋€重點，因此必須通過電纜網(wǎng)絡(luò)來解決。除數(shù)據(jù)干擾，因此，廣播信道的傳輸方式及其特點在性能對比研究當中就顯得尤為重要。

關(guān)鍵詞：MIMO系統(tǒng);廣播信道;傳輸方式;抗干擾技術(shù)

一、MIMO系統(tǒng)概述

MIMO系統(tǒng)是發(fā)射端和接收端使信號通過發(fā)射端與接收端的多個天線傳送和接收，從而改善通信的質(zhì)量系統(tǒng)，而mimo天線技術(shù)是在一次多條發(fā)射端和第二次多條接收端分別架設(shè)有一個多條一次發(fā)射和第三次多條接收的發(fā)射天線，使信號被多個天線接收和傳送，改善了通信的質(zhì)量。在多用戶MIMO系統(tǒng)傳輸過程中，基站需要獲取準確的信道狀態(tài)信息，即上行信道中的數(shù)據(jù)檢測信息和下行信道中的多用戶傳輸功率控制信息。在時分雙工（TDD）協(xié)議中，上行信道中的數(shù)據(jù)檢測易受不同用戶發(fā)送的導(dǎo)頻干擾的影響。誤碼量比率定義誤碼率比值是一個專門用來在系統(tǒng)規(guī)定的錯誤時間內(nèi)準確地用來衡量錯誤數(shù)據(jù)信息傳送是否準確性的錯誤測量技術(shù)指標，通俗地講來說，就是一個錯誤比值，出現(xiàn)編碼錯誤的數(shù)據(jù)信息與總錯誤數(shù)據(jù)或者出現(xiàn)錯誤信息的總數(shù)量比例之比。

二、MIMO技術(shù)傳輸

1. MIMO技術(shù)應(yīng)用

mimo是一種在發(fā)射終端和接受終端分別配備多副發(fā)射天線和接受終端天線的通訊技術(shù)，它的主要出發(fā)點之一就是通過結(jié)合多副發(fā)送天線和多接受終端天線來進行改善和提升每個用戶的通訊效率和通訊質(zhì)量。mimo 技術(shù)實質(zhì)上就是為整個系統(tǒng)同時提供了空間分集的增益和其他空間重新復(fù)用的增益，信道的容量也可以被其他空間重新復(fù)用技術(shù)得到很大幅度的改善和提高，然而信道的可靠性也會被其他空間分集得到很大提高，空間重新復(fù)用也就是可以減少信道的誤碼概率。

2.MIMO技術(shù)的原理

針對多徑無線信道而言，mimo這種技術(shù)主要是指可以在一個發(fā)射終端上使用多根發(fā)射天線，或者是在一個接收終端上上用多根接受天線。與傳統(tǒng)的信號處理模型不同，是同時從信號的發(fā)射時間與空間兩個角度進行研究信號處理的主要問題，從而達到了能夠在不需要大幅度地提高信號的發(fā)射功率和帶寬的情況下，改善無線信號、提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率、降低誤比特率等優(yōu)點保證系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量。

擴大系統(tǒng)的容量和改善系統(tǒng)的可靠性是目前mimo技術(shù)的主要優(yōu)勢，這也是目前mimo技術(shù)的兩個基本核心思想，空間復(fù)用技術(shù)和空分分集技術(shù)，前者主要用來處理系統(tǒng)的容量問題，后者主要用來處理系統(tǒng)的可靠性。不復(fù)雜的來說，空間信號分集技術(shù)是指使用多條天線向一個客戶端發(fā)送相同的信號數(shù)據(jù)，對于接受終端來說，信號傳輸?shù)目煽啃砸呀?jīng)得到了相當大的改善;空間重復(fù)用技術(shù)通過利用多條天線同時向客戶發(fā)送獨立的信道數(shù)據(jù)，從而增加了整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)容量。

三、無線通信傳輸方式抗干擾技術(shù)

1.抗干擾技術(shù)的核心思想

無線通訊中的信道干擾是一種利用無線空間網(wǎng)絡(luò)中的無線電磁波波動進行信號傳播量在能量和速度頻率上的變化而直接產(chǎn)生的無線信號，信道本身由于無線傳輸信號特性差而直接導(dǎo)致的信號傳輸量和能量頻率變化不良，這就因此可以被我們認為信道是一種無源性的無線干擾。干擾一直以來都是無線通信技術(shù)的主要核心問題。第二代無線通信系統(tǒng)中的多條天線和擴頻的通信技術(shù)，各種干擾問題也需要去想辦法解決。干擾抑制技術(shù)一直以來都是世界范圍的研究課題之一，需要非常重要的理論和實際的使用價值。

2.抗干擾性能的研究現(xiàn)狀

現(xiàn)如今伴隨著通信技術(shù)的快速發(fā)展，全球的信息平臺都在飛快向以IP為底子的下一代網(wǎng)絡(luò)推演。在未來，全球，以及每一個人的智能無線通信的寬帶和移動化的發(fā)展是一種技術(shù)趨勢，再加上對靈活性和交換服務(wù)便利性嚴格的市場需求，使得對于無縫網(wǎng)絡(luò)覆蓋、無線互聯(lián)網(wǎng)連接的展望正在逐漸走向現(xiàn)實。當前，各種系統(tǒng)的無線通信技術(shù)已經(jīng)擺出了百花齊放的狀態(tài)和現(xiàn)狀，在快速推廣普及無線應(yīng)用的過程中，也因為先進的無線技術(shù)，本來就存在著沒有的頻率和干擾而所需要面臨的，一個不可忽略的問題。

當前，多種多樣的無線干擾正在大量地產(chǎn)生，原始就已經(jīng)擁有的一個專用于無線電系統(tǒng)，它已經(jīng)占用了現(xiàn)有頻率和數(shù)據(jù)資源。無線通信網(wǎng)絡(luò)射頻干擾主要是由于各個運營商之間的網(wǎng)絡(luò)配置錯誤、發(fā)信機本身設(shè)備的問題、多個用戶之間的重疊、環(huán)境、電磁相互兼容。但不同共存頻率的通信系統(tǒng)之間射頻工作所直接受到的都是共存頻率干擾，它們也從根本上都可能是由于射頻發(fā)射機和射頻接收器的不完全性而共同引起的。通常，有源的電子器件或者電子設(shè)備，在向整個人體內(nèi)部發(fā)射最復(fù)雜無用的濾波信號同時，因為這些器件自身的一些自然原因及使用濾波器的力在頻帶外被力所抑制，工作時的頻帶外也可能會由此而不斷產(chǎn)生最多的雜散、互調(diào)、諧波等最為復(fù)雜無用的濾波信號。這些無線信號一旦突然掉入或通過墜落連接到其他無線通信系統(tǒng)正常運行工作的無線頻帶中，就很有可能會對它們自身形成一定的電磁干擾。

3.理論和性能分析

相關(guān)不同信道下的一個信道容量，對它同時也已經(jīng)進行了相關(guān)信道的容量上界和信道下限容量分析，但是目前沒有任何數(shù)學(xué)推斷可以得出關(guān)于一個信道相關(guān)不同信道的兩個容量比較獨立地存在衰落一個相關(guān)信道之間是容量增加還是容量降低的正確結(jié)論。并且另外在“單環(huán)”的信道散射衰落模型被利用進行了大量的二次仿真，并且根據(jù)本次仿真的實驗結(jié)果顯示，對一個mimo單環(huán)信道的最大容量散射影響較大的因素就是一個不同相關(guān)單環(huán)信道的散射衰落。尤其最重要的一點就是在兩種信道容量相關(guān)性非常強的兩種特殊信道之下，mimo信道系統(tǒng)仍然可以將不為己知的特殊信道與尚未逐步知道的信道相關(guān)信息這兩種特殊信道情況下逐步形成漸近的信道容量，誠然我們已經(jīng)得出了這兩種特殊信道系統(tǒng)中的信道容量都"隨天線數(shù)線性增長但相關(guān)信道的增長率較獨立衰落信道要低"的合理結(jié)論。利用mimo信道之間的空間相關(guān)性，提出了依據(jù)使用者在空間上的相關(guān)性把使用者進行信道分組的方法，從而進行了信道估算，但在實際通信情況中想要根據(jù)空間相關(guān)性對用戶分組則要求組內(nèi)用戶必須聚集在同一環(huán)境下，此條件過于苛刻，故在實際通信中該策略難以實現(xiàn)。

結(jié)論：

對于一個獨立同等信道長度的分布式發(fā)射信道的一個mimo發(fā)射系統(tǒng)，信道的個體容量和其在它所在位置的一個發(fā)射接收天線和在其所在位置的被接收的發(fā)射天線及其個體容量數(shù)目之間的最小容量值關(guān)系形成了一個線性容量關(guān)系，而這并不是一個全稱對數(shù)的線性關(guān)系。mimo聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)的信道容量和每個天線同時發(fā)送信據(jù)數(shù)量幾乎近似地是成正比的通過線性測量聯(lián)絡(luò)功率關(guān)系，即在不考慮需要額外增加其聯(lián)絡(luò)帶寬和增加天線的數(shù)據(jù)發(fā)送傳輸能力及其功率的基礎(chǔ)條件下，mimo聯(lián)絡(luò)技術(shù)成倍地大大提高了我國無線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的信道容量和其在頻譜上的利用率?？偟膩砜矗壳霸跍y量信道的傳輸相關(guān)性對信道m(xù)imo間的傳輸容量影響的科學(xué)研究上，雖然已經(jīng)陸續(xù)出現(xiàn)了一些比較好的科學(xué)研究成果，但是目前能夠定量分析并得出這種傳輸影響的研究結(jié)論仍然存在是非常稀疏，現(xiàn)有的一些研究成果結(jié)論也有的很粗略，有的雖然很精確，但往往因為它們往往缺乏很直觀的實際傳輸物理學(xué)理論意義，而且所以當我們進行系統(tǒng)計算測量信道的傳輸容量時往往很少會直接涉及應(yīng)用到很復(fù)雜的特殊變量函數(shù)。在實際的無線通信系統(tǒng)中，MIMO系統(tǒng)的用戶選擇、功率分配以及反饋機制等問題可以實現(xiàn)系統(tǒng)性能的進一步提升。

參考文獻：

[1]楊亥娟. 異質(zhì)MIMO廣播信道自適應(yīng)傳輸方法研究[D]. 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué).

[2]江彬. MIMO無線通信信道估計與自適應(yīng)傳輸理論方法研究[D]. 東南大學(xué)， 2011.