无线通信多样化的设计与实现

2015-01-23□陈栋

产业与科技论坛 2015年22期

□陈栋

在无线通信系统中，时变多径衰落是影响无线通信可靠性的主要问题。在多径衰落信道中提高通信质量或减小误码率十分困难。理论上讲，减少无线通信系统中多径衰落的最有效方法是发射机功率控制。另一个有效的方法是使用时间和频率多样性［1］。伴随着无码修正编码的时间交错能够提供多样性的改善，在频率方面也有类似的效果。

一、各种MIMO系统的通信方案

多天线系统提供的空间多样性是指接收多个相互独立的衰落信道的相同信息，因为所有信道不可能同时衰落，因此可以提高链接的可靠性［2］。并且可以在多天线系统中通过在空间信道平行地发送相互独立的信息流，从而增加数据传输速率，这便是所谓的空间多路，该方案在系统自由度受限的高信噪比环境下尤为重要。在绝大多数散射环境中，天线的多样性是可行的、有效的并且广泛应用的方法，用来减小多径衰落现象。经典的方法是在发射和接收端使用多天线来改善信号的质量。

多天线系统对于改善无线通信系统的性能具有重要意义。基于前人的工作，在理想的CSIR 信道甚至CSIT 信道中，信道容量能够随着天线的数量线性增长。然而由于信道系数的变化使得多天线发射接收系统信道估计变得十分困难。有工作证明在快衰落信道中增加发射天线不能增加信道容量。利用多天线系统来提高信道容量的关键是需要跟踪信道变化。

通常一个MIMO通信系统能够提供两种类型的增益:多样性增益和空间多路增益。并且当前绝大多数工作集中在提取最大多样性增益或是空间多路增益。然而最大化一个增益并不能同时带来另一个增益的最大化。而现今有资料提供了另一种不同的观点，即对于一个给定的MIMO 信道，两种增益可以同时得到［3］，但是却是以一种折中来得到的，即更高的空间多路性是以牺牲多样性为代价的。

二、MRRC方案

(一)经典MRRC方案。经典的MRRC 双波段接收机如图1所示［4］。在给定的时间信号s0从发射机发出，发射天线和接收天线0 间的信道用h0表示，发射天线和接收天线1 间的信道用h1表示，因此接收信号就可以表示为:

r0=s0h0+n0r1=s0h1+n1

其中:n0和n1代表复噪声以及干扰。双波段MRRC 的接收联合方案如图1所示。

图1 经典双波段MRR?C 结构

(二)新的发射多样性方案。

1．带有一个接收机的双波段发射多样性。新型带有一个接收机的双波段传输多样性结构，在一个给定的信号周期，两个信号从两个天线同时发送，从天线0 发送的信号表示为s0，从天线1 发送的信号表示为s1，在随后的一个信号周期，-s1从天线0发送，s1*从天线1 发送。信号采用空时编码，接收端的信号可以表示为:

两个联合信号的最大似然检测:

2．带有M个接收机的双波段发射多样性。以图2所示的带有两个接收机的情况为例，发射端的情况和新型带有一个接收机的双波段传输多样性系统一样，即在一个给定的信号周期，两个信号从两个天线同时发送，从天线0 发送的信号表示为s0，从天线1 发送的信号表示为s1，在随后的一个信号周期，-从天线0 发送，从天线1 发送［4］。接收端所收到的信号为:

其中，接收天线0 在第一个信号周期接收到的信号为r0，第二个信号周期接收到的信号为r1，接收天线1 在第一个信号周期接收到的信号为r2，第二个信号周期接收到的信号为r3。n0，n2，n3复随机变量代表接收端的热噪声和干扰。两个联合信号的最大似然检测是:

注意到从两个接收天线所得到的联合信号是每个接收天线联合信号的叠加。

图2 带有两个接收机的新型双波段发射多样性

(三)MEA 无线信道模型。一个系统级结构的MEA 信道模型如图3所示，信道模型可以表示为r(t)=g(t)* s(t)+v(t)。

三、结语

本文对MIMO 通信系统中所采用的一些改善信号质量，提高增益的方法进行了归纳。MIMO 通信系统的出现在很大程度上改善了无线通信系统中多径衰落对通信质量的影响，传统的一些方法多是围绕提高多样性增益或空间多路增益来实现增益的改善。文献［5］［6］提出了在这种情况下将两者同时达到最大的方法。文献［2］提出了简化的高频谱效率的空时通信方法。