基于相关性和SINR的MIMO自适应模式切换

张全君　吴阿沛

摘 要：文章設计了一种基于相关性和SINR的MIMO自适应传输模式切换的方案，根据信道状态在空间复用、波束成形和双空时发送分集了种模式之间进行自适应切换。系统仿真结果表明，本方案有效地提高了系统的传输性能。

关键词：模式切换；空间复用；波束成形；双空时发送分集

MIMO系统传输模式各具特点，空间复用（Spatial Multiplexing，SM）在信道状态较好时可有效提升系统容量，波束成形（Beamforming，BF）在信道状态较差时将信号控制在特定方向上传播以提高系统可靠性。使用SM或BF都会以损失容量或可靠性为代价。双空时发送分集（Double Space-time Transmit Diversity，D-STTD）将4个天线平均分为两个天线组，天线组内采用TD方式，天线组间采用SM方式，是系统容量和可靠性折中的方案。

对MIMO传输模式切换的研究主要是两种传输模式的切换，Robert和Antonio等做了相关研究。2008年，Arie等[1]对文献提出的基于信道质量的切换进行了性能分析，但是并没有针对可能出现的问题提出解决方案。

本文主要研究下行链路自适应传输模式的切换，采用基于相关性和SINR计算各传输模式容量并选择最优传输模式，提升系统传输性能。

1 系统模型

MIMO自适应传输模式切换原理如图1所示。接收机进行信道估计，计算信道相关性和信干噪比（Signal to Interference plus Noise Ratio，SINR）得到各模式下的系统容量，并做最优选择。发射机根据接收机反馈的传输模式进行编码调制。

2.3 传输模式选择

如图2所示，信道条件不变时可根据相关性和SINR判断应当采用的传输模式。相关性和SINR的门限值可以通过容量的比较得到。假设相关性的门限值为ρth，SINR的门限值为SINRth。若落在第一象限，采用SM；落在第二象限，采用D-STTD；落在第三象限，采用BF。特殊情况下，若落在第四象限，比较BF和SM的容量，决定采用BF或SM方案。若信道条件改变，需重新确定相关性和SINR门限值。

3 仿真及分析

发射天线Nt=4，接收天线Nr=2，信道模式为Hiperlan2的模式C，且为准静态信道。

3种传输模式及自适应切换模式下的容量曲线如图3所示。

从图3可以看出，仿真结果与本文模式切换的理论一致，容量曲线沿着3条曲线中容量最高的曲线变化。

4 结语

本文设计了一种适用于有限反馈MIMO系统的传输模式自适应切换方案，仿真表明，该方案有效地提升了系统的传输性能。

[参考文献]

[1]ARIE R.An overview of multi-mode multi-user adaption and scheduling techniques in MIMO-based fourth-generation wireless systems[C].Eilat：IEEE 2008 25th Convention，2008.

[2]SPETH M，CLASSEN F，MEYR H.Frame synchronization of OFDM systems in frequency selective fading channels[C].Arizona：The 47th IEEE Vehicular Technology Conference，1997.

[3]MATTHEW R，MCKAY，IAIN B，et al.Multiplexing/beamforming switching for coded MIMO in spatially correlated channels based on closed-form ber approximations[J].IEEE Transactions Vehicular Technology，2007（5）：2555-2567.

[4]HOOJIN L，POWERS E J.Adaptive double space-time transmit diversity system with linear ZF receiver[C].Melbourne：Vehicular Technology Conference，2006.