mimo系统分集复用的折中算法研究

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1、MIMO系统分集复用的折中算法研究赵世光，张治**（北京邮电大学信息与通信工程学院，北京100876）51015202530摘要：本文以MIMO系统模型为基础，分析了MIMO提供的分集增益和复用增益的优势和两者的折中关系，并且介绍了两种典型的空时编码方案。在充分认识现有的空时编码方案的前提下，本文提出了一种基于系统容量的自适应混合空时编码方案，将发射分集和空间复用结合起来，同时取得了分集增益和复用增益。同时为了充分利用系统容量，在高信噪比条件下，对比自适应混合空时编码与VBLAST方案的系统容量，在两者之间进行切换，从而提高系统的整体性能。关键词：MIMO；分集；复用

2、中图分类号：TN929.53ResearchontheDiversityandMultiplexingTradeoffinMIMOSystemsZHAOShiguang,ZHANGZhi(SchoolofInformationandCommunicationEngineering,BeijingUniversityofPostsandTelecommunications,Beijing100876)Abstract:ThispaperanalyzestheadvantageofMIMOdiversitygainandmultiplexinggainandcompromis

3、ationbetweentthetwo,followedbyintroducingtwotypicalspace-timecodingscheme.Thispaperputforwardtheadaptivehybridspace-timecodingschemebasedonthesystemcapacity,whichcombinestransmitdiversityandspatialmultiplexingtoobtainbothtwogains.Inordertomakefulladvantageofsystemcapacity,switchingbetween

4、theadaptivehybridspace-timecodingandVBLASTschemeaccordingtotheSNRisawaytoimproveoverallsystemperformance.Keywords:MIMO;diversity;multiplexing0引言MIMO系统原理是把收发端天线的信号进行合并和分集，以改进每个MIMO用户的通信质量和速率。如图1所示，N个子流同时发送到信道，各发射信号占用同一频带。若各发射接收天线间的通道响应独立，则多入多出系统可以创造多个并行空间信道。通过这些并行空间信道独立地传输信息，数据率必然可以提高。图1MI

5、MO无线通信系统原理图35Zheng和Tse指出[1]：MIMO系统中通过空时编码方案可以获得分集增益和复用增益，作者简介：赵世光，（1988-），男，硕士研究生，宽带无线移动通信系统新理论与技术。通信联系人：张治，（1977-），男，副教授，宽带无线移动通信系统新理论与技术。E-mail:zhangzhi@starpointcomm.com-1-但是这两种增益之间是相互制约的，要获得较高的复用增益必然要以牺牲分集增益作为代价，反之亦然。MIMO系统可以同时提供分集增益和复用增益，较为理想的编码方案是同时获得两种增益，兼顾可靠性和有效性，从而提高系统的整体性能。4045

6、505560在独立同分布信道下，我们可以用非常简单的形式表述分集复用折中关系。假设MIMO系统中的发射天线数为m并且接收天线数为n，信道衰落在l个符号间隔内保持不变且满足l≥m+n-1，那么，该系统的最优编码方案(编码长度为l)在获得复用增益为r时，可同时获得的最大分集增益d*(r)=(m-r)(n-r)，这也是信道能够提供的最大分集增益。直观理解这个表达式，可以认为m根发射天线n根接收天线中，有r根发射天线和r根接收天线提供复用增益，剩余的(m-r)根发射天线和(n-r)根接收天线提供分集增益。分集复用折中关系反映了MIMO系统空间资源的利用情况，是MIMO信道下所有

7、编码方案可以获得的性能上限，具有理论上的指导意义。在实际系统中，对于具体的空时编码和传输方案的设计就必须在分集增益和复用增益之间进行较好的折中，使之充分利用空间资源，提高系统整体性能，具有现实的指导意义。1MIMO系统分集复用性能分析1.1分集复用折中分析Zheng和Tse对编码方案的最优折中曲线做了简单描述[1]。如果某个编码方案的速率可以用rlogSNR表示，平均错误概率按照1/SNRd下降，就可以说这个方案的空间复用增益为r分集增益为d。最优折中曲线中某种方案得到的最大分集增益d*(r)是根据复用增益r得出的。显然，r不