mimo无线通信系统中的波束形成与天线配置

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1、第六章结论……………………………………………………………………………………………866.1论文工作总结…………………………………………………………………………………...866.2进一步的研究工作……………………………………………………………………………...86参考文献……………………………………………………………………………………………88致谢…………………………………………………………………………………………………..91攻读硕士期间已发表或录用的论文…………………………………………………………………..92第V页第一章绪论在信息化技术日益普及的今天，通信服务已经成为

2、人们生活中不可或缺的一部分。以宽带和多媒体业务为特征的新一代无线通信系统，为用户随时随地提供丰富的个人通信服务。本课题所研究的多输入多输出（MIMO）技术是第三代移动通信系统和第四代移动通信系统的关键技术之一，其应用能有效地提高通信系统的性能，近年来受到广泛关注。本章简要介绍无线通信技术的发展历史与现状，特别是本文讨论的多天线技术和自适应波束形成技术的发展历程，提出本课题的主要研究任务和意义，最后给出本文的主要工作及内容安排。6.1历史与背景早在1864年麦克斯韦（Maxwell）就在伦敦皇家学院提出电磁波的数学模型。从19世纪末马可尼（Marconi）发明无线电报开始，无

3、线电技术已经过了一百多年的发展[1]。由于军事需求和数字信号处理技术的快速发展，自20世纪70年代以来，移动通信技术获得了快速的发展。第一代移动通信技术（1G）是模拟、仅限语音的蜂窝电话标准，制定于20世纪80年代[2]，主要采用的是模拟技术和频分多址(FDMA)技术。由于受到传输带宽的限制，不能进行移动通信的长途漫游，只能是一种区域性的移动通信系统。第一代移动通信有多种制式，我国主要采用的是TACS系统。第一代移动通信有很多不足之处，如容量有限、制式太多、互不兼容、保密性差、通话质量不高、不能提供数据业务和不能提供自动漫游等。第二代移动通信系统（2G）采用时分多址（TDM

4、A）或码分多址（CDMA）为主的数字蜂窝系统，具有保密性强，频谱利用率高，能提供丰富的业务，标准化程度高等特点，使得移动通信得到了空前的发展，从过去的补充地位跃居通信的主导地位。我国目前应用的第二代蜂窝系统为GSM系统和CDMA系统。第三代移动通信系统（3G），在第二代移动通信技术基础上进一步演进的以宽带CDMA技术为主，并能同时提供话音和数据业务的移动通信系统。国际电信联盟批准的三个3G标准分别是CDMA2000、WCDMA和我国自主知识产权的TD-SCDMA。与第一代和第二代移动通信技术相比，3G有更宽的带宽，提供方便快捷的无线应用，实现高速数据传输和宽带多媒体服务。第

5、四代移动通信系统（4G）是目前通信研究的热点，是一种多功能集成的宽带第1页移动通信系统[3]。在业务上、功能上、频带上都与第三代系统不同，将在不同的固定和无线平台及跨越不同频带的网络运行中提供无线服务，提供高速的数据传输，保证高质量的图像和视频等服务。未来移动通信的目标是能够在任何时间、任何地点、向任何人提供快速可靠的通信服务，而4G将更加接近这一目标。1.MIMO技术的发展多年来无线通信业务和宽带数据业务的飞速发展，使得无线频谱资源变得越来越紧张。如何高效利用有限的通信资源，高速可靠地提供日益增长的多种业务服务，成为无线通信技术发展的关键。作为3G/B3G关键技术之一的多

6、输入多输出（MIMO）技术，在发送端和接收端同时采用多天线，能够充分利用空间资源，在不需要增加系统带宽和发送功率的情况下，有效对抗无线信道衰落的影响，大大提高通信系统的频谱利用率和信道容量[3]。早在1908年，马可尼（Marconi）就提利用多天线来抑制信道衰落。20世纪70年代后，出现了应用于雷达的自适应天线阵列技术[4]。从20世纪80年代开始，研究学者发现与合并技术结合的多天线分集[5]可以进一步改善无线链路性能，增加系统容量。20世纪90年代后人们逐渐发现多天线的对于无线通信系统的重要意义，Bell实验室的Telatar和Foschini对白高斯信道MIMO信道容

7、量的研究[6]表明，多天线技术可以大大提高容量。在此基础上，Foschini又提出分层空时编码（LSTC）技术[7]，将数据分为若干子数据流，独立地进行编码、调制。Alamouti于1998年提出一种发送分集方案[8]，可获得与天线接收分集相同的性能，逐渐发展成为空时分组编码（STBC）技术[9]。这种发送分集与格状编码调制结合，成为空时网格编码技术（STTC）[10,11]。空时码的主要思想是利用空间和时间上的编码实现一定的空间分集和时间分集，从而降低信道误码率。在Bell实验室的BLAST、无线城域网IEEE8