移动通信技术的发展及未来.ppt

通信新技术讲座内容概要1.移动通信发展与应用趋势法拉第/1831
麦克斯韦尔/1865
赫兹/1887移动通信发展与应用趋势移动通信发展与应用趋势移动通信发展与应用趋势移动通信发展与应用趋势移动通信发展与应用趋势移动通信发展与应用趋势移动通信发展与应用趋势移动通信发展与应用趋势移动通信发展与应用趋势移动通信发展与应用趋势移动通信发展与应用趋势移动通信发展与应用趋势移动通信发展与应用趋势移动通信发展与应用趋势2.移动通信基本科学问题移动通信基本科学问题移动通信基本科学问题移动通信基本科学问题移动通信基本科学问题3.未来移动通信的关键技术未来移动通信的关键技术无线信道特点无线信道特点移动通信信道的主要三个特点移动通信四种主要效应3)远近效应4)多径效应三类多径干扰三类多径干扰的示意图几类经常使用的著名经验公式与模型MIMO系统信道建模MIMO的特点单用户MIMO系统模型无衰落时的MIMO系统容量
当信道无衰落时，可以对信道矩阵进行奇异值分解，
得到
(2)
其中与为酉矩阵，的对角线上包
含的奇异值，用表示矩阵的共轭转置。
给(2)式左乘得
(3)

写成矩阵形式，则有

其中为的非零奇异值，且，由此
我们得到个并行独立的子信道。每个子信道的容量为
(4)
因为并行独立信道的总容量为各个子信道的容量之和，所以
MIMO系统的容量为
(5)若假设，且在每个子信道上平均分配发射功率，则有

(6)
其中，为总的发射功率，为噪声方差。
由此得到MIMO系统容量为

(7)

其中，为平均信噪比。

容量的比较
SISO系统容量公式为
(8)

MIMO系统容量公式(7)，当时
(9)
而且
。
有衰落时的MIMO系统容量
在衰落信道中，信道矩阵是随机的。当发射端功率约
束为时，MIMO系统的容量为
(10)

其中为发送信号的概率密度函数；为发送
信号的协方差矩阵；系统总的发射功率为，与发射天
线数无关。系统输入与输出之间的互信息为
(11)

对于一个给定的方差，高斯分布可以使熵最大化。因此，由(11)式可得随机的MIMO信道的互信息为

其中为白噪声向量的协方差矩阵。

当发射端没有信道状态信息（CSI）时，在各个发射天
线上平均分配发射功率可得最优解，即由此得到MIMO系统的容量为衰落的相关性对MIMO系统容量的影响
单用户非相关信道容量曲线多用户非相关信道容量曲线MIMO空时复用(SpaceMultiplex)分层空时编码按发射端分路的不同方式主要有三种方案：对角分层空时编码；垂直分层空时编码和水平分层空时编码。其主要差别是针对并行信道编码器的输出，三种方案分别按照对角线、垂直方向和水平方向进行编码。
空时复用的典型形式是贝尔实验室提出的BLAST系统，依据不同的编码方式又可分为V-BLAST，D-BLAST，H-BLAST，turbo-BLAST等具体形式。
研究表明，分层空时编码的优势是当接收天线数大于发送天线数时，系统容量与发射天线数成正比关系，它可在中高信噪比下实现最高达30b/s/Hz的传输效率。BLAST系统译码算法主要有最大似然译码算法(ML)、线性算法如迫零算法(ZF)、最小均方误差算法(MMSE)以及非线性算法如串行干扰消除(SIC)等。MIMO空时编码(SpaceTimeCoding)有关空时编码的方法很多，1998年Tarokh提出了空时格码技术，它把编码调制与分集综合考虑，提出了构造准静态瑞利衰落信道下满分集增益和高编码增益的系列准则。
为了减少接收端复杂度，Tarokh等又提出了空时分组码技术（STBC）。空时分组码技术在发送端对几个连续发送符号作简单的正交编码，接收端只要采用线性合并就可以获得最大似然译码，实现最大的发送分集增益。
此外还有正交空时分组编码（OSTBC）和准正交空时分组编码（QOSTBC）等技术MIMO的在3G中的应用第一个影响因素是天线问题
在MIMO的系统设计中，天线的数目和间距是很重要的系统参数。具有多天线的基站更多地关注环境，因此，天线元的数目被限制在恰当的数目，比如说四根天线或更多。
而对于终端而言，1/2波长间距足够保证非相关衰落。间距参数对于实现MIMO的高频谱效率尤其重要。然而，对于手机而言，安装两根天线可能是个问题。这是因为目前手机设计的趋势是把天线放入盖子里以改进外表的吸引力，这就使得间隔的要求近乎苛刻。“TheMIMOFashion”第二个影响因素是接收机复杂度的问题
——接收机中对MIMO信道的估计使得复杂度增加；
——复杂度还来自特别的RF、硬件和接收机高级分离算法；MIMO接收机应该是双模的，以支持非MIMO模式。在MIMO模式时，接收机的每根天线使用一个RF链路，另外还要有附加的基带操作，即用来消除空间干扰的空时合并器和检测器。这些附加需求使得四发四