MIMO发射方案

本文探讨了空间复用和空间分集在MIMO系统中的应用,以及空间调制如何解决信道干扰和同步难题。着重介绍了空间调制的发展方向,如低复杂度译码、性能优化与结合编码技术。此外,总结了相关研究进展并引用了学术论文作为参考。

空间复用

  • 利用多根发射天线同时传输不同的信息,并在接受端区分出不同的信号,从而提高系统的传输速率。如,V-BLAST(垂直贝尔实验室空时分层结构)就是利用空间复用的思想提高的了系统传输速率。

空间分集

  • 利用多根发射天线发射相同的信息,确保信息符号经历多条不同的路径,每条路径独立衰落,能够提高信息传输的可靠信。空时编码技术利用空间分集带来分集增益

空间调制和空间分集的缺点

  • 信道间互相干扰(inter-channel interference, ICI)
  • 天线间同步(inter-antenna synchronization, IAS)难
  • 多射频(radio frequency, RF)导致设备开销大

空间调制

  为了解决上述MIMO方案存在的问题,学者们引入了空间调制(SM)方案。其基本思想如下:
  将待发送的比特信息分为两部分,一部分用于进行数字调制符号的映射(如,QPSK, QAM等),另一部分则用于选择发射天线
  注意:最简单的SM每次仅激活一根天线

空间调制技术的发展方向

  • 低复杂度译码算法设计、系统容量、及误比特率、性能分析调制星座点设计系统应用等领域
  • 编码技术与空间调制技术相结合,如,网格编码,空时编码;网格编码广义空间调制技术,空时编码空间调制技术

总结

  • 如下图所示:
    在这里插入图片描述

参考文献

[1]肖丽霞. 基于空间调制的大规模MIMO传输技术研究[D].电子科技大学,2017.
[2]范世文. 5G无线通信中的空间调制信号检测技术研究[D].电子科技大学,2020.

### MIMO 发射功率归一化公式的推导 在多输入多输出 (MIMO) 系统中,为了简化性能分析并使不同系统的比较更加公平,通常会对发射功率进行归一化处理。这种操作的核心在于确保总发射功率保持恒定的同时优化系统性能。 #### 总体思路 假设在一个 \( N_t \)-天线的 MIMO 系统中,每根天线发送的信号向量表示为 \( \mathbf{x} = [x_1, x_2, ..., x_{N_t}]^T \),其中 \( E[|x_i|^2] \) 表示第 \( i \) 天线上的平均发射功率。整个系统的总发射功率可以定义为: \[ P_{total} = E[\|\mathbf{x}\|^2] = E\left[\sum_{i=1}^{N_t}|x_i|^2\right]. \] 对于理想情况下的功率分配策略,我们希望满足以下条件之一来实现 **归一化**: - 所有天线共享相同的平均功率; - 或者基于某种特定算法动态调整各天线的功率分布。 具体而言,在许多理论研究和仿真模型中会采用单位能量约束即令\( P_{total}=1\)作为前提来进行进一步讨论[^2]. #### 归一化过程中的关键点 当考虑实际应用时还需要注意到几个方面的影响因素比如路径损耗效应等可能改变原始设计目标从而影响最终效果评估标准的选择依据实际情况灵活运用相应准则完成相应的计算步骤得出结论如下所示: 设信源处产生的数据流经过预编码矩阵作用形成最终传输符号矢量形式表达式可写成\[ \tilde{\textbf {s}}=\sqrt {\rho }\cdot F_s(\Lambda )^{-0.5}[f]\],这里引入了缩放因子ρ用于控制整体增益水平以便于后续标准化运算方便起见记作\[ ||\tilde s||²=E{∑_(k∈K)|tilda{s}_k|² }≈1\][^3]. 因此可以通过适当选取参数值使得上述关系成立进而达到预期目的同时兼顾其他附加限制条件下获得最优解方案. ```matlab % MATLAB Code Example for Power Normalization in a Simple Case with Equal Allocation Across Antennas. Nt = 4; % Number of Transmitting Antennas Pt_total = 1; % Total Transmission Power Set to Unity Value According To Standard Practice % Assuming Uniform Distribution Among All Available Ports Without Loss Of Generality Hereinbelow: power_per_antenna = Pt_total / Nt; disp(['Power per antenna after normalization: ', num2str(power_per_antenna)]); ```
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