16、多天线技术中的空间复用与大规模 MIMO 解析

多天线技术中的空间复用与大规模 MIMO 解析

1. 空间复用基础

1.1 接收技术选择

在无线通信中，当噪声较大或信道矩阵奇异时，基站恢复传输符号的最佳选择是使用最大比（MR）接收器，其定义为：
[G = H_{UL}^H]
在视距环境中，最大比接收器相当于建立 K 条并行接收波束，通过将每个主瓣精确指向相应目标移动台的方向来最大化接收信噪比，同时完全忽略其他干扰。

在中间情况下，最小均方误差（MMSE）接收器是两种极端情况之间的折衷方案，其公式为：
[G = (H_{UL}^H \cdot H_{UL} + \beta I_K)^{-1} \cdot H_{UL}^H]
其中 (I_K) 是 (K \times K) 的单位矩阵，(\beta) 是加权因子。当 (\beta) 较小时，该方程接近零迫接收器；当 (\beta) 较大时，接近最大似然接收器。

以下是不同接收器的特点对比表格：
| 接收器类型 | 适用情况 | 特点 |
| — | — | — |
| 零迫接收器 | 信道矩阵条件良好且噪声水平低 | 可将干扰移动台置于零陷，但会放大噪声 |
| 最大比接收器 | 噪声大或信道矩阵奇异 | 指向目标移动台，不处理其他干扰 |
| 最小均方误差接收器 | 中间情况 | 折衷方案，平衡干扰和噪声 |

1.2 下行多用户 MIMO

下行多用户 MIMO 中，基站使用 M 根天线向 K 个移动台发送信号，每个移动台一层。下行信道矩阵 (H_{DL}) 有 K 行 M 列，在信道互易的情况下，上行和下行信道矩阵通过转置操