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《無線通信技術雜志》2014年第二期

1已有的天線選擇方法在工程應用中的一些問題

為了實現通過選擇發射天線保證空間信道的最大復用系數，需要解決下面3個問題:*確定需要選擇的發射天線總個數;*確定選擇哪幾根發射天線;*將選擇的天線狀態信息反饋到發射端。目前基于最大信道容量原則的天線選擇方法，包括發射天線選擇和接收天線選擇，這兩種天線選擇的基本思路完全一致。以發射天線選擇為例:假設發射天線數為M，保持接收天線數目不變，從M個發射天線中一個一個進行刪除，使得刪除后的信道容量最大。但是，需要選擇的發射天線總數較難確定，而且需要多次計算行列式，運算量較大?；谝罁庹{信號的信噪比選擇天線，通過計算與每根發射天線相關的前向信道的信噪比(SNR)，以確定多根發射天線中每根發射天線對應的前向信道的信道特征。并將該信道狀態特征作為發射天線的選擇信息反饋到發射機，由發射機根據此信息選擇狀態較好的發射天線來發射業務信號。該方法的缺點是未考慮去除一個天線發出的信號后信噪比的改善，估計會有較大誤差，需要額外估計信噪比的運算量以及沒有給出如何確定需要選擇的發射天線數目的方法?；谛盘枏娙踹M行選擇，其基本思想是通過信道的散射矩陣來選擇具有相對隔離性能的發射天線以分離專用數據流。以從4×4配置中選擇2根發射天線和2根接收天線組合為例:首先采用第一根發射天線發送第一個信號(此時別的發射天線不發送信號)，這個信號被所有接收天線接收并被度量(信號強度)，記錄下那些接收信號強度較強(可以被接受)的和較弱(不能被接受)的接收天線，然后用其余的發射天線依次重復上述過程，進而形成多個發射天線和多個接收天線相對性能的信道矩陣;然后依據此信道矩陣選擇至少兩根發射天線和兩根接收天線的組合，以實現發射和接收功能。其散射信道矩陣的產生在實際應用中是不太現實的。而且未考慮空間信道間的隔離度，選擇性能較差;將選擇結果反饋到發射端，需要額外的反饋信息。

2自適應無線鏈路

mimo信道容量下降的主要原因是發射天線發出的信號在接收端形成的空間特征相似度太大造成的。考慮相關性的同時還應該考慮空間特征矢量的范數，即信號在信道中的衰落特性。為此提出了一種綜合評估準則:波束形成矢量的范數。對于信號模型，分離多信道信號的方法之一就是波束形成，如典型的迫零算法，本文在等式的兩端乘以H矩陣的偽逆。通過波束形成，消除了其他發射天線發送的信號，但是對噪聲進行了放大，放大的量和wn的范數有關，且第n個發射天線信號的空間特征矢量hn(即H的第n列)的范數越小或與其他天線發射信號的空間特征矢量相關度越大，wn的范數越大。所以，我們可以通過考察wn的范數來對發射天線進行篩選。將此種天線篩選方法運用于空間復用，可以實現空間信道自適應鏈路。以VBLAST系統為例:利用無線通信系統中導頻具有最高解調可靠性的基本假設，我們在接收端對接收的導頻信息進行解調誤差估計，將最差的信道與預先設定的門限進行對比，如果最差的信道能夠滿足系統要求，則其余的信道也能滿足要求;如果最差的信道不滿足要求，則將其對應的發射天線刪除，再循環判斷其余的信道條件，直到剩余的信道滿足系統要求為止。由此可以依據所估計的信道狀態條件來確定所需選擇發射天線數目和具體哪幾根發射天線被選擇。選擇結果的反饋可以通過專用字節或導頻來反饋。頻率選擇性衰落信道下，基本原理和上面相同。唯一的不同是在頻率選擇性衰落信道下hnm為一列向量，長度跟信道最大長度相同。我們通過波束形成權矢量范數的排序得到子信道通信質量的排序，通過對最差的子信道的信噪比的測量來確定同時工作的子信道個數。子信道個數確定后，選擇的子信道也就可以確定了。采用上述方法，與現有技術相比，將發射天線的數目確定和天線選擇兩個過程融合在一起，大大簡化了MIMO系統中天線選擇的步驟，提高MIMO系統中無線鏈路的自適應性。

3性能仿真與分析

本文考察對于自適應鏈路下吞吐量的變化。吞吐量定義為單位時間內，所有用戶的無誤碼傳輸的幀所包含的數據長度。圖1給出了VBLST空間復用發射方案。采用3GPP提供的空時信道模型(SCM)，選擇市區宏小區(urbanmacronlos)場景，不計路徑損耗和陰影衰落?；径颂炀€為8元均勻圓陣，移動臺端天線數為2，陣元間距為0．5個波長，用戶數為4，移動臺移動速度為30km/h，仿真次數為100。比較采用1根發射天線，使用2根發射天線但不采用天線選擇，以及使用2根發射天線同時采用天線選擇得到的誤碼率和吞吐量曲線如圖2和圖3所示。圖中結果表明，進行天線選擇后吞吐率性能明顯優于不進行天線選擇的情況，且在低信噪比時更加明顯。上面現象可以這樣解釋:如果要區分2根發射天線的信號勢必會放大噪聲，在低信噪比下會帶來較大的誤幀率，所以盡管空間復用系數增加了，吞吐量不一定會增加，天線選擇算法給出了一個合理的折衷。另外，門限的選擇至關重要。實際上，當把門限設置得很低時，就可以等效不進行天線選擇的情況。最優的門限值和調制方式、解調方法以及幀長有關。

4結論

由仿真結果表明，在發射天線總數相同的條件下，基于本文方法的選擇效果逼近最大容量的選擇效果。在自適應鏈路的實現中，發射天線的個數由接收性能最差信道的信噪比確定，能夠保證在當時通信環境下最大的空間復用系數。

作者：柴欣單位：國家無線電頻譜管理研究所