3GPP LTE的預(yù)編碼和空間多路復(fù)用MIMO技術(shù)

　　多路輸入多路輸出(MIMO)技術(shù)通過頻譜效率的改進(jìn)可提供更高的數(shù)據(jù)速率[1,2]。MIMO系統(tǒng)的性能與接收到的信干噪比(SINR)及多路徑信道和天線配置的相關(guān)屬性直接相關(guān)[3]。無線信道可使某些MIMO接收天線端的SINR降低，但通過在發(fā)射機(jī)端使用波束賦形，還是能夠提高系統(tǒng)性能。雖然波束賦形與波束控制經(jīng)常一起使用，但明白二者的差別是非常重要的，波束賦形是一種信號(hào)處理技術(shù)，波束控制是改變輻射主波瓣的方向。波束賦形非常適用于MIMO應(yīng)用。3GPP長期演進(jìn)(LTE)標(biāo)準(zhǔn)[4]包括幾種發(fā)射波束賦形技術(shù)，可在各種信道條件下優(yōu)化系統(tǒng)性能。其中一種就是預(yù)編碼技術(shù)，它可以提高和/或均衡通過多個(gè)接收機(jī)天線接收到的 SINR。

　　MIMO和預(yù)編碼

　　圖 1a 顯示了標(biāo)準(zhǔn)2×2 MIMO空間多路復(fù)用圖。假設(shè)無線信道將在發(fā)射天線和接收天線之間提供 4 個(gè)獨(dú)立連接。每個(gè)信道連接(圖中以箭頭來表示)均代表所有傳輸路徑的一個(gè)獨(dú)特組合，其中包括直接視距(LOS)路徑(如果存在)，以及由于周圍環(huán)境的反射、散射和衍射而生成的無數(shù)多路徑。根據(jù)得出的信道條件，如果任何一條接收天線的SINR太慢，MIMO 系統(tǒng)則可能無法恢復(fù)發(fā)射的數(shù)據(jù)流(層)。如圖1b所示，在了解當(dāng)前信道條件后，發(fā)射機(jī)通過添加預(yù)編碼，能夠在傳輸之前有效地結(jié)合各層，達(dá)到通過多個(gè)接收天線均衡信號(hào)接收的目的。預(yù)編碼方案是專門針對(duì)空間多路復(fù)用和發(fā)射分集應(yīng)用而設(shè)計(jì)的[4]。

　　預(yù)編碼以發(fā)射波束賦形的概念為基礎(chǔ)，該概念支持多個(gè)波束同時(shí)在MIMO系統(tǒng)中進(jìn)行傳輸。LTE標(biāo)準(zhǔn)定義了一組復(fù)雜的加權(quán)矩陣，以便使用高達(dá)4×4的天線配置在傳輸之前對(duì)各層進(jìn)行組合[4]。對(duì)于2×2的配置來說，將加權(quán)矩陣W乘以輸入層，就能得出將要發(fā)射的預(yù)編碼信號(hào)。

　　此處，x(q)(i) 是預(yù)編碼(q=0, 1)之前的輸入層，y(q)(i) 是應(yīng)用于每個(gè)發(fā)射天線的預(yù)編碼信號(hào)。這個(gè)最簡單的預(yù)編碼矩陣將每一層映射到專門用于發(fā)射那一層的單一天線上，而不需要與其他天線進(jìn)行任何耦合。在這種情況下，由碼簿索引 0 定義的加權(quán)矩陣將變?yōu)椋?/p>