MIMO发射分集矢量信号测验剖析仿真技术研究

作者 张煜 我国电子科技集团公司第四十一研讨所(安徽 蚌埠 233010)

　　*基金项目：我国电科技能创新基金项目(微波毫米波大带宽大规模MIMO测验技能研讨)

　　张煜(1980-)，男，高级工程师，研讨方向：无线移动通讯测验技能。

摘要：根据3GPP规范和MIMO矢量信号剖析测验需求，进行MIMO发射分集矢量信号剖析测验仿真研讨，侧重针对发送形式TM2发送(TX)分集多天线建模和测验仿真，完结MIMO信号检测，从而剖析MIMO发射分集矢量信号的功能指标，并对包含MIMO发射分集信号频域特性、星座图等中心参数进行了仿真，并给出仿真成果。

0 导言

　　移动通讯和互联网技能是20世纪末促进人类社会飞速发展的重要技能，给人们的日子作业和政治、经济带来了巨大的影响。为支撑在成对和非成对频谱中进行发射，LTE空中接口支撑频分双工(FDD)和时分双工(TDD)形式，它支撑运用多路输入多路输出(MIMO)天线进行发射，以完结更大的吞吐量，并扩展容量或间隔。当时通讯技能进入成熟期，从时域、频域、码域所能取得的技能盈利已进入技能瓶颈期，空域则成为进一步改进通讯才能的必要手法，多路分集多天线技能是进步通讯传输速率的有用手法。当然，跟着物理层添加，更大的杂乱度、MIMO天线越来越杂乱。从测验视点来说，随之而来是给MIMO剖析测验带来严峻应战：多通道相位同步丈量通道，多天线宣布的信号守时对齐差错有必要小于90 ns，这就需求各丈量通道之间的时延具有满足的冗余。所以，支撑传输分集剖析的MIMO矢量信号剖析仪是一个十分杂乱的体系，为了对该杂乱体系的行为进行较为准确的描绘，需求经过仿真来模仿该体系内部作业机制，调查其运转状况，并对设计计划以及选用的算法作定性或定量的剖析。

1 发射分会集的MIMO处理

　　发射分集在发射端运用多天线技能到达进步分集增益和链路质量的意图，LTE中界说了两种发射分集计划：2×2 SFBC^[1](Space Frequency Block Coding，空频分组编码)技能和4×4技能。两种技能都供给全速率编码并经过分集进步功能。MIMO操作包含层映射和预编码。在发射分会集，预编码和层映射在一个编码内操作完结。发射分集编码器将调制符号分红两个一组，经过分集编码将调制符号对经过不同的发射天线输出。因不同天线的采样实际上是对相同的调制数据进行的，故发射分集的层为一。每个发射天线上的采样来自于原始调制符号流，层映射能够为是在后台完结且预编码是一系列共轭和取负的成果。

　　1.1 发射分会集两天线端口MIMO处理

　　运用两个发射天线时，LTE 发射分集根据SFBC。SFBC是与STBC(Space Time Block Coding，空时分组编码)十分挨近的技能。对STBC和SFBC技能做简略的描绘，论述SFBC和STBC之间怎么转化。

　　STBC被以为一种多天线调制和映射技能，它完结简略的编码译码和彻底分集。STBC最简略的组成是两天线Alamouti 编码传输。Alamouti ^[2]编码的STBC，如图1所示，一组相邻调制符号(s₁，s₂)在第一个采样时间里被映射到两个天线端口，其间这两个相邻向量是正交关系。在今后的采样时间里，符号进行交流并取共轭()再映射到两个天线端口上。

　　SFBC，如图2所示，两个相邻的调制符号(s₁，s₂)直接映射到第一个天线端口的两个相邻采样中。在第二个天线端口上，相同的操作来映射交流共轭符号()。两个天线端口的相邻向量也是正交关系。

　　可经过简略的改换使Alamouti 编码的STBC转变成SFBC的输出符号。如图3所示，先对一切第二个调制符号取共轭并取负，再进行Alamouti 编码和STBC映射，就可得到调制输入对的SFBC输出。这个操作有利于程序代码复用，进步STBC和Alamouti 编码的功率。

　　1.2 发射分会集四天线端口MIMO处理

　　运用四个发射天线时，LTE选用SFBC与FSTD(Frequency Switched Transmit Diversity，频率切换发射分集)技能彼此结合的办法。图4显现了四个天线在发射分集下的处理进程。这种技能下，对四个相邻调制过的符号进行发射分集的相关编码。先对第一组调制符号(s₁，s₂)进行SFBC操作，对其输出的符号别离分配到第一个和第三个天线的前两个采样中。然后对第二组调制过的符号(s₃，s₄)进行SFBC操作，其输出的符号别离分配到第二个和第四个天线的第三和第四个采样中。

2 发射分集信号测验接纳端处理

　　为了获取发射的调制符号的最优估量，需求在接纳端进行发射分集兼并。发射分集兼并能够以为是发射分集编码的反进程。

　　假定时序(n)^[3]时发射信号[x₁ (n)，x₂ (n)]^T，两个接纳天线得到的接纳信号[y₁ (n)，y₂ (n)]^T，2×2 MIMO信道矩阵：

　　该成果可用于恣意接纳天线端口的恣意相邻采样对^[4]。

　　运用Alamouti 码STBC的发射分集编码映射调制符号(s₁，s₂ )到2×2发射信号：

　　假定两个相邻采样的信道增益近似持平(即h_1,1 (n)≈h_1,1 (n+1)=h_1,1和h_1,2 (n)≈h_1,2 (n+1)=h_1,2)，且确守时序的值(如y₁ (n)=y₁和y₁ (n+1)=y₂),能够化简上式为：

　　该方程能够在给定接纳天线求解发射符号的估量。为了得到发射符号的总估量，需求运用MCR算法。如下面所述，MCR算法^[5]兼并一切接纳端估量值。