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浅谈电子通讯的预编码技术

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摘要:作为多入多出系统设计中最为关键的预编码技术引起目前国内外专家和学者广泛的关注。该文详细的介绍了预编码技术的概念及特点,对目前欧美等国际标准化组织预编码技术进行了对比分析,详细阐述国际上广泛关注的经典的和多用户的mimo预编码技术及算法,以期为mimo预编码技术的推广提供支撑。 
中国论文网 http://www.xzbu.com/8/view-3675874.htm
  关键词:电子通讯;预编码 
  中图分类号:TP311文献标识码:A文章编号:1009-3044(2012)27-6520-03 
  传统无线电通信系统的通信系统主要采用发射天线和接收天线来完成,这种有一个发射天线和一个接收天线组成的系统就是单输入单输出天线系统即SISO系统。这种通信系统存在一个致命的缺陷就是shannon容量限制,这是通信系统上很难突破的一个瓶颈,形式极为严峻。但是目前市场上对数据传输的速率的提高十分关注,有很大的需求量,因此采用何种方法提高通信的容量限制成为各学者研究的热点。 
  以往的调制技术、编码策略等方法在无限电通信中总存在一个实际的物理限制。目前,有学者提出通过设置更多的基站、拓宽带宽等方法来提高shannon容量限制。这一类方法实质上是增加蜂窝,增加基站,成本昂贵。还有一个办法就是通过增加系统的发射功率来提高容量限制,实现这种方法对硬件设计者来说十分不容易,首先设计增加系统发射功率的线性工作特征是一个巨大的挑战,其次移动终端需要综合考虑加大系统发射功率可能引起的功率损耗。该方法也可能对人类健康产生影响。此外使用分集技术来提高系统发射和接受通信信号的噪比来提高系统容量引起了设计者的关注。这种方法就是SIMO系统,发射天线仍然只有一个,即采用一个阵元,但是在接收端则使用多个阵元来接收通信信号。针对SIMO系统的接收端特别是移动终端存在的处理比较复杂和体积较大的问题,MISO系统将发射天线设计为阵列结构,而接收天线采用单线路结构来完成,也就是接受分集处理的认为由发射端来完成,就是平常所指的等价MISO系统。收在此基础上,产生的发射和接收系统两端同时采用阵列天线的系统,即SIMO和MISO系统的结合体——MIMO系统诞生了。 
  在MIMO通信系统中,空时分组码与空间复用码是其最常用的优势技术,这种技术是通过在接收端获取CSI来完成通信。而对于慢变信道,则通过WLAN的发送端采用反馈或TDD对称原则获取精确的CSI来完成通信。实际上,CSIR与CSIT均可在3G标准的WCMA中通过闭环分集来获取,也可以通过发送自适应阵列的方式来获得。预编码技术在此基础上取得了快速的发展。 
   1预编码技术的概念 
  一般来说预编码技术的分类有两种,依据发送端预处理方式分为线性预编码和非线性预编码两种;基于接收端的接收方式的分类则分为线性接收机的预编码和非线性接收机的预编码[1]。线性接收机的预编码就是我们常说的SVD预编码技术,这种编码技术是采用MIMO通信系统将信道分解为多个平行子信道,采用提高发射端注水技术的方式使其达到系统的最大容量。这种方式需要强大的比特分配技术,因为将信道分解后,不同的子信道其信号干扰噪声比也有所差异,因此匹配每个子信道的通信十分关键。然而,这种比特分配技术也存在着缺陷,首先可能增加接受和发送两端编译码的复杂性,其次可能因为信号星座的颗粒性造成通信容量损失,传输速率下降。 
   2预编码的优缺点 
  目前在欧美等国际标准化组织中的通信系统设计基本都采用MIMO系统,以便提高数据传输的速率。在使用MIMO技术系统时,为了让 3GPPLTE演进中的UE可以很好的反馈发射和接收天线信道,使其该系数信令开销增大,需要把目前的可能用到的MI? MO信道现状对应的系数首先转换为码本(Cedebook)的格式。码本是由矩阵组成的,这些矩阵能够反映所有的通信信道的信号特征,是需要预先定义[2]。因此,UE将MIMO信道系数转换为码本格式后,可以很好的了解信道系数,因此可以只通过反馈对应的矩阵来增强传输速度,但是这种方式在一定程度上并非增大信令开销,因此在一定成俗上对信道系数的测算不够精确。此外,国际上将MIMO技术也广泛应用于上下行信道之间、控制信道与业务信道之间、广播多播业务与单播业务之间,但随具体应用领域的不同而存在差异。目前欧美等国际标准化组织多侧重于单用户MIMO系统的相关研究,特别是在学术界,该技术成为各国学者研究的热点并持续了很久。同时各学者将MIMO技术预编码方向也也纳入了研究领域。特别是在欧洲和日本等地的大学、科研院所和企业也 纷纷开展了MIMO预编码方向的相关研究。随着研究的深入,预编码技术的研究向实用化和科学化的方向发展。如最初的单用户点对点MIMO传输,发展到点对多点的下行虚拟MIMO系统以及后来的点对多点的多用户协作MIMO预编码技术。同时该技术的应用范围也逐渐扩大。从最初的场飞AN领域到如今的移动蜂窝通信领域,发展速度,被多家企业推入市场。特别是多天线MIMO预编码技术已成为当前研究和应用的热点。如AirgNetworks采用多天线技术发展无线网络。多天线技术适用于与多个无线用户进行通信,因为该MIMO技术在通信接收过程中能够增强分集度、提高信息吞吐量,同时具有减少干扰的潜力。该技术明显的优势已促使其逐渐走向商品化。 
  在我国,虚拟MIMO技术市场化的例子屡见不鲜,2006年10月北电网络采用虚拟MIMO技术的进行无线传输试验,首次将MI? MO技术计入到互联网中,该项试验的主要目的是为了帮助4G运营商增加网络宽带用户数量。移动运营商通过少量的投资换来更大的利润。 

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