无线通信系统中的闭环MIMO技术综述

  其中，U和V分别是接收端和发射端的预处理矩阵，D是信道H的奇异值矩阵，U和V为酉矩阵，D为对角矩阵。

3  闭环MIMO技术分析

3.1  基于码本的预编码技术

    在实际通信系统中，反馈信道信息会占用较多的资源，而且在快衰落信道中，对反馈信息的效率和准确度要求较高，这时采用部分反馈的方法较为合适。最典型的部分反馈方案包括：基于码本的预编码，基于统计量的预编码等。接收端收到训练序列之后，从一系列的码字集中搜索出来的最佳的预编码矩阵 ，并将其序号和信道信噪比信息反馈给发射端。

    码本的构造和选择是预编码技术的首要问题。码本是对最优预编码矩阵的一个量化，码本的大小和各码字之间的距离影响预编码的性能。典型的码本构造包括Grassmannian方法和正交码字构造法。前者是根据决定Grassmannian流形来使得任意两个码字之间的欧氏距离最大，后者是利用正交矩阵进行构造，如FFT，DCT和Harmard矩阵等。前者属于非规则码字，两个码字之间有干扰，而后者任意两个码字之间相互正交。

3.2  基于SVD分解的预编码技术

    SVD分解相当于通过虚拟的m（m3.3  多用户系统的预编码技术

    随着MIMO技术的成熟，多用户MIMO技术也将应用于实际的无线通信系统。典型的应用如多个接收天线的移动台的多用户分集传输和多用户检测等，使系统的吞吐量最大化。预编码（波束成形）方法会选择最高SNR的用户，并使得不同用户之间的干扰最小。和点对点的系统相比，这时基站端不仅要处理不同移动台反馈的信道信息，还要对不同用户之间的预编码进行矩阵匹配，以获得最佳的数据传输。

    以上这些根据信道信息采用的预编码（波束成形）方案，其发射和接收机制的优化准则包括：

    （1）信道信息（CSI）的误差；

    （2）反馈信息（码本）的设计；

    （3）反馈信息的优化策略（码本的选择）。

4 仿真以验证预编码的效果。我们采用ITU信道模型（步行A，3km/h），设发射天线数为2，接收天线数为2，调制方式为64QAM，采用1/2卷积编码。发射天线和接收天线的相关系数分别为0.2和0，信道为平衰落Rayleigh信道模型，假设各天线间信道相互独立。基于无反馈STC空时编码、SVD的预编码反馈和理想反馈的误包率曲线如图4所示。从图中可以看出，闭环MIMO系统要优于开环系统，基于SVD的与编码系统要优于有码本的预编码系统。

                      图4  闭环和开环MIMO系统的性能比较

5  结束语

    从以上讨论和仿真结果可以看出，闭环MIMO技术是未来移动通信中一种很有潜力的技术。随着MIMO技术在蜂窝网中的应用越来越成熟，关于MIMO技术的研究也从单用户点到点的环境中扩大到多用户MIMO系统。多用户MIMO的闭环解决方案也是3G LTE和WiMAX系统的研究热点之一。最常见的解决方案包括：块对角化、逐次最优化、波束成形法以及结合空时编码来消除多用户之间的干扰。

    对于闭环MIMO-OFDM系统，如果各子载波都要进行信道信息反馈，则反馈链路的开销较大。如何设计减小反馈的数据量，也是MIMO-OFDM系统的研究热点之一。