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相關(guān)專(zhuān)題：
MIMO中的波束成形方式與智能天線系統(tǒng)中的波束成形類(lèi)似，在發(fā)射端將待發(fā)射數(shù)據(jù)矢量加權(quán)，形成某種方向圖后到達(dá)接收端，接收端再對(duì)收到的信號(hào)進(jìn)行上行波束成形，抑制噪聲和干擾。
與常規(guī)智能天線不同的是，原來(lái)的下行波束成形只針對(duì)一個(gè)天線，現(xiàn)在需要針對(duì)多個(gè)天線。通過(guò)下行波束成形，使得信號(hào)在用戶(hù)方向上得到加強(qiáng)，通過(guò)上行波束成形，使得用戶(hù)具有更強(qiáng)的抗干擾能力和抗噪能力。因此，和發(fā)分集類(lèi)似，可以利用額外的波束成形增益提高通信鏈路的可靠性，也可在同樣可靠性下利用高階調(diào)制提高數(shù)據(jù)率和頻譜利用率。
典型的波束成形可以有以下兩種分類(lèi)方式：
1.按照信號(hào)的發(fā)射方式分類(lèi)：
● 傳統(tǒng)波束成形：當(dāng)信道特征值只有一個(gè)或只有一個(gè)接收天線時(shí)，沿特征向量發(fā)射所有的功率實(shí)現(xiàn)波束成形。
● 特征波束成形（Eigen-beamforming）：對(duì)信道矩陣進(jìn)行特征值分解，信道將轉(zhuǎn)化為多個(gè)并行的信道，在每個(gè)信道上獨(dú)立傳輸數(shù)據(jù)。
2.按反饋的信道信息分類(lèi)：
● 瞬時(shí)信道信息反饋
● 信道均值信息反饋
● 信道協(xié)方差矩陣反饋
上行天線選擇
對(duì)于FDD模式，存在開(kāi)環(huán)和閉環(huán)兩種天線選擇方案。開(kāi)環(huán)方案即UMTS系統(tǒng)中的時(shí)間切換傳輸分集（TSTD）。在開(kāi)環(huán)方案中，上行共享數(shù)據(jù)信道在天線間交替發(fā)送，這樣可以獲得空間分集，從而避免共享數(shù)據(jù)信道的深衰落。在閉環(huán)天線選擇方案中，UE必須從不同的天線發(fā)射參考符號(hào)，用于在基站側(cè)提前進(jìn)行信道質(zhì)量測(cè)量，基站選址可以提供更高接收信號(hào)功率的天線，用于后續(xù)的共享數(shù)據(jù)信道傳輸，被選中的天線信息需要通過(guò)下行控制信道反饋給目標(biāo)UE，最后，UE使用被選中的天線進(jìn)行上行共享數(shù)據(jù)信道傳輸。
對(duì)于TDD模式，可以利用上行與下行信道之間的對(duì)稱(chēng)性，這樣，上行天線選擇可以基于下行MIMO信道估計(jì)來(lái)進(jìn)行。
一般來(lái)講，最優(yōu)天線選擇準(zhǔn)則可分為兩種：一種是以最大化多天線提供的分集來(lái)提高傳輸質(zhì)量；另一種是以最大化多天線提供的容量來(lái)提高傳輸效率。
與傳統(tǒng)的單天線傳輸技術(shù)相比，上行天線選擇技術(shù)可以提供更多的分集增益，同時(shí)保持著與單天線傳輸技術(shù)相同的復(fù)雜度。從本質(zhì)上看，該技術(shù)是以增加反饋參考信號(hào)為代價(jià)而取得了信道容量提升。
上行多用戶(hù)MIMO
對(duì)于LTE系統(tǒng)上行鏈路，在每個(gè)用戶(hù)終端只有一個(gè)天線的情況下，如果把兩個(gè)移動(dòng)臺(tái)合起來(lái)進(jìn)行發(fā)送，按照一定方式把兩個(gè)移動(dòng)臺(tái)的天線配合成一對(duì)，它們之間共享配對(duì)的兩天線，使用相同的時(shí)/頻資源，那么這兩個(gè)移動(dòng)臺(tái)和基站之間就可以構(gòu)成一個(gè)虛擬MIMO系統(tǒng)，從而提高上行系統(tǒng)的容量。由于在LTE系統(tǒng)中，用戶(hù)之間不能互相通信，因此，該方案必須由基站統(tǒng)一調(diào)度。
用戶(hù)配對(duì)是上行多用戶(hù)MIMO的重要而獨(dú)特的環(huán)節(jié)，即基站選取兩個(gè)或多個(gè)單天線用戶(hù)在同樣的時(shí)/頻資源塊里傳輸數(shù)據(jù)。由于信號(hào)來(lái)自不同的用戶(hù)，經(jīng)過(guò)不同的信道，用戶(hù)間互相干擾的程度不同，因此，只有通過(guò)有效的用戶(hù)配對(duì)過(guò)程，才能使配對(duì)用戶(hù)之間的干擾最小，進(jìn)而更好地獲得多用戶(hù)分集增益，保證配對(duì)后無(wú)線鏈路傳輸?shù)目煽啃约敖研浴Ｄ壳耙烟岢龅呐鋵?duì)策略如下。
● 正交配對(duì)：選擇兩個(gè)信道正交性最大的用戶(hù)進(jìn)行配對(duì)，這種方法可以減少用戶(hù)之間的配對(duì)干擾，但是由于搜尋正交用戶(hù)計(jì)算量大，所以復(fù)雜度太大。
● 隨機(jī)配對(duì)：這種配對(duì)方法目前使用比較普遍，優(yōu)點(diǎn)是配對(duì)方式簡(jiǎn)單，配對(duì)用戶(hù)的選擇隨機(jī)生成，復(fù)雜度低，計(jì)算量小。缺點(diǎn)是對(duì)于隨機(jī)配對(duì)的用戶(hù)，有可能由于信道相關(guān)性大而產(chǎn)生比較大的干擾。
● 基于路徑損耗和慢衰落排序的配對(duì)方法：將用戶(hù)路徑損耗加慢衰落值的和進(jìn)行排序，對(duì)排序后相鄰的用戶(hù)進(jìn)行配對(duì)。這種配對(duì)方法簡(jiǎn)單，復(fù)雜度低，在用戶(hù)移動(dòng)緩慢、路徑損耗和慢衰落變化緩慢的情況下，用戶(hù)重新配對(duì)頻率也會(huì)降低，而且由于配對(duì)用戶(hù)路徑損耗加慢衰落值相近，所以也降低了用戶(hù)產(chǎn)生“遠(yuǎn)近”效應(yīng)的可能性。缺點(diǎn)是配對(duì)用戶(hù)信道相關(guān)性可能較大，配對(duì)用戶(hù)之間的干擾可能比較大。
綜上，MIMO傳輸方案的應(yīng)用可以概括為下表：
|
傳輸方案 |
秩 |
信道相關(guān)性 |
移動(dòng)性 |
數(shù)據(jù)速率 |
在小區(qū)中的位置 |
|
發(fā)射分集(SFBC) |
1 |
低 |
高/中速移動(dòng) |
低 |
小區(qū)邊緣 |
|
開(kāi)環(huán)空間復(fù)用 |
2/4 |
低 |
高/中速移動(dòng) |
中/低 |
小區(qū)中心/邊緣 |
|
雙流預(yù)編碼 |
2/4 |
低 |
低速移動(dòng) |
高 |
小區(qū)中心 |
|
多用戶(hù)MIMO |
2/4 |
低 |
低速移動(dòng) |
高 |
小區(qū)中心 |
|
碼本波束成形 |
1 |
高 |
低速移動(dòng) |
低 |
小區(qū)邊緣 |
|
非碼本波束成形 |
1 |
高 |
低速移動(dòng) |
低 |
小區(qū)邊緣 |
理論上，虛擬MIMO技術(shù)可以極大低提高系統(tǒng)吞吐量，但是實(shí)際配對(duì)策略以及如何有效地為配對(duì)用戶(hù)分配資源的問(wèn)題，都會(huì)對(duì)系統(tǒng)吞吐量產(chǎn)生很大的影響。因此，需要在性能和復(fù)雜度兩者之間取得一個(gè)良好的折中，虛擬MIMO技術(shù)的優(yōu)勢(shì)才能充分發(fā)揮出來(lái)。
