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下一代移动通信关键技术在高速无线局域网中的应用

摘要:随着时代的发展,多入多出(MIMO)技术已经成为了下一代

无线局域网通讯技术的关键技术之一。由于其有着广阔的发展前景,

不少研究单位已经纷纷对其进行MIMO的研究。但是实际的使用过

程中,多入多出总是需要一个基站(BS)同时和多个移动台(MS)进行通

信,比如最常见的蜂窝系统和无线局域网(WLAN)等。下一代移动通讯

技术在高速无线局域网中,已经成研究的热点,值得我们进行关注。

关键词:多入多出(MIMO)基站

1多用户MIMO系统概述

多输入多输出(MIMO)技术是指在发射端和接收端分别使用多个

发射天线和接收天线,信号通过发射端和接收端的多个天线传送和接

收,从而改善每个用户的服务质量(误比特率或数据速率)。MIMO技术

对于传统的单天线系统来说,能够大大提高频谱利用率,使得系统能在

有限的无线频带下传输更高速率的数据业务。

1.1MIMO系统的信号处理

早期关于MIMO技术的研究大多数还集中在单用户点到点的环

境中,而没有考虑其他用户的共信道干扰。最近,人们将研究重点逐渐

转移到多用户MIMO信道中。在多用户MIMO系统的下行链路中采

用空分多址(SCDMA)可以给系统吞吐量带来可观的增益。这样的多

用户MIMO系统的技术难点在于如何设计发射向量以消除用户间的

共信道干扰。虽然对于一般的多用户MIMO信道,这两个问题都没有

闭环解决方案,但是强加某些特定的限制时可以得到闭环解决方案。

最常见的包括: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。

1.2MIMO系统多信道的容量分析

从理论上来说,高速无线局域网系统的容量域已经非常清楚,但是

如何让容量域满足各种用户对传输速率的要求,仍然没有很好地解

决。从结构来看,这是一个非线性优化问题,采用传统的凸优化的方法

虽然可以得到解决,但是计算量会非常庞大,必须寻找简单快速的方

法。但是实际网络中不同用户位于网络中的不同位置,采用相同速率

加权值的做法会导致网络边缘用户的传输速率得不到保证,所以应对

长期传输速率比较低的用户给予较大的速率加权值以提高该用户的

传输速率。

目前,各国已开始或者计划进行新一代移动通信技术(后3G或者

4G)的研究,争取在未来移动通信领域内占有一席之地。随着技术的发

展,未来移动通信宽带和无线接入融合系统成为当前热门的研究课题,

而MIMO系统是人们研究较多的方向之一。由于多输入多输出

(MIMO)系统可以成倍地提高系统容量,实现高频谱效率,使得点对多

点的多用户MIMO下行链路系统逐渐增多,但其通信性能会受到多用

户、多天线造成的共信道干扰(CCI)影响,需要在收发机两端采用一些

必要的信号处理技术。

但是在实际的通信场景中,移动台之间无法进行协作,而一个基站

可以和多个移动台同时通信,因此可以将复杂的信号处理放在基站中

完成,从而实现空分多址复用(SDMA)并消除CCI。这种在基站侧消除

干扰的技术称为预编码或者预均衡技术。

2当前高速无线局域网的研究

当前无线网络通讯主要采用无线信号进行传递网络信息,其主要

的分层协议模型为:物理层、链路层、网络层等。如果保持严格的模

块化,也就是说每层只与相邻层通信,则网络效率较低,甚至可能产生

负面影响。为了能够更高效率的使用网络通讯,因此采用跨层传递网

络技术已经逐渐被引入无线局域网中,其主要的方法就是通过网络层

间的算法,处理不同协议网络的信息传递的内容,例如安全数据、服务

信息,移动数据等。由于媒体接入控制(MAC)层可以分配较长的信道

占用时间给调质速率较低的链路,来满足吞吐量的限制;网络层的路由

协议可以重传信息,以减小高速率下的拥塞;应用层可用编码解决不同

路径的分集。对于网络跨层设计来说,其核心的内容是通过找出关键

层以及次要层,其中,关键层即需要重点考虑的一层,次要层是指忽略

该层之后系统所产生的性能损失能够达到最