西安电子科技大学纠错码课件8.MIMO技术与空时编码

对于快衰落信道，即信道的衰落矩阵H在每个符号周期都发 生变化，可用类似shannon信道容量来描述信道质量—— Ergodic信道容量(遍历信道容量)
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国家重点实验室 空时信道容量——Ergodic信道容量
CH
log
2
det
I
m*
P
n 2
Q
C
ECH
E log 2
det
I m*
P
n
2
Q
9
13
国家重点实验室 空时信道容量——Ergodic信道容量
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国家重点实验室 空时信道容量——Ergodic信道容量
Large Antenna Array Regime n=m SNR P / 2 Cnn SNR nc*SNR
c*SNR 2 log1 SNR 1 FSNR log e FSNR
To get a large capacity, multiple transmit and multiple receive antennas are needed.
在高信噪比区域，信道容量随r=min{m,n}线性增加。
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国家重点实验室 空时信道容量——Ergodic信道容量
For one transmit and m receive antenna, the capacity is
MIMO —— Space-Time Coded Modulation
国家重点实验室
Outlines
概述 空时信道模型及空时信道容量 空时码的设计准则
➢ 以分集增益为目标的秩距离准则 、迹距离准则 ➢ 以分集增益和复用增益最佳折中的设计准则
典型的空时编码调制技术
➢ BLAST ➢ STBC ➢ STTC ➢ 空频码及空时频码
Turbo空时结构
低复杂度的MIMO检测算法
2
国家重点实验室 MIMO技术与空时编码概念的提出
70年代，传输分集(Transmitter Diversity)技术 1995年，MIMO信道容量(Bell Lab.) 1996年，BLAST空时结构 1998年，Tarokh等系统地研究了空时码的设计思想及设计 方法，提出了STTC和OSTBC两种空时编码方法 2003 年，Zheng和Tse提出了分集增益和复用增益的最佳 折中问题，开辟了一个新的思路 2005年，GoldSmith研究了MIMO广播信道的容量问题， 由此引出了MIMO预编码技术及Dirty Paper Coding
国家重点实验室 空时信道容量——Ergodic信道容量
High SNR
CH
r
log(1
i 1
i P n 2
)
r
log1
P
n 2
1 r
r i 1
i2
C
r
log
P n
2
r i 1
E
log
i2
Hence, the full r degree of freedom is attained( r min{m,n} )
mLeabharlann P2log
2
e
At low snr, a n by m system yield a power gain of m over a single antenna system.
Thus, at low SNR and without channel knowledge at the transmitter, multiple transmit antennas are not very useful: the performance of an n by m channel is comparable with that of a 1 by m channel
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国家重点实验室
Outlines
概述 空时信道模型及空时信道容量 空时码的设计准则
➢ 以分集增益为目标的秩距离准则、迹距离准则 ➢ 以分集增益和复用增益最佳折中的设计准则
典型的空时编码调制技术
➢ BLAST ➢ STBC ➢ STTC ➢ 空频码及空时频码
Turbo空时结构
低复杂度的MIMO检测算法
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国家重点实验室
空时信道模型
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H
12
21
22
n1 n2
1m 2m nm
yt Hxt nt
yt y1,t , y2,t ,, ym,t T xt x1,t , x2,t ,, xn,t T
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国家重点实验室
空时信道容量-1
根据奇异值分解定理，信道矩阵H可写为：
H UDV
国家重点实验室
空时信道容量-2
天线 1 天线 2 天线 r
1 x1,t 2 x2,t r xr,t
天线 1 空时信道可等价为r个不相交的 并行子信道，每个子信道的增益
令
天线 2 等于矩阵H的一个奇异值。
天线 r
天线 r+1
天线 m
CH
W
r i1
log
2
1
i P n 2
W
log 2
r i1
1
i P n 2
m* min m, n
Q
HH , H H ,
mn mn
CH
log
2
det
I
m*
P n
2
Q
平坦衰落、且接收端可 准确估计信道衰落矩阵。
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国家重点实验室
空时信道容量-3
对于慢衰落信道，即信道的衰落矩阵H在很长一段时间不发 生变化，或者变化很缓慢，则用中断概率(Outage Probability)来描述信道容量
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国家重点实验室 空时信道容量——Ergodic信道容量
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国家重点实验室 空时信道容量——Ergodic信道容量
Low SNR
C
r i 1
E log(1
i P n 2
)
r i 1
P n 2
E i2
log 2 e
P
n 2
E
Tr
HH *
log 2
e
P
n 2
E
ij
2 hi, j log 2 e
其中，矩阵U和V分别为 m m 和 n n 的酉矩阵，D为 m n 对角阵，
且矩阵D对角线上的元素为矩阵HH 的特征值的均方根。
yt UDV xt nt
两端同乘U+，得：
yt Dxt nt
m>n时， yi,t i xi,t ni,t , i 1,2,, r
yi,t ni,t , i r 1,, m 6
FSNR
2
4SNR 1 1
4
4SNR
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国家重点实验室 空时信道容量——Outage Capacity
POut PI ( x, y) R
I x,
y
E log 2
det
I m*
P
n
2
Q
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国家重点实验室
利用MIMO资源的方式
利用(n,m)信道提供的独立衰落系数增加分集增益 (Space-Time Coding，空时编码技术)