多用户MIMO技术主要应用于多天线基站的无线通信,即多天线基站同时与多个移动站通信。此外,还涉及向多个移动平台发送数据的多个基站的调度。 事实
多用户MIMO技术主要应用于多天线基站的无线通信,即多天线基站同时与多个移动站通信。此外,还涉及向多个移动平台发送数据的多个基站的调度。
事实上,许多发射终端可以与MIMO信道接收器合作无法配合的情况下,可以应用到这个模型进行分析。DSL系统下行链路中的每个用户线间的串扰是一个例子,多包多接入信道的基站与芯片互连的高速电路芯片和多址接入的正交频率复用(OFDM)等都可以。在蜂窝系统中的多径的情况下,如果适当的信号处理是在发送和接收端进行,串扰和衰减可以提供额外的分集度[8]。
随着多用户MIMO技术日趋成熟,许多企业正在逐步将其推向市场。例如,Airgo网络公司,ArrayComm和Vivato有802.11无线网络开发的多天线技术[3]。这种多天线接入技术能够增加吞吐量,提高分集,并减少多用户MIMO与多个无线用户通信时的干扰。
从某一个角度来讲,比方说信息论,有关单用户MIMO的信道容量的研究已经基本趋于饱和,而多用户信道由于太过复杂,许多相关问题还亟待解决。事实上,多用户信道容量是关于信息论的一个重要研究方向,在实际应用中有重大意义。
1.2.2 信道
多用户MIMO信道分为上行多址接入信道(MAC)和下行广播信道(BC),其中上行是用户到基站而下行是基站到用户。本课题研究重点是MIMO上行多址接入信道,但结果可以延伸到使用二重原理的MIMO下行广播信道。对于上行链路,用户向基站发送信号,信号处于同一频段,所有用户公用一个基站,用户数据的分类由基站完成,这就带来一个问题:基站该怎样针对不同的接入方式,采用不同的方法进行阵列处理,如何用多用户检测来识别各个用户的数据。在下行链路中,基站把接收到的数据转换成脉冲信号并调制,然后,经过多根天线发送出去,每一根接收天线收到的信号,都有一定的衰落和干扰,因此下行链路要对多址干扰问题进行处理,尽量减少影响。
在多用户MIMO系统中,每一个用户向基站发送信号时,由于距离较远,所以信道之间可以看作是彼此独立分布的,因此,用户虽然可以知道各自的信道情况,但却很难捕获其他用户的信息,而捕获其他用户信道情况则需要很大的成本,换句话说,用户之间交换信息的成本很高。而基站则承担了对用户信息处理的大部分工作,例如,在发射信号之前,要实现信号的波束成形,来消除干扰或在收到信号之后进行用户识别[3]。
与单用户MIMO系统相比,多用户MIMO的信道容量,是一种多维的容量域。容量域是用来衡量一个系统与多个用户同时通信的能力的标准。在一定的发射总功率下,用户分配到不同的发射功率,信息的传输速率也有所不同, 形成了以用户数量为基准的信道容量域。比如,k个用户,信道容量域就表示为k维的容量域[10]。
多址接入表示多个用户共用一个信道,它具有四种不同的方案:码分多址接入(Code Division Multiple Access,CDMA),空分多址接入(Space Division Multiple Access,SDMA),时分多址接入(Time Division Multiple Access,CDMA)以及频分多址接入(Frequency Division Multiple Access,CDMA)[2]。
1.2.3 调度算法
在实际的应用中,由于网络上的信息交换量巨大,所以需要仔细考虑与调度相关的问题。在同一时间段可能会有大量用户同时使用通信网络。基站此时必须为网络资源进行分配调度工作。否则有可能会导致信道的拥塞或资源的浪费。调度算法必须实现系统的吞吐量最大化,同时也要考虑用户之间的距离和时间的先后。这个问题十分复杂,需要经过大量计算来寻找一个最优方案。