無(wú)線通信的空分復(fù)用技術(shù)研究現(xiàn)狀

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摘要：伴隨著信息技術(shù)的不斷革新，各類移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)發(fā)展起來(lái)，同時(shí)，人們對(duì)于無(wú)線通信傳輸速度的要求越來(lái)越高，進(jìn)而導(dǎo)致無(wú)線頻譜出現(xiàn)日益匱乏的問(wèn)題。近幾年來(lái)，在空分復(fù)用系統(tǒng)的研究基礎(chǔ)上，我國(guó)相關(guān)科學(xué)研究人員通過(guò)空間調(diào)制技術(shù)進(jìn)行了傳輸速率的優(yōu)化，并且沒(méi)有更改原有的收發(fā)端天線數(shù)量。與此同時(shí)，在不影響傳輸質(zhì)量的前提下大量運(yùn)用了MIMO系統(tǒng)，完成了天線數(shù)量的增加工作，在這一研究基礎(chǔ)上，筆者就無(wú)線通信中空分復(fù)用技術(shù)的研究現(xiàn)狀展開(kāi)分析，此次研究的目的是有效提升無(wú)線通信中空分復(fù)用技術(shù)的應(yīng)用水平。

關(guān)鍵詞：無(wú)線通信；空分復(fù)用技術(shù)；預(yù)編碼技術(shù)

隨著我國(guó)無(wú)線通訊事業(yè)的快速發(fā)展，在無(wú)線通信行業(yè)中出現(xiàn)的技術(shù)越來(lái)越多，在這種情況下，空分復(fù)用技術(shù)作為無(wú)線通信技術(shù)中的一項(xiàng)重要技術(shù)被應(yīng)用到現(xiàn)代化的無(wú)線通信事業(yè)發(fā)展中，應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)有效提升了無(wú)線通信信息傳輸?shù)乃俾?，并且保障了無(wú)線通信信息傳輸?shù)陌踩浴Ｒ虼?，需要專門研究空分復(fù)用技術(shù)，通過(guò)研究該技術(shù)有效找準(zhǔn)其應(yīng)用和現(xiàn)代化無(wú)線通訊事業(yè)發(fā)展的結(jié)合點(diǎn)，這樣才能全面保障無(wú)線通訊事業(yè)的建設(shè)，由此來(lái)看，研究空分復(fù)用技術(shù)具有現(xiàn)實(shí)性意義。

1大規(guī)模MIMO技術(shù)

1.1技術(shù)介紹

大規(guī)模MIMO技術(shù)主要是指利用大規(guī)模的天線數(shù)量，通過(guò)技術(shù)的應(yīng)用在同一時(shí)間同一頻率下為不同的通信用戶提供服務(wù)，并在這一基礎(chǔ)上將發(fā)射信號(hào)中的能量最大程度集中在更小的一個(gè)范圍內(nèi)[1]。大規(guī)模MIMO技術(shù)與傳統(tǒng)空分復(fù)用技術(shù)相比，構(gòu)成的原理基本一致，但是該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于能夠在原有技術(shù)上增加為3D信道并將天線發(fā)射陣擴(kuò)充為天線列陣，在波束的形成上，將天線幅度與相位的加權(quán)進(jìn)行了簡(jiǎn)化，研發(fā)出了更單純的相位加權(quán)。

1.2技術(shù)優(yōu)勢(shì)

大規(guī)模MIMO技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要包括以下幾點(diǎn)。（1）提升傳統(tǒng)信道的容納量以及傳輸速率。該技術(shù)投入使用后，可以將傳統(tǒng)的2D信道創(chuàng)新為3D信道，大幅度增加了目的區(qū)域接收的信號(hào)能量，減少了能量浪費(fèi)現(xiàn)象，同時(shí)也有效降低了通訊信號(hào)對(duì)于其他信號(hào)使用用戶的干擾[2]。（2）價(jià)格較為低廉。相較于傳統(tǒng)的通信技術(shù)來(lái)講，大規(guī)模MIMO系統(tǒng)可以利用數(shù)百根低價(jià)天線代替原本的高價(jià)天線，并且有效保證通信的質(zhì)量，同時(shí)，該天線的重量也比較輕，十分便于移動(dòng)。（3）縮短空中接口延遲時(shí)間。通常情況下，傳統(tǒng)的空分復(fù)用系統(tǒng)必須依賴于強(qiáng)大的多徑環(huán)境才能準(zhǔn)確完成相關(guān)信號(hào)處理工作，導(dǎo)致信號(hào)在傳遞的過(guò)程中存在一定的接收延遲時(shí)間差。但是大規(guī)模MIMO技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)就在于其本身的波束足夠大，無(wú)需延遲就能夠完成信號(hào)接收工作。

1.3技術(shù)劣勢(shì)

盡管大規(guī)模MIMO技術(shù)具有較大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，但其技術(shù)劣勢(shì)也比較明顯。其中，最為嚴(yán)重的劣勢(shì)即導(dǎo)頻的污染問(wèn)題。導(dǎo)頻污染指的是小區(qū)范圍內(nèi)，或者相鄰的小區(qū)范圍內(nèi)，因共用一個(gè)導(dǎo)頻序列，進(jìn)而使鏈路受到干擾的現(xiàn)象。通常情況下，為了有效避免這種干擾問(wèn)題發(fā)生，影響用戶使用，會(huì)采用正交上行的導(dǎo)頻序列[3]。然而，由于導(dǎo)頻序列的數(shù)量受到相干時(shí)間以及信道延遲擴(kuò)展的影響，導(dǎo)致用戶數(shù)量相對(duì)較大時(shí)，便會(huì)出現(xiàn)相鄰的兩個(gè)小區(qū)，或者一個(gè)小區(qū)的用戶共用一個(gè)導(dǎo)頻序列的現(xiàn)象，進(jìn)而使用戶的使用受到干擾。同時(shí)，還會(huì)對(duì)信道估計(jì)的下行波束的形成過(guò)程產(chǎn)生一定程度的影響，從而干擾系統(tǒng)運(yùn)行，對(duì)系統(tǒng)的性能產(chǎn)生負(fù)面影響。相關(guān)研究指出，與傳統(tǒng)的MIMO系統(tǒng)相比，大規(guī)模MIMO技術(shù)系統(tǒng)受到導(dǎo)頻污染的影響更為嚴(yán)重。同時(shí)，由于收發(fā)天線數(shù)量的不斷增加，使得導(dǎo)頻污染變成了影響大規(guī)模MIMO技術(shù)系統(tǒng)性能上限的重要因素之一[4]。

2空分復(fù)用系統(tǒng)

2.1預(yù)編碼技術(shù)

按照不同的信道狀態(tài)信息，發(fā)送端會(huì)對(duì)MIMO系統(tǒng)的發(fā)送信號(hào)實(shí)行預(yù)編碼處理，以此來(lái)降低甚至完全消除信道衰落等不良影響，進(jìn)而全面提升系統(tǒng)的實(shí)際容量以及信號(hào)的傳輸質(zhì)量，同時(shí)還可以合理簡(jiǎn)化信號(hào)接收端的檢測(cè)算法。按照處理方式的不同，預(yù)編碼技術(shù)主要包括兩種，即線性與非線性預(yù)編碼技術(shù)；而按照信道狀態(tài)獲取信息方式的不同，預(yù)編碼技術(shù)又可分為基于碼本與非碼本兩種。除此之外，在用戶數(shù)量比較多時(shí)，區(qū)分自身信號(hào)與其他用戶信號(hào)的難度較大，這種情況會(huì)造成共信道干擾，進(jìn)而對(duì)各個(gè)用戶的通信速度以及通信質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重的負(fù)面影響[5]。但是，預(yù)編碼技術(shù)的應(yīng)用，能夠顯著降低或者完全消除多用戶系統(tǒng)中共信道的干擾問(wèn)題。

2.2信道估計(jì)技術(shù)

空分復(fù)用技術(shù)，都是將發(fā)射端信號(hào)經(jīng)過(guò)信道干擾傳輸疊加到一起后，傳輸?shù)浇邮斩说?。因此，為了確保信息傳遞的準(zhǔn)確性與真實(shí)性，應(yīng)利用信道估計(jì)技術(shù)，對(duì)信道的特征進(jìn)行分析。當(dāng)前階段中，在我國(guó)科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的情況下，信道估技術(shù)得到了快速發(fā)展，從而出現(xiàn)了越來(lái)越多的相關(guān)技術(shù)。通過(guò)調(diào)查實(shí)際情況可以發(fā)現(xiàn)，主要應(yīng)用的技術(shù)有以下三種。一是基于導(dǎo)頻的信道估算法。利用該方法時(shí)，在發(fā)送信號(hào)之前，在收發(fā)兩端分別設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，當(dāng)發(fā)送端的信息到接收端后，通過(guò)設(shè)置的參數(shù)與信息進(jìn)行對(duì)比，從而獲得新的特征。這種方法估算出來(lái)的結(jié)果較為精確，但需要占用較多的資源，使整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率較低。二是基于信道判決反饋信道估計(jì)方式。應(yīng)用該方式時(shí)，通過(guò)信息的序列，推測(cè)出信道實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài)，并結(jié)合數(shù)據(jù)的傳遞的監(jiān)測(cè)情況，判斷出新的特征。該方法計(jì)算量較少，運(yùn)行較為簡(jiǎn)單，但如果信息傳輸時(shí)出現(xiàn)問(wèn)題，將會(huì)對(duì)計(jì)算帶來(lái)嚴(yán)重干擾。三是盲信道估計(jì)[6]。該方法需要設(shè)定約束條件，通過(guò)其判斷出信道的特征。采用該方法時(shí)，開(kāi)銷較小，但運(yùn)算過(guò)程較為復(fù)雜，導(dǎo)致其使用范圍受到限制。

2.3信號(hào)檢測(cè)技術(shù)

在整個(gè)空分復(fù)用技術(shù)中，信號(hào)檢測(cè)技術(shù)是最關(guān)鍵的一部分，通過(guò)該技術(shù)從諸多信號(hào)中篩選出有用的信息，從而為整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行奠定良好基礎(chǔ)。因此，在空分復(fù)用系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，該技術(shù)直接關(guān)系著整個(gè)系統(tǒng)的能力。當(dāng)前階段中，根據(jù)算法的不同，可以將信號(hào)檢測(cè)技術(shù)分為三種類型。一是ML檢測(cè)。該類型中涉及最大似然法，并分析了全部可能傳輸?shù)男盘?hào)，從中篩選最佳點(diǎn)當(dāng)成發(fā)送信號(hào)的估計(jì)值[7]。這種方法的比特誤差率最低，但發(fā)射端數(shù)量越多，運(yùn)算將會(huì)更加復(fù)雜。二是線性檢測(cè)。使用該技術(shù)時(shí)，通過(guò)其對(duì)諸多信號(hào)進(jìn)行整理，從而選出有用的信號(hào)。對(duì)信號(hào)進(jìn)行線性處理時(shí)，常常會(huì)受到其他信號(hào)的干擾。因此，比特誤差率較大。但在該方法中，只運(yùn)用了求逆和乘法，使得運(yùn)算較為簡(jiǎn)單。

3廣義空間索引調(diào)制

廣義空間索引調(diào)制是在現(xiàn)代化無(wú)線通信中經(jīng)常運(yùn)用到的一種天線傳輸系統(tǒng)，在其實(shí)際系統(tǒng)的應(yīng)用過(guò)程中，能夠有效提升信息傳輸速率，并且能夠有效提升信號(hào)傳輸能力。但是在實(shí)際技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中，由于其采用的傳輸形式以及傳輸能力不同，導(dǎo)致其和傳統(tǒng)的信號(hào)調(diào)制存在明顯的差別[8]。在廣義空間索引調(diào)制應(yīng)用過(guò)程中，待發(fā)送的數(shù)據(jù)由兩部分組成，一部分是數(shù)據(jù)傳輸?shù)男盘?hào)，另一部分是對(duì)接信息傳輸中的天線轉(zhuǎn)換?？傮w來(lái)說(shuō)，廣義上的空間索引調(diào)制，其核心技術(shù)應(yīng)用可以從以下幾個(gè)方面研究。首先是廣義無(wú)線空間索引調(diào)制，在其實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，能夠及時(shí)而有效地將外存儲(chǔ)空間中的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并且在數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，能夠直接映射在信息數(shù)據(jù)傳輸中，同時(shí)其映射傳輸?shù)臄?shù)據(jù)能夠進(jìn)行疊加，在疊加的作用下進(jìn)行專門性的拓展。因此，在廣義空間索引調(diào)制下的無(wú)線信息傳輸技術(shù)，其信息傳載的能力變得更為強(qiáng)大。其次是信號(hào)傳輸中的復(fù)雜空間信息分割，在實(shí)際調(diào)制過(guò)程中，由于調(diào)制的特殊性，因此，在調(diào)制中需要進(jìn)行專門性的調(diào)制數(shù)據(jù)分割，通過(guò)數(shù)據(jù)分割，從而有效拓展信息傳輸中的索引空間。這種拓展在其實(shí)際的信號(hào)轉(zhuǎn)換過(guò)程中，采用的是編碼空間索引，在BER索引傳輸性能的應(yīng)用中，有效提高了信息索引傳輸?shù)男?，同時(shí)也提升了信息傳輸?shù)乃俾省?/p>

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在現(xiàn)代化無(wú)線通信技術(shù)發(fā)展中，要想全面提升無(wú)線通信技術(shù)的應(yīng)用能力，就應(yīng)在發(fā)展過(guò)程中，加強(qiáng)對(duì)無(wú)線通信技術(shù)中的空分復(fù)用技術(shù)研究，這樣才能在研究過(guò)程中，有效找準(zhǔn)空復(fù)用技術(shù)應(yīng)用的策略。本文在實(shí)際研究過(guò)程中，全面分析了研究的現(xiàn)狀及在研究過(guò)程中的技術(shù)實(shí)踐方法，具體包括以下幾種：信道估計(jì)技術(shù)、信號(hào)檢測(cè)技術(shù)、廣義空間索引調(diào)制技術(shù)。

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作者:米貴山 吳鵬飛 單位:66135部隊(duì)