摘 要: 提出了一種基于智能天線(SA)的多用戶MIMO-OFDM聯(lián)合發(fā)送(JT)方案，給出了系統(tǒng)模型，推導出了權向量和數(shù)據發(fā)送及檢測算法。通過在TD-SCDMA系統(tǒng)應用環(huán)境中的仿真和分析，表明基于SA的多用戶MIMO-OFDM的JT技術具有比基于多用戶MIMO的JT技術更優(yōu)良的誤比特率性能。
關鍵詞: 智能天線； 聯(lián)合發(fā)送； 多用戶MIMO-OFDM； TD-SCDMA

采用智能天線(SA) [1-3]波束形成技術可以增加TD-SCDMA系統(tǒng)小區(qū)的覆蓋范圍，改善鏈路質量。但是在智能天線主波束覆蓋范圍內往往有多個用戶存在，并導致多址干擾(MAI)和多用戶干擾。由BAIER P W等人提出的聯(lián)合發(fā)送技術(JT)[1-3]能有效降低MAI和多徑干擾，提高系統(tǒng)容量，降低移動終端的數(shù)據檢測復雜度，使移動終端的微型化、低功耗成為可能。
　將MIMO技術與OFDM技術相結合的MIMO-OFDM系統(tǒng)能有效克服多徑效應和頻率選擇性衰落帶來的不良影響，實現(xiàn)信號傳輸?shù)母叨瓤煽啃裕黾酉到y(tǒng)容量，提高頻譜利用率。
　本文深入研究了基于智能天線的多用戶MIMO-OFDM系統(tǒng)下的JT技術(簡稱JT-SA MIMO-OFDM)。通過在TD-SCDMA系統(tǒng)應用環(huán)境中的仿真，驗證了JT-SA MIMO-OFDM方案比JT MIMO方案[4-5]在系統(tǒng)誤比特率方面具有更優(yōu)越的性能。
1 系統(tǒng)模型及數(shù)據發(fā)送算法
　圖1給出了JT-SA MIMO-OFDM系統(tǒng)模型?；诖讼到y(tǒng)模型的數(shù)據發(fā)送及檢測算法的原理是首先在基站將發(fā)送給移動終端的數(shù)據串并變換后進行OFDM調制，然后進行聯(lián)合發(fā)送，基站發(fā)送天線采用智能天線下行波束形成技術，移動終端將經過匹配濾波后的數(shù)據進行OFDM解調后再進行并串變換即可得到檢測后的數(shù)據。

　　假定一個基站服務K個移動終端，每個移動終端采用KM元天線陣列，基站采用KB元天線陣列，基站為每個移動終端發(fā)送L個數(shù)據符號：



2 權向量的確定
由于TD-SCDMA是時分雙工的移動通信系統(tǒng)，其上行信道與下行非常接近，因此可以用上行時隙訓練序列估計得到的信道沖激響應作為下行鏈路的預計值，由此得到天線權值。
本文智能天線下行波束形成準則采用最小均方誤差準則(MMSE)，要求輸出信號y(k)與本地期望信號b(k)的均方誤差最小，尋求最佳權亦即解如下優(yōu)化問題：


C(k)=C■…C■■ (12)

4 仿真結果與結論
　本文對上述模型就TD-SCDMA系統(tǒng)環(huán)境進行了Monte Carlo仿真。仿真所用的系統(tǒng)參數(shù)如下：碼片速率1.28 Mchip/s，載波頻率2 GHz，采樣頻率8 000 Hz。擴頻碼為OVSF碼，擴頻因子Q=16，基站發(fā)送天線數(shù)為KB，用戶數(shù)為K,每用戶的接收天線數(shù)為KM，F(xiàn)FT的長度是256點，信號映射采用QPSK調制。信道為基于Clarke模型的四徑Rayleigh衰落信道，信道沖激響應有效長度W=4，基站采用最大似然算法估計信道沖激響應，并作為下行發(fā)送的信道矩陣。信道模型采用3GPP中TD-SCDMA的多徑衰落信道情況3的參數(shù)[6]：速度120 km/h，相對時延[0 781 1 563 2 344] ns，平均功率[0 -3 -6 -9] dB。
　圖2給出了當基站發(fā)送天線數(shù)和每用戶的接收天線數(shù)都為2且用戶數(shù)為16時，JT MIMO與JT-SA MIMO-OFDM誤比特率性能仿真結果。從仿真圖上可以看出，JT-SA MIMO-OFDM方案比JT-SA方案在系統(tǒng)誤比特率性能上有明顯的改善。如誤比特率為10-2時，JT-SA MIMO-OFDM相比JT MIMO有近1.5 dB的增益。隨著信噪比的增大，系統(tǒng)誤比特率性能改善更為顯著。

　圖3給出了用戶數(shù)不同對多用戶MIMO-OFDM下行鏈路JT-SA技術性能的影響?？梢钥闯?，隨著用戶數(shù)的增加，多用戶MIMO-OFDM下行鏈路JT-SA技術的系統(tǒng)性能有所下降。

　本文成功地將傳統(tǒng)JT技術和SA技術擴展到多用戶MIMO-OFDM系統(tǒng)中。給出了多用戶MIMO-OFDM下行鏈路模型，研究了數(shù)據發(fā)送及檢測算法。通過在TD-SCDMA系統(tǒng)應用環(huán)境中的仿真表明多用戶MIMO-OFDM的JT-SA技術可以獲得比多用戶MIMO的JT技術更好的系統(tǒng)誤比特率性能。說明多用戶MIMO-OFDM系統(tǒng)下的智能天線聯(lián)合發(fā)送方案具有良好的應用價值。
參考文獻
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