CONTENTS

MIMO技術原理及關鍵技術

MIMO技術概述MIMO系統的基本原理

MIMO系統中的空時處理技術

MIMO的關鍵技術MIMO系統在通信系統中的應用LTE現代移動通信技術第五章CONTENTSMIMO技術原理及關鍵技術LTE現代移MIMO技術原理及關鍵技術1.MIMO技術概述05核桃AIMIMO技術原理及關鍵技術1.MIMO技術概述05核桃AI2隨著無線通信技術的快速發展，頻譜資源的嚴重不足己經日益成為遏制無線通信事業的瓶頸。所以如何充分開發利用有限的頻譜資源，提高頻譜利用率，是當前通信急需解決的挑戰之一。MIMO技術被認為是未來移動通信與個人通信系統實現高速率數據傳輸，提高傳輸質量的重要途徑。隨著無線通信技術的快速發展，頻譜資源的嚴重不足己經日益成為遏35.1MIMO技術概述MIMO技術指的是多天線發多天線收，從理論上可以證明，如果在發射端和接收端同時使用多天線，那么這種MIMO系統的內在信道并行性必然在提高整個系統容量的同時，提高系統性能。MIMO技術利用多個發射天線和多個接收天線來抑制信道衰落，提高信道容量，提高頻譜利用率，總之MIMO技術有效利用了隨機衰落和多徑傳播力量，在同樣的帶寬條件下為無線通信的性能帶來改善核桃AI5.1MIMO技術概述MIMO技術指的是多天線發多天線收，4MIMO技術原理及關鍵技術2.MIMO系統的基本原理05核桃AIMIMO技術原理及關鍵技術2.MIMO系統的基本原理05核5

5.2.1MIMO系統模型考慮一個點到點的MIMO通信系統，該系統包括個發送天線和個接收天線。系統框圖如圖5.1所示：核桃AI圖5.1MIMO系統結構圖5.2.1MIMO系統模型考慮一個點到點的MIMO通信65.2.2MIMO信道在此以基站和移動臺作為發射端和接收端來分析。圖5-1所示的兩個線性天線陣列，在基站的天線陣列上的信號表示為,同理在移動臺天線陣列上的信號為。

1．信道模型核桃AI1）非頻率選擇性信道模型在非頻率選擇性衰落情況下，MIMO信道模型相對比較簡單，由于各天線間的子信道等效成一個瑞利的子信道。2）頻率選擇性信道模型此時MIMO信道模型矩陣可以表示為

其中

5.2.2MIMO信道在此以基站和移動臺作為發射端和接收75.2.2MIMO信道圖5.2給出的將頻率選擇性信道表示為抽頭延時模型，不過在這里L個時延的信道系數用矩陣表示，如圖5.2所示。矢量和之間的關系可以表示為。

1．信道模型核桃AI

圖5.2抽頭延時模型5.2.2MIMO信道圖5.2給出的將頻率選擇性信道表示85.2.2MIMO信道1）信道相關模型對于典型的城區環境進行研究，設定移動臺被許多散射體包圍，基站天線附近不存在本地散射物，基站天線陣列位于本地散射物之上，這樣使得在基站觀察到的功率方位譜（PAS）被限制在相對窄的波束內。2．相關信道核桃AI

2）信道相關系數天線間的相關系數具有指數形式、Salz-Winters形式等，這一小節將對這兩種形式進行具體的分析。5.2.2MIMO信道1）信道相關模型2．相關信道核桃A95.2.3MIMO信道容量1．平均功率分配的MIMO信道容量核桃AI假定信道容量的分析模型為復數基帶線性系統，發送端配有根天線，接收端配有根天線，發射端未知信道的狀態信息，總的發射功率為P，每根天線的功率為P/,接收天線接收到的總功率等于總的發射功率，信道受到加性白高斯噪聲（AWGN）的干擾，且每根天線上的噪聲功率為，于是每根接收天線上的信噪比（SNR）為，并且假定發射信號的帶寬足夠窄，信道的頻率響應可以認為是平坦的，且的復矩陣H來表示信道矩陣，H的第ji元素表示第i根發射天線到第j根接收天線的信道衰落系數。下面分別分析單輸入單輸出（SISO）、多輸入單輸出（MISO）、單輸入多輸出（SIMO）和多輸入多輸出（MIMO）4中情況的信道容量。一般來說，當平均發射功率一定時，信道容量與最小的天線數成正比。因此在理論上，對于理想的隨機信道，可以獲得無限大的信道容量，只要能為多根天線和相應的射頻鏈路付出足夠的代價和提供更大的空間，實際上這是不可能的，因為它要受到實現方法和物理信道本身的限制。5.2.3MIMO信道容量1．平均功率分配的MIMO信道105.2.3MIMO信道容量2．自適應功率分配的MIMO信道容量核桃AI

1）奇異值與特征值分析法MIMO技術的研究的目的時為了探求在豐富的多徑環境下，如何去獲得多個有效的通信正交子信道，以便進一步增加鏈路兩端的信道容量。正交性意味著這些子信道互相之間是獨立的，在數學上，兩個終端之間的獨立子信道數目可以通過信道矩陣H進行奇異值分解（SVD）或者對瞬時相關矩陣R進行特征值（EVD）來估計。2）信道容量的特征值表示與分析前面的小節中已經給出了平均功率分配方案下的MIMO信道容量的計算公式為了突出L條并行子信道的作用5.2.3MIMO信道容量2．自適應功率分配的MIMO信11MIMO技術原理及關鍵技術5.3MIMO系統中的空時處理技術05核桃AIMIMO技術原理及關鍵技術5.3MIMO系統中的空時處理12目錄文件概念文件屬性、操作、類型目錄結構樹形目錄無環圖目錄文件系統支持VFSNFSFAT13目錄文件概念13文件概念文件操作系統對存儲設備的物理屬性加以抽象，定義的邏輯存儲單位文件是邏輯外存的最小分配單元數據只能通過文件才能寫入外存中可存儲許多不同類型的信息文件保存在目錄中通過目錄可以找到目標文件14文件概念文件14文件屬性每個文件除了保存的信息外，還有額外的屬性用于辨識、分類、定位、保護等根據不同的操作系統，文件屬性主要包括名稱標識符類型位置尺寸保護時間、日期和用戶標識15文件屬性每個文件除了保存的信息外，還有額外的屬性15文件屬性名稱文件名稱是以人類可讀形式來保存的唯一信息用戶通過文件名稱引用文件標識符標識符通常為數字，用于唯一標識文件系統中的文件標識符是文件人類不可讀的名稱16文件屬性名稱16文件屬性類型支持不同類型文件的操作系統需要該屬性在Windows和Linux操作系統中，通過文件名的擴展名標識文件類型.txt為文本文件.exe為可執行文件位置指向設備與設備上下文位置的指針操作系統通過該指針訪問文件內容17文件屬性類型17文件屬性尺寸用于標識文件大小（以字節、字或塊為單位）包括文件當前大小和可能允許的最大尺寸保護用于文件的控制訪問權限包括讀取、寫入、執行等操作權限時間、日期和用戶標識保存文件創建、最后修改和最后使用的信息18文件屬性尺寸18文件類型文件類型用于標識文件的含義與用途操作系統可以阻止用戶用不合理的方式操作文件例如，執行一個文本文件操作系統通常通過文件擴展名判斷文件類型用戶同樣可以通過文件名得知文件類型應用程序也可根據擴展名找到自己感興趣的文件19文件類型文件類型用于標識文件的含義與用途19文件類型物聯網操作系統支持的常見文件類型20文件類型常用擴展名含義

可執行文件.exe，.com，.bin可運行的機器語言程序目標文件.obj，.o已編譯的、尚未鏈接的機器語言源代碼文件.c，.cpp，.java，.perl，.asm各種語言的源代碼批處理文件.bat，.sh命令解釋程序的命令標記文件.xml，.html，.tex文本數據、文檔文字處理文件.xml，.rtf，.docx各種文字處理程序的文件庫文件.lib，.a，.so，.dll為程序員提供的程序庫打印或可視文件.gif，.pdf，.jpg打印或圖像格式的二進制文件檔案文件.rar，.zip，.tar壓縮文件，用于歸檔存儲多媒體文件.mpeg，.mov，.mp3，.mp4包含音頻或視頻信息的二進制文件文件類型物聯網操作系統支持的常見文件類型20文件類型常用擴展文件操作文件是抽象的數據類型需要考慮可對文件執行的操作操作系統提供了基本的文件操作創建文件寫入文件讀取文件重新定位文件刪除文件截斷文件21文件操作文件是抽象的數據類型21文件操作創建文件創建文件需要兩個步驟在文件系統中找到足夠的空間在目錄中創建新的文件條目寫入文件使用系統調用指明文件名和要寫入的文件信息根據給定的文件名稱，系統搜索目錄以查找文件位置系統保留寫指針（WritePointer），指向寫操作的位置寫入時，通過寫指針寫入信息并更新寫指針22文件操作創建文件22文件操作讀取文件使用系統調用指明文件名稱和目標內存地址根據給定的文件名稱，系統搜索目錄以查找文件位置系統保留讀指針（ReadPoint），指向讀操作的位置讀取時，根據讀指針讀取內容并更新讀指針讀和寫操作可公用指針，以節省空間重新定位文件搜索目錄以尋找指定文件的條目將當前文件位置指針重新定位到初始值23文件操作讀取文件23文件操作刪除文件在目錄中搜索給定名稱的文件找到關聯的目錄條目后，釋放所有文件空間刪除目錄條目截斷文件用戶可以刪除文件的內容，但保留它的屬性除文件長度外，所有屬性保持不變文件重置為零，釋放其文件空間24文件操作刪除文件24目錄概述系統中存在大量的文件，需要額外的管理目錄對文件進行分類存儲，以方便管理和索引文件轉換為目錄條目，保存了文件所有的信息目錄結構有多種類型單級目錄樹形目錄無環圖目錄25目錄概述系統中存在大量的文件，需要額外的管理25目錄概述目錄支持的操作搜索文件根據文件名稱或符號，找到指定文件創建目錄創建新的目錄并添加到原有目錄中刪除目錄刪除目錄及其所有文件遍歷目錄遍歷目錄內的文件，獲取文件屬性或內容重命名文件重命名文件允許改變目錄結構內的位置遍歷文件系統訪問每個目錄和目錄中的每個文件26目錄概述目錄支持的操作26樹形目錄目錄分級是常用的目錄結構劃分思路目錄分級將文件劃分成多個類，便于文件索引根據不同的功能和需求，目錄分級包括單級目錄兩級目錄多級目錄27樹形目錄目錄分級是常用的目錄結構劃分思路27樹形目錄單級目錄最簡單的目錄結構所有文件保存在同一個目錄中根據文件名定位文件28樹形目錄單級目錄28樹形目錄單級目錄的缺點所有文件必須擁有唯一的名稱用于索引通過文件名稱進行索引的過程十分耗時不同用戶的文件也不能重名單級目錄的適用場景單用戶文件數量少29樹形目錄單級目錄的缺點29樹形目錄兩級目錄每個用戶擁有單獨的目錄（UserFileDirectory，UFD）用戶的所有文件保存在自己的目錄中30樹形目錄兩級目錄30樹形目錄兩級目錄的用戶隔離特性每個用戶擁有獨立的文件空間不同用戶可以擁有相同名稱的文件刪除文件時，僅刪除自己UFD中的文件避免意外刪除其他用戶的文件文件路徑當訪問其他用戶的文件時，需要同時給出用戶名和文件名，即組成了文件路徑名文件擁有唯一的路徑名31樹形目錄兩級目錄的用戶隔離特性31樹形目錄多級目錄將兩級目錄推廣到更多層允許用戶創建自己的子目錄子目錄同樣是一個文件，以目錄條目的形式存在目錄條目中標識該條目為文件或子目錄子目錄中包含了多個文件或子目錄32樹形目錄多級目錄325.3MIMO系統中的空時處理技術核桃AI

MIMO系統通過多天線發送并由多天線接收實現最佳處理，可達到很高的信道容量且具有很強的抗衰落能力。這種最佳處理是通過空時編碼和解碼實現的，即在繼續使用傳統通信系統具有的時間維的基礎上，通過使用多副天線來增加空間維，從而實現多維的信號處理。空時塊編碼（STBC）、空時格碼（STTC）和分層空時碼（LST）是三種常見的空時編碼，其中，STBC具有良好的分集增益；STTC不僅具有優良的分集增益，還具有良好的編碼增益；LST結構可獲得較高的復用增益。以下主要就STBC，STTC和LST三種空時碼的編碼原理和譯碼準則進行詳細地介紹。5.3MIMO系統中的空時處理技術核桃AIMIMO系統通335.3.1空時碼的設計核桃AI在MIMO系統中，信號的輸入輸出關系可用矩陣式（5.38）表示其中y、x

、n分別表示輸出、輸入、噪聲向量，為信道的沖激響應矩陣1．最大似然檢測若接收端已知信道的沖激響應矩陣H

。對于給定的接收矩陣Y

，最大似然發送矩陣滿足式（5.40）從式可以得到空時碼的設計準則2．空時碼的設計準則5.3.1空時碼的設計核桃AI在MIMO系統中，信號的輸345.3.2空時塊編碼（STBC）圖5.6AlamoutiSTBC編碼器結構STBC能使MIMO系統獲得良好的分集增益，其本質是將信號經過正交編碼后由兩根天線發送，由于經過正交編碼后的信號相互獨立，所以在接收端可以很容易的將兩路信號區別開來。在接收端只需進行簡單的線性合并即可獲得發送信號。1．AlamoutiSTBC在AlamoutiSTBC編碼器結構如圖5.6所示圖5.6AlamoutiSTBC編碼器結構5.3.2空時塊編碼（STBC）圖5.6Alamout355.3.2空時塊編碼（STBC）核桃AI在接收端采用如圖5.7的譯碼器結構進行譯碼。圖5.7兩發一收的AlamoutiSTBC譯碼器結構5.3.2空時塊編碼（STBC）核桃AI在接收端采用如圖365.3.2空時塊編碼（STBC）核桃AI假設在接收端可以獲得理想的信道估計，且每個信號落到信號星座圖上的概率是等概的，則最大似然譯碼算法要求在信號星座圖上選擇一對信號來最小化與接收信號之間的歐氏距離3．多接收天線下的譯碼算法兩發一收的STBC最大似然譯碼準則可以很容易地推廣到多個接收天線。令第個接收天線相鄰連續兩個符號周期的信號為

2．AlamoutiSTBC最大似然譯碼算法4．STBC編碼STBC編碼器的基本原理如圖5.8所示，信源發出的數據首先經過調制，然后進行STBC，經過STBC后的數據被分別送至根天線，經根天線發送。STBC的輸出可以用一個的矩陣x表示，其中為發送天線的數目，P

為發送每個塊所需要的周期5.3.2空時塊編碼（STBC）核桃AI假設在接收端可以375.3.2空時塊編碼（STBC）5．STBC最大似然譯碼核桃AI假設信道的沖擊響應在個符號周期內不變，即在接收端采用最大似然譯碼，同Alamouti譯碼一樣，也可以利用統計判決理論來估計發送信號。

5.3.2空時塊編碼（STBC）5．STBC最大似然譯碼385.3.3空時格碼（STTC）核桃AISTTC是由空時延時分集發展而來的，它利用網格圖將同一信號通過多根天線發送，在接收端采用Viterbi譯碼。STTC將編碼、調制、和發射分集結合在一起，可同時獲得編碼增益和分集增益，同時還可提高MIMO系統的頻譜利用率。1．STTC的模型STTC系統模型如圖5.9所示圖5.9STTC系統模型5.3.3空時格碼（STTC）核桃AISTTC是由空時延395.3.3空時格碼（STTC）2．STTC編碼器核桃AI

STTC編碼器實際上是定義在有限域上的卷積編碼器。對于根發送天線，采用MPSK調制的STTC編碼器的結構如圖5.10所示。5.3.3空時格碼（STTC）2．STTC編碼器核桃AI405.3.3空時格碼（STTC）3．STTC編碼設計準則核桃AI準靜態衰落信道條件下STTC碼的設計準則。（1）秩準則（2）行列式準則2）快衰落信道條件STTC設計準則（1）距離準則（2）乘積準則5.3.3空時格碼（STTC）3．STTC編碼設計準則核415.3.4分層空時碼（LST）核桃AILSTC能構極大的提高MIMO系統的頻譜利用率，即可以獲得良好的復用增益。其最大的優點在于允許采用一維的處理方法對多維空間信號進行處理，因此極大地降低了譯碼的復雜度。1．LST的分類根據LST結構中是否進行糾錯編碼和調制后信號的分配形式的不同，LST可分為VLST、HLST、DLST、TLST等。LST實際上描述了空時多維信號發送的結構。最簡單的未進行編碼的LST結構就是貝爾實驗室提出的VLST或稱為V-BLST（verticalBellLaboratorieslayeredspace-time，垂直結構的分層空時碼），其結構如圖5.12所示。5.3.4分層空時碼（LST）核桃AILSTC能構極大的425.3.4分層空時碼（LST）2．VLST的接收核桃AIVLST可以采用最大似然譯碼算法進行譯碼，但最大似然譯碼算法復雜度較高。因此提出了許多簡化的算法如ZF（迫零）算法、QR算法及MMSE（最小均方誤差）算法.1）ZF算法2）QR算法3）MMSE算法5.3.4分層空時碼（LST）2．VLST的接收核桃AI435.3.4分層空時碼（LST）2．VLST的接收核桃AIVLST可以采用最大似然譯碼算法進行譯碼，但最大似然譯碼算法復雜度較高。因此提出了許多簡化的算法如ZF（迫零）算法、QR算法及MMSE（最小均方誤差）算法.1）ZF算法2）QR算法3）MMSE算法5.3.4分層空時碼（LST）2．VLST的接收核桃AI445.3.5 STBC、STTC、LST的改善方案核桃AI為進一步提高空時處理技術的性能，目前主要的研究方向主要有空時處理的性能及設計和空時技術的應用。這些經過改良的技術在一定程度上都提高了空時處理技術的有效性和可靠性，能進一步提高MIMO系統的性能。1.基于STBC的改善方案線性預編碼是一種糾錯編碼，用于糾正由于信道衰落在子載波上的出現零點而引起的誤碼。其主要特點是譯碼復雜度低，延遲較小且引入的冗余信息比其他糾錯編碼小。在發送端，線性預測編碼將個符號線性變換到個符號（）。在接收端，可以根據復雜度和性能要求，選擇ML譯碼、球形譯碼、迫零譯碼、MMSE均衡或者Viterbi譯碼算法。線性編碼和STBC編碼結合可進一步提高MIMO系統的性能。1）STBC與LST結合2）STBC與天線優選技術結合5.3.5 STBC、STTC、LST的改善方案核桃AI為進455.3.5 STBC、STTC、LST的改善方案核桃AI2.基于STTC的改善方案STTC不僅可以獲得很高的分集增益，還可以獲得較高的編碼增益。但是由于STTC一般要采用Viterbi譯碼，復雜度比較高。基于STTC的改善方案一般采用延遲發射分集。延遲發射分集可以看作是STTC的特例，它結構簡單，性能也較好，因此具有較大的實用價值。延遲發射分集的原理是：將發送信號從一個天線上發射出去，同時將相同的發送信號延遲一定時間從另一發射天線上發射出去，相當與信道有兩徑，且時延是已知的，信道在頻域上就體現為頻率選擇性。于是，通過適當的編碼和交織，就可以獲得空間和頻域上的分集增益。延遲發射分集的最大優點在于它的結構簡單。Turbo碼的性能逼近Shannon極限，許多編碼都可以利用Turbo碼這種級聯加交織的方法來提高編碼的性能。譯碼時，Turbo迭代次數越多得到的結果就越好，而且就一次迭代的效果來說，都較傳統的Viterbi譯碼效果好。不過，Turbo碼的譯碼本身復雜度就相當高了，加上STTC有較高的網絡復雜度，使得Turbo-STTC雖然有很好的性能，但是實用性較差。5.3.5 STBC、STTC、LST的改善方案核桃AI2.465.3.5 STBC、STTC、LST的改善方案核桃AI3.基于LST結構的改善方案采用LST結構的MIMO系統可以明顯地提高數據的傳輸速率和較高頻譜利用率，可獲得空間復用增益。但是LST結構要求接收天線數必須大于發射天線數且譯碼復雜度較高。若將LST與空間分集技術相結合和自適應技術可極大地提高系統的性能，即當信道條件好時，采用LST結構，在信道條件差時，采用發送分集技術。5.3.5 STBC、STTC、LST的改善方案核桃AI3.47MIMO技術原理及關鍵技術5.4MIMO的關鍵技術05核桃AIMIMO技術原理及關鍵技術5.4MIMO的關鍵技術05核48MIMO無線通信技術源于天線分集技術與智能天線技術，它是多入單出(MISO)與單人多出(SIMO)技術的結合，具有兩者的特征。MIMO系統在發端與收端均采用多天線單元，運用先進的無線傳輸與信號處理技術，利用無線信道的多徑傳播，因勢利導，開發空間資源，建立空間并行傳輸通道，在不增加帶寬與發射功率的情況下，成倍提高無線通信的質量與數據速率，堪稱現代通信領域的重要技術突破。MIMO無線通信技術源于天線分集技術與智能天線技術，它是多入495.4.1分集技術核桃AI分集的基本原理是通過信道特性不同的多個信道（時間、頻率或者空間特性等不同），接收到承載相同信息的多個發送信號的副本。由于多個信道的傳輸特性不同，信號多個副本受衰落的影響就不會相同。使用接收到的多個信號副本，幫助接收端正確恢復出原發送信號。分集技術充分利用之前造成干擾的信號的多徑特性，來提高接收信號的正確判決率，這要求不同信號副本之間具有不相關性。如果不采用分集技術，為了克服快衰落影響，發射端必須要提高發射功率。而手持移動終端的電池容量有限，所以反向鏈路中所能獲得的功率也非常有限，而采用分集方法可以降低發射功率，延長移動終端使用時間。目前常用的分集方式主要有兩種：宏分集和微分集1．宏分集宏分集也稱為“多基站分集”，主要是用于蜂窩系統的分集技術。在宏分集中，把多個基站設置在不同的地理位置和不同的方向上，同時和小區內的一個移動臺進行通信。只要在各個方向上的信號傳播不是同時受到陰影效應或地形的影響而出現嚴重的慢衰落，這種辦法就可以保證通信不會中斷。它是一種減少慢衰落的技術5.4.1分集技術核桃AI分集的基本原理是通過信道特性不505.4.1分集技術2．微分集核桃AI微分集是一種減少快衰落影響的分集技術，在各種無線通信系統中都經常使用。目前微分集采用的主要技術有：空間分集、頻率分集、時間分集、極化分集等分集技術。1）空間分集空間分集是一種常用的分集形式。所謂空間分集，指將同一信息進行編碼后從多根天線上發射出去的方式，接收端將信號區分出來并進行合并，從而獲得分集增益，其模型如圖5.16所示：5.4.1分集技術2．微分集核桃AI微分集是一種減少快衰515.4.1分集技術2）頻率分集核桃AI頻率分集主要應用于頻率衰落型信道，就是在多于一個載頻上對同一信號進行重復發送，發送信號副本以頻率冗余的方式到達接收端，形成獨立的衰落，然后對接收信號進行合成或選擇。頻率分集需要利用不同頻段的信號經衰落信道后在特性上的差異來實現。其模型如圖5.17所示：頻率分集的基本原理是頻率間隔大于相關帶寬的兩個信號的衰落是不相關的，因此，可以用多個頻率傳送同一信息，以實現頻率分集。5.4.1分集技術2）頻率分集核桃AI頻率分集主要應用于525.4.1分集技術3）時間分集核桃AI時間發射分集是將同一信號以超過信道相干時間的時間間隔進行重復發送，則各次發送間隔出現相互統計獨立的的衰落。在實現抗時間選擇性衰落時，就是通過時間分集利用時間上衰落在統計上互不相關的特性上的差異。其模型如下圖5.18所示：5.4.1分集技術3）時間分集核桃AI時間發射分集是將同535.4.1分集技術核桃AI4）極化分集：在移動環境下,兩副在同一地點,極化方向相互正交的天線發出的信號呈現出不相關的衰落特性。利用這一特點,在收發端分別裝上垂直極化天線和水平極化天線,就可以得到2路衰落特性不相關的信號。所謂定向雙極化天線就是把垂直極化和水平極化兩副接收天線集成到一個物理實體中，通過極化分集接收來達到空間分集接收的效果，所以極化分集實際上是空間分集的特殊情況,其分集支路只有2路。這種方法的優點是它只需一根天線，結構緊湊，節省空間，缺點是它的分集接收效果低于空間分集接收天線，并且由于發射功率要分配到兩副天線上，將會造成3dB的信號功率損失。分集增益依賴于天線間不相關特性的好壞，通過在水平或垂直方向上天線位置間的分離來實現空間分集。而且若采用交叉極化天線，同樣需要滿足這種隔離度要求。對于極化分集的雙極化天線來說，天線中兩個交叉極化輻射源的正交性是決定微波信號上行鏈路分集增益的主要因素。該分集增益依賴于雙極化天線中兩個交叉極化輻射源是否在相同的覆蓋區域內提供了相同的信號場強。兩個交叉極化輻射源要求具有很好的正交特性，并且在整個120°扇區及切換重疊區內保持很好的水平跟蹤特性，代替空間分集天線所取得的覆蓋效果。為了獲得好的覆蓋效果，要求天線在整個扇區范圍內均具有高的交叉極化分辨率。雙極化天線在整個扇區范圍內的正交特性，即兩個分集接收天線端口信號的不相關性，決定了雙極化天線總的分集效果。為了在雙極化天線的兩個分集接收端口獲得較好的信號不相關特性，兩個端口之間的隔離度通常要求達到30dB以上5.4.1分集技術核桃AI4）極化分集：545.4.2合并技術核桃AI在分集接收中，在接收端從不同的N個獨立信號支路所獲得的信號，可以通過不同形式的合并技術來獲得分集增益。如果從合并所處的位置來看：合并可以在檢測器以前，即中頻和射頻上進行合并，且多半是在中頻上合并；也可以在檢測器以后，即在基帶上進行合并。合并時采用的準則與方式主要可以分為三種：最大比值合并、等增益合并和選擇式合并。1.最大比值合并最大比合并是在接收端有N個分集支路，經過相位調整后，按適當的增益系統，同相相加，再送入檢測器進行檢測2．等增益合并等增益合并是各支路的信號等增益相加3．選擇式合并選擇式合并是檢測所有分集支路的信號，以選擇其中信噪比最高的那一個支路作為合并器的輸出。可以看出，在這三種合并方式中，最大比值合并的性能最好，選擇式合并的性能最差。當N較大時，等增益合并的合并增益接近于最大比值合并的合并增益。5.4.2合并技術核桃AI在分集接收中，在接收端從不同的555.4.3空間復用技術核桃AI實現空間復用增益的算法主要有貝爾實驗室的BLAST算法、ZF（zero-forcing，迫零）算法、MMSE（minimummeansquareerror，最小均方差）算法、ML（maximumlikelihood，最大似然）算法。ML算法具有很好的譯碼性能，但是復雜度比較大，對于實時性要求較高的無線通信不能滿足要求。ZF算法簡單容易實現，但是對信道的信噪比要求較高。性能和復雜度最優的就是BLAST算法。根據子數據流與天線之間的對應關系，空間多路復用系統大致分為三種模式：D-BLAST、V-BLAST以及T-BLAST。1．D-BLASTD-BLAST最先由貝爾實驗室的GerardJ.Foschini提出。原始數據被分為若干子流，每個子流之間分別進行編碼，但子流之間不共享信息比特，每一個子流與一根天線相對應，但是這種對應關系周期性改變，如圖5.20所示，它的每一層在時間與空間上均呈對角線形狀，稱為D-BLAST(Diagonally-BLAST)。5.4.3空間復用技術核桃AI實現空間復用增益的算法主要565.4.3空間復用技術核桃AI5.4.3空間復用技術核桃AI575.4.3空間復用技術核桃AID-BLAST的好處是，使得所有層的數據可以通過不同的路徑發送到接收機端，提高了鏈路的可靠性。其主要缺點是，由于符號在空間與時間上呈對角線形狀，使得一部分空時單元被浪費，或者增加了傳輸數據的冗余。如圖5.20（b）所示，在數據發送開始時，有一部分空時單元未被填入符號(對應圖中右下角空白部分)，為了保證D-BLAST的空時結構，在發送結束肯定也有一部分空時單元被浪費。如果采用burst模式的數字通信，并且一個burst的長度大于M(發送天線數目)個發送時間間隔，那么burst的長度越小，這種浪費越嚴重。它的數據檢測需要一層一層的進行，如圖5.20（b）所示：先檢測c0、c1和c2，然后a0、a1和a2，接著b0、b1和b2……5.4.3空間復用技術核桃AID-BLAST的好處是，使585.4.4波束賦形技術核桃AI1．V-BLAST另外一種簡化了的BLAST結構同樣最先由貝爾實驗室提出。它采用一種直接的天線與層的對應關系，即編碼后的第k個子流直接送到第k根天線，不進行數據流與天線之間對應關系的周期改變。如圖5.20（c）所示，它的數據流在時間與空間上為連續的垂直列向量，稱為V-BLAST(Vertical-BLAST)。由于V-BLAST中數據子流與天線之間只是簡單的對應關系，因此在檢測過程中，只要知道數據來自哪根天線即可以判斷其是哪一層的數據，檢測過程簡單。2．T-BLAST考慮到D-BLAST以及V-BALST模式的優缺點，一種不同于D-DBLAST與V-BLAST的空時編碼結構被提出：T-BLAST。它的層在空間與時間上呈螺紋(Threaded)狀分布，如圖5.21所示。原始數據流被多路分解為若干子流之后，每個子流被對應的天線發送出去，并且這種對應關系周期性改變，與D-BLAST系統不同的是，在發送的初始階段并不是只有一根天線進行發送，而是所有天線均進行發送，使得單從一個發送時間間隔來看，它的空時分布很像V-BALST，只不過在不同的時間間隔中，子數據流與天線的對應關系周期性改變。更普通的T-BLAST結構是這種對應關系不是周期性改變，而是隨機改變。這樣T-BLAST不僅可以使得所有子流共享空間信道，而且沒有空時單元的浪費，并且可以使用V-BLAST檢測算法進行檢測。5.4.4波束賦形技術核桃AI1．V-BLAST另外一種59MIMO技術原理及關鍵技術課件605.4.4波束賦形技術核桃AI波束成形，源于自適應天線的一個概念。接收端的信號處理，可以通過對多天線陣元接收到的各路信號進行加權合成，形成所需的理想信號。從天線方向圖（pattern）視角來看，這樣做相當于形成了規定指向上的波束。例如，將原來全方位的接收方向圖轉換成了有零點、有最大指向的波瓣方向圖。同樣原理也適用用于發射端。對天線陣元饋電進行幅度和相位調整，可形成所需形狀的方向圖。如果要采用波束成形技術，前提是必須采用多天線系統。例如，多進多出（MIMO），不僅采用多接收天線，還可用多發射天線。由于采用了多組天線，從發射端到接收端無線信號對應同一條空間流（spatialstreams），是通過多條路徑傳輸的。在接收端采用一定的算法對多個天線收到信號進行處理，就可以明顯改善接收端的信噪比。即使在接收端較遠時，也能獲得較好的信號質量。如圖5.22所示，為兩個相鄰的蜂窩小區，每個蜂窩小區都與位于兩個蜂窩小區之間邊界上的單獨用戶設備進行通信。如圖顯示，eNB1正在與目標設備UE1通信，eNB1發射使用波束賦形來最大限度提高UE1方位方向中的信號功率。同時，我們還可看到，eNB1正嘗試通過控制UE2方向中的功率零點位置，最大限度地減少對UE2的干擾。同樣，eNB2正使用波束賦形最大限度提高其在UE2方向上的發射接收率，同時減少對UE1的干擾。在此情景中，使用波束賦形顯然能夠為蜂窩小區邊緣用戶提供非常大的性能改善。必要時，可以使用波束賦形增益來提高蜂窩小區覆蓋率5.4.4波束賦形技術核桃AI波束成形，源于自適應天線的615.4.5多用戶MIMO技術核桃AI波束賦形技術已經在TD-SCDMA系統中得到了成功的應用，在TD-LTER8中也采用了波束賦形技術。在TD-LTER8的PDSCH傳輸模式7中定義了基于單端口專用導頻的波束賦形傳輸方案。TD-LTER9中則將波束賦形技術擴展到了雙流傳輸方案中，通過新定義的傳輸模式8引入了雙流波束賦形技術，并定義了新的雙端口專用導頻與相應的控制、反饋機制。5.4.5多用戶MIMO技術核桃AI波束賦形技術已經在T625.4.5多用戶MIMO技術核桃AI多用戶MIMO上行鏈路通常被稱作多址接入信道（MAC），下行鏈路則為廣播信道（BC）。在上行鏈路中，所有用戶工作在相同的頻段上，向同一個基站發送信號，然后基站通過適當的方法來區分用戶數據，主要問題是基站如何針對不同的多址接入方式采用陣列處理、多用戶檢測（MUD）或者其他有效方法來分離各個用戶的數據。下行鏈路中，基站將通過處理的數據串并轉換成多個數據流，每一路數據流經脈沖成形、調制，然后通過多根天線同時發送到無線空間，每一個接收天線接收到的是基站發送給所有通信用戶的信號與干擾噪聲的疊加，主要問題是如何消除由此帶來的多址干擾（MAI）。由于多用戶MIMO系統中各用戶的信道彼此獨立，因此，用戶一般能夠知道自己的信道狀態信息，卻很難獲得其他用戶的信道信息，而獲得其他用戶信道信息需要付出很大的代價。也就是說用戶之間很難進行協作。與此相反，基站有條件獲得所有通信用戶的信道狀態信息，對于時分雙工系統（TDD），這可由基站接收的上行鏈路的訓練或者導頻序列來獲得，對于頻分雙工（FDD）系統則可以通過反饋獲得。另外，基站的處理能力也要比移動臺（MS）強得多，因此一般都是由基站在發射信號前做信號預處理（比如波束成形），以消除、抑制干擾或者在接收到信號之后進行后處理來區分用戶。如圖5.23描述了與兩個空間分離的設備（UE3和UE4）同時進行的單小區（eNB3）通信。由于可以獨立地對每個空間多路復用傳輸層應用不同的波束賦形加權值，所以可以結合使用空分多址（SDMA）和多用戶MIMO（MU-MIMO）傳輸，提供經過改善的小區容量。5.4.5多用戶MIMO技術核桃AI多用戶MIMO上行鏈635.4.5多用戶MIMO技術核桃AI與單用戶MIMO不同的是，多用戶MIMO系統的容量是一個多維的區域。假設總的發送功率一定，對于不同用戶有可能分配不同的功率，從而產生許多不同的信息速率，結果就形成了以用戶數目為維數的信道容量區域。例如，對于K個用戶，信道容量區域則用K維的容量來表示。雖然多用戶通信的傳統領域已經被充分研究過了，但在無線網絡中引入多天線之后，問題又變得復雜起來了。多用戶MIMO具有很多優點，比如利用多天線的復用增益來擴大系統的吞吐量，利用多天線的分集增益來提高系統性能，利用天線的方向性增益來區分用戶而消除用戶間的干擾等等。然而，如果聯系實際應用的實現問題，則必須把算法實現的復雜度也考慮進來，需要在性能和復雜度之間找一個折衷點。復雜度可以說是多用戶MIMO技術所帶來的眾多優點所必需付出的代價。5.4.5多用戶MIMO技術核桃AI與單用戶MIMO不同64MIMO技術原理及關鍵技術5.5MIMO系統在通信系統中的應用05核桃AIMIMO技術原理及關鍵技術5.5MIMO系統在通信系統中655.5MIMO系統在通信系統中的應用核桃AI1．MIMO技術在3G中的應用隨著用戶的對數據傳輸速率和空中接口帶寬的需求不斷增加，在3G系統中采用了HSPA+技術，作為3G到4G的過渡。HSPA+吸收了LTE中不少先進技術，MIMO就是其中重要的一環。綜合使用空間復用技術和空時編碼技術，使得MIMO能夠在不同的使用場景下都發揮出良好的效果出于成本及性能的綜合考慮，HSPA+中的MIMO采用的是2×2的天線模式：下行是雙天線發射，雙天線接收；上行為了降低終端的成本，縮小終端的體積，采用了單天線發射。也就是說，MIMO的效用主要只是用在下行，上行只是進行傳輸天線選擇。5.5MIMO系統在通信系統中的應用核桃AI1．MIMO665.5MIMO系統在通信系統中的應用核桃AI2．MIMO技術在WIMAX中的應用WiMAX802.16e正越來越多地被運營商采用為首選的固定和移動寬帶接入策略，為終端用戶提供豐富的高寬帶多媒體業務。這些策略對運營商的無線網絡提出了極大的挑戰。為了建立和維持贏利的商業模式，需要對網絡容量、用戶吞吐量、網絡覆蓋質量作較大的改進。MIMO多天線技術的應用，使802.16e能夠應對這些挑戰，同時MIMO技術與OFDMA技術結合使用，可以大幅提高網絡覆蓋能力，使WiMAX系統容量倍增，從而大幅降低網絡建設成本和維護成本，有力推動了移動WiMAX發展。5.5MIMO系統在通信系統中的應用核桃AI2．MIMO675.5MIMO系統在通信系統中的應用核桃AI3．MIMO技術在LTE中的應用LTE協議從2006年開始制定，MIMO技術從一開始就成為LTE中頻譜效率提升的關鍵技術。TD-LTE協議的進展程度和FDD類似。LTE-FDD協議目前支持的最大天線數為基站4發，終端2發。TDD協議可支持大于4天線的天線配置。5.5MIMO系統在通信系統中的應用核桃AI3．MIMO685.5MIMO系統在通信系統中的應用核桃AI4．LTE的MIMO模式協議：1）單天線端口，端口=0，主要適用于單天線傳輸的場景；2）發射分集，適用于小區邊緣情況比較復雜，干擾較大的情況，高速或者SNR低的場景；3）開環空間復用，適合于終端（UE）高速移動和反射環境復雜的區域；4）閉環空間復用，適用于信道條件比較好的場景，用于提供比較高的數據傳輸速率；5）多用戶MIMO（MU-MIMO），主要用來提供小區的容量，用于能找到兩個UE正交的場景；6）閉環RANK=1預編碼，主要適用于小區邊緣的廠家，低速移動和低SINR的場景；7）單天線端口，端口=5，單流Beamforming主要也是用于小區邊緣，能夠有效地對抗干擾，TDD專用；8）單雙流自適應BF，雙流Beamforming可以用于小區邊緣，也可以用于低速移動，高SNR的場景，TDD專用；9）單雙四流自適應BF，LTE-A中新增加的一種模式，可以支持最大到8層的傳輸，主要為了提升數據傳輸的速率，適用于低速移動，高SNR的場景。5.5MIMO系統在通信系統中的應用核桃AI4．LTE的695.5MIMO系統在通信系統中的應用核桃AI5．LTE主要支持的多天線類型1）發射分集2TxSFBC，4TxSFBC+FSTD，PVS（預編碼向量的周期切換），天線選擇：用擾碼隱式顯示上行發射天線選擇。2）SU-MIMO支持不多于兩個獨立碼字、支持Rank適配、支持酉預編碼，恒模Householder碼本、支持CDD。3）MU-MIMO多用戶合成的預編碼矩陣可以為酉也可以為非酉。基于TDD的技術特點，LTETDD相比FDD還增加了下行的波束賦形技術。5.5MIMO系統在通信系統中的應用核桃AI5．LTE主70CONTENTS

MIMO技術原理及關鍵技術

MIMO技術概述MIMO系統的基本原理

MIMO系統中的空時處理技術

MIMO的關鍵技術MIMO系統在通信系統中的應用LTE現代移動通信技術第五章CONTENTSMIMO技術原理及關鍵技術LTE現代移MIMO技術原理及關鍵技術1.MIMO技術概述05核桃AIMIMO技術原理及關鍵技術1.MIMO技術概述05核桃AI72隨著無線通信技術的快速發展，頻譜資源的嚴重不足己經日益成為遏制無線通信事業的瓶頸。所以如何充分開發利用有限的頻譜資源，提高頻譜利用率，是當前通信急需解決的挑戰之一。MIMO技術被認為是未來移動通信與個人通信系統實現高速率數據傳輸，提高傳輸質量的重要途徑。隨著無線通信技術的快速發展，頻譜資源的嚴重不足己經日益成為遏735.1MIMO技術概述MIMO技術指的是多天線發多天線收，從理論上可以證明，如果在發射端和接收端同時使用多天線，那么這種MIMO系統的內在信道并行性必然在提高整個系統容量的同時，提高系統性能。MIMO技術利用多個發射天線和多個接收天線來抑制信道衰落，提高信道容量，提高頻譜利用率，總之MIMO技術有效利用了隨機衰落和多徑傳播力量，在同樣的帶寬條件下為無線通信的性能帶來改善核桃AI5.1MIMO技術概述MIMO技術指的是多天線發多天線收，74MIMO技術原理及關鍵技術2.MIMO系統的基本原理05核桃AIMIMO技術原理及關鍵技術2.MIMO系統的基本原理05核75

5.2.1MIMO系統模型考慮一個點到點的MIMO通信系統，該系統包括個發送天線和個接收天線。系統框圖如圖5.1所示：核桃AI圖5.1MIMO系統結構圖5.2.1MIMO系統模型考慮一個點到點的MIMO通信765.2.2MIMO信道在此以基站和移動臺作為發射端和接收端來分析。圖5-1所示的兩個線性天線陣列，在基站的天線陣列上的信號表示為,同理在移動臺天線陣列上的信號為。

1．信道模型核桃AI1）非頻率選擇性信道模型在非頻率選擇性衰落情況下，MIMO信道模型相對比較簡單，由于各天線間的子信道等效成一個瑞利的子信道。2）頻率選擇性信道模型此時MIMO信道模型矩陣可以表示為

其中

5.2.2MIMO信道在此以基站和移動臺作為發射端和接收775.2.2MIMO信道圖5.2給出的將頻率選擇性信道表示為抽頭延時模型，不過在這里L個時延的信道系數用矩陣表示，如圖5.2所示。矢量和之間的關系可以表示為。

1．信道模型核桃AI

圖5.2抽頭延時模型5.2.2MIMO信道圖5.2給出的將頻率選擇性信道表示785.2.2MIMO信道1）信道相關模型對于典型的城區環境進行研究，設定移動臺被許多散射體包圍，基站天線附近不存在本地散射物，基站天線陣列位于本地散射物之上，這樣使得在基站觀察到的功率方位譜（PAS）被限制在相對窄的波束內。2．相關信道核桃AI

2）信道相關系數天線間的相關系數具有指數形式、Salz-Winters形式等，這一小節將對這兩種形式進行具體的分析。5.2.2MIMO信道1）信道相關模型2．相關信道核桃A795.2.3MIMO信道容量1．平均功率分配的MIMO信道容量核桃AI假定信道容量的分析模型為復數基帶線性系統，發送端配有根天線，接收端配有根天線，發射端未知信道的狀態信息，總的發射功率為P，每根天線的功率為P/,接收天線接收到的總功率等于總的發射功率，信道受到加性白高斯噪聲（AWGN）的干擾，且每根天線上的噪聲功率為，于是每根接收天線上的信噪比（SNR）為，并且假定發射信號的帶寬足夠窄，信道的頻率響應可以認為是平坦的，且的復矩陣H來表示信道矩陣，H的第ji元素表示第i根發射天線到第j根接收天線的信道衰落系數。下面分別分析單輸入單輸出（SISO）、多輸入單輸出（MISO）、單輸入多輸出（SIMO）和多輸入多輸出（MIMO）4中情況的信道容量。一般來說，當平均發射功率一定時，信道容量與最小的天線數成正比。因此在理論上，對于理想的隨機信道，可以獲得無限大的信道容量，只要能為多根天線和相應的射頻鏈路付出足夠的代價和提供更大的空間，實際上這是不可能的，因為它要受到實現方法和物理信道本身的限制。5.2.3MIMO信道容量1．平均功率分配的MIMO信道805.2.3MIMO信道容量2．自適應功率分配的MIMO信道容量核桃AI

1）奇異值與特征值分析法MIMO技術的研究的目的時為了探求在豐富的多徑環境下，如何去獲得多個有效的通信正交子信道，以便進一步增加鏈路兩端的信道容量。正交性意味著這些子信道互相之間是獨立的，在數學上，兩個終端之間的獨立子信道數目可以通過信道矩陣H進行奇異值分解（SVD）或者對瞬時相關矩陣R進行特征值（EVD）來估計。2）信道容量的特征值表示與分析前面的小節中已經給出了平均功率分配方案下的MIMO信道容量的計算公式為了突出L條并行子信道的作用5.2.3MIMO信道容量2．自適應功率分配的MIMO信81MIMO技術原理及關鍵技術5.3MIMO系統中的空時處理技術05核桃AIMIMO技術原理及關鍵技術5.3MIMO系統中的空時處理82目錄文件概念文件屬性、操作、類型目錄結構樹形目錄無環圖目錄文件系統支持VFSNFSFAT83目錄文件概念13文件概念文件操作系統對存儲設備的物理屬性加以抽象，定義的邏輯存儲單位文件是邏輯外存的最小分配單元數據只能通過文件才能寫入外存中可存儲許多不同類型的信息文件保存在目錄中通過目錄可以找到目標文件84文件概念文件14文件屬性每個文件除了保存的信息外，還有額外的屬性用于辨識、分類、定位、保護等根據不同的操作系統，文件屬性主要包括名稱標識符類型位置尺寸保護時間、日期和用戶標識85文件屬性每個文件除了保存的信息外，還有額外的屬性15文件屬性名稱文件名稱是以人類可讀形式來保存的唯一信息用戶通過文件名稱引用文件標識符標識符通常為數字，用于唯一標識文件系統中的文件標識符是文件人類不可讀的名稱86文件屬性名稱16文件屬性類型支持不同類型文件的操作系統需要該屬性在Windows和Linux操作系統中，通過文件名的擴展名標識文件類型.txt為文本文件.exe為可執行文件位置指向設備與設備上下文位置的指針操作系統通過該指針訪問文件內容87文件屬性類型17文件屬性尺寸用于標識文件大小（以字節、字或塊為單位）包括文件當前大小和可能允許的最大尺寸保護用于文件的控制訪問權限包括讀取、寫入、執行等操作權限時間、日期和用戶標識保存文件創建、最后修改和最后使用的信息88文件屬性尺寸18文件類型文件類型用于標識文件的含義與用途操作系統可以阻止用戶用不合理的方式操作文件例如，執行一個文本文件操作系統通常通過文件擴展名判斷文件類型用戶同樣可以通過文件名得知文件類型應用程序也可根據擴展名找到自己感興趣的文件89文件類型文件類型用于標識文件的含義與用途19文件類型物聯網操作系統支持的常見文件類型90文件類型常用擴展名含義

可執行文件.exe，.com，.bin可運行的機器語言程序目標文件.obj，.o已編譯的、尚未鏈接的機器語言源代碼文件.c，.cpp，.java，.perl，.asm各種語言的源代碼批處理文件.bat，.sh命令解釋程序的命令標記文件.xml，.html，.tex文本數據、文檔文字處理文件.xml，.rtf，.docx各種文字處理程序的文件庫文件.lib，.a，.so，.dll為程序員提供的程序庫打印或可視文件.gif，.pdf，.jpg打印或圖像格式的二進制文件檔案文件.rar，.zip，.tar壓縮文件，用于歸檔存儲多媒體文件.mpeg，.mov，.mp3，.mp4包含音頻或視頻信息的二進制文件文件類型物聯網操作系統支持的常見文件類型20文件類型常用擴展文件操作文件是抽象的數據類型需要考慮可對文件執行的操作操作系統提供了基本的文件操作創建文件寫入文件讀取文件重新定位文件刪除文件截斷文件91文件操作文件是抽象的數據類型21文件操作創建文件創建文件需要兩個步驟在文件系統中找到足夠的空間在目錄中創建新的文件條目寫入文件使用系統調用指明文件名和要寫入的文件信息根據給定的文件名稱，系統搜索目錄以查找文件位置系統保留寫指針（WritePointer），指向寫操作的位置寫入時，通過寫指針寫入信息并更新寫指針92文件操作創建文件22文件操作讀取文件使用系統調用指明文件名稱和目標內存地址根據給定的文件名稱，系統搜索目錄以查找文件位置系統保留讀指針（ReadPoint），指向讀操作的位置讀取時，根據讀指針讀取內容并更新讀指針讀和寫操作可公用指針，以節省空間重新定位文件搜索目錄以尋找指定文件的條目將當前文件位置指針重新定位到初始值93文件操作讀取文件23文件操作刪除文件在目錄中搜索給定名稱的文件找到關聯的目錄條目后，釋放所有文件空間刪除目錄條目截斷文件用戶可以刪除文件的內容，但保留它的屬性除文件長度外，所有屬性保持不變文件重置為零，釋放其文件空間94文件操作刪除文件24目錄概述系統中存在大量的文件，需要額外的管理目錄對文件進行分類存儲，以方便管理和索引文件轉換為目錄條目，保存了文件所有的信息目錄結構有多種類型單級目錄樹形目錄無環圖目錄95目錄概述系統中存在大量的文件，需要額外的管理25目錄概述目錄支持的操作搜索文件根據文件名稱或符號，找到指定文件創建目錄創建新的目錄并添加到原有目錄中刪除目錄刪除目錄及其所有文件遍歷目錄遍歷目錄內的文件，獲取文件屬性或內容重命名文件重命名文件允許改變目錄結構內的位置遍歷文件系統訪問每個目錄和目錄中的每個文件96目錄概述目錄支持的操作26樹形目錄目錄分級是常用的目錄結構劃分思路目錄分級將文件劃分成多個類，便于文件索引根據不同的功能和需求，目錄分級包括單級目錄兩級目錄多級目錄97樹形目錄目錄分級是常用的目錄結構劃分思路27樹形目錄單級目錄最簡單的目錄結構所有文件保存在同一個目錄中根據文件名定位文件98樹形目錄單級目錄28樹形目錄單級目錄的缺點所有文件必須擁有唯一的名稱用于索引通過文件名稱進行索引的過程十分耗時不同用戶的文件也不能重名單級目錄的適用場景單用戶文件數量少99樹形目錄單級目錄的缺點29樹形目錄兩級目錄每個用戶擁有單獨的目錄（UserFileDirectory，UFD）用戶的所有文件保存在自己的目錄中100樹形目錄兩級目錄30樹形目錄兩級目錄的用戶隔離特性每個用戶擁有獨立的文件空間不同用戶可以擁有相同名稱的文件刪除文件時，僅刪除自己UFD中的文件避免意外刪除其他用戶的文件文件路徑當訪問其他用戶的文件時，需要同時給出用戶名和文件名，即組成了文件路徑名文件擁有唯一的路徑名101樹形目錄兩級目錄的用戶隔離特性31樹形目錄多級目錄將兩級目錄推廣到更多層允許用戶創建自己的子目錄子目錄同樣是一個文件，以目錄條目的形式存在目錄條目中標識該條目為文件或子目錄子目錄中包含了多個文件或子目錄102樹形目錄多級目錄325.3MIMO系統中的空時處理技術核桃AI

MIMO系統通過多天線發送并由多天線接收實現最佳處理，可達到很高的信道容量且具有很強的抗衰落能力。這種最佳處理是通過空時編碼和解碼實現的，即在繼續使用傳統通信系統具有的時間維的基礎上，通過使用多副天線來增加空間維，從而實現多維的信號處理。空時塊編碼（STBC）、空時格碼（STTC）和分層空時碼（LST）是三種常見的空時編碼，其中，STBC具有良好的分集增益；STTC不僅具有優良的分集增益，還具有良好的編碼增益；LST結構可獲得較高的復用增益。以下主要就STBC，STTC和LST三種空時碼的編碼原理和譯碼準則進行詳細地介紹。5.3MIMO系統中的空時處理技術核桃AIMIMO系統通1035.3.1空時碼的設計核桃AI在MIMO系統中，信號的輸入輸出關系可用矩陣式（5.38）表示其中y、x

、n分別表示輸出、輸入、噪聲向量，為信道的沖激響應矩陣1．最大似然檢測若接收端已知信道的沖激響應矩陣H

。對于給定的接收矩陣Y

，最大似然發送矩陣滿足式（5.40）從式可以得到空時碼的設計準則2．空時碼的設計準則5.3.1空時碼的設計核桃AI在MIMO系統中，信號的輸1045.3.2空時塊編碼（STBC）圖5.6AlamoutiSTBC編碼器結構STBC能使MIMO系統獲得良好的分集增益，其本質是將信號經過正交編碼后由兩根天線發送，由于經過正交編碼后的信號相互獨立，所以在接收端可以很容易的將兩路信號區別開來。在接收端只需進行簡單的線性合并即可獲得發送信號。1．AlamoutiSTBC在AlamoutiSTBC編碼器結構如圖5.6所示圖5.6AlamoutiSTBC編碼器結構5.3.2空時塊編碼（STBC）圖5.6Alamout1055.3.2空時塊編碼（STBC）核桃AI在接收端采用如圖5.7的譯碼器結構進行譯碼。圖5.7兩發一收的AlamoutiSTBC譯碼器結構5.3.2空時塊編碼（STBC）核桃AI在接收端采用如圖1065.3.2空時塊編碼（STBC）核桃AI假設在接收端可以獲得理想的信道估計，且每個信號落到信號星座圖上的概率是等概的，則最大似然譯碼算法要求在信號星座圖上選擇一對信號來最小化與接收信號之間的歐氏距離3．多接收天線下的譯碼算法兩發一收的STBC最大似然譯碼準則可以很容易地推廣到多個接收天線。令第個接收天線相鄰連續兩個符號周期的信號為

2．AlamoutiSTBC最大似然譯碼算法4．STBC編碼STBC編碼器的基本原理如圖5.8所示，信源發出的數據首先經過調制，然后進行STBC，經過STBC后的數據被分別送至根天線，經根天線發送。STBC的輸出可以用一個的矩陣x表示，其中為發送天線的數目，P

為發送每個塊所需要的周期5.3.2空時塊編碼（STBC）核桃AI假設在接收端可以1075.3.2空時塊編碼（STBC）5．STBC最大似然譯碼核桃AI假設信道的沖擊響應在個符號周期內不變，即在接收端采用最大似然譯碼，同Alamouti譯碼一樣，也可以利用統計判決理論來估計發送信號。

5.3.2空時塊編碼（STBC）5．STBC最大似然譯碼1085.3.3空時格碼（STTC）核桃AISTTC是由空時延時分集發展而來的，它利用網格圖將同一信號通過多根天線發送，在接收端采用Viterbi譯碼。STTC將編碼、調制、和發射分集結合在一起，可同時獲得編碼增益和分集增益，同時還可提高MIMO系統的頻譜利用率。1．STTC的模型STTC系統模型如圖5.9所示圖5.9STTC系統模型5.3.3空時格碼（STTC）核桃AISTTC是由空時延1095.3.3空時格碼（STTC）2．STTC編碼器核桃AI

STTC編碼器實際上是定義在有限域上的卷積編碼器。對于根發送天線，采用MPSK調制的STTC編碼器的結構如圖5.10所示。5.3.3空時格碼（STTC）2．STTC編碼器核桃AI1105.3.3空時格碼（STTC）3．STTC編碼設計準則核桃AI準靜態衰落信道條件下STTC碼的設計準則。（1）秩準則（2）行列式準則2）快衰落信道條件STTC設計準則（1）距離準則（2）乘積準則5.3.3空時格碼（STTC）3．STTC編碼設計準則核1115.3.4分層空時碼（LST）核桃AILSTC能構極大的提高MIMO系統的頻譜利用率，即可以獲得良好的復用增益。其最大的優點在于允許采用一維的處理方法對多維空間信號進行處理，因此極大地降低了譯碼的復雜度。1．LST的分類根據LST結構中是否進行糾錯編碼和調制后信號的分配形式的不同，LST可分為VLST、HLST、DLST、TLST等。LST實際上描述了空時多維信號發送的結構。最簡單的未進行編碼的LST結構就是貝爾實驗室提出的VLST或稱為V-BLST（verticalBellLaboratorieslayeredspace-time，垂直結構的分層空時碼），其結構如圖5.12所示。5.3.4分層空時碼（LST）核桃AILSTC能構極大的1125.3.4分層空時碼（LST）2．VLST的接收核桃AIVLST可以采用最大似然譯碼算法進行譯碼，但最大似然譯碼算法復雜度較高。因此提出了許多簡化的算法如ZF（迫零）算法、QR算法及MMSE（最小均方誤差）算法.1）ZF算法2）QR算法3）MMSE算法5.3.4分層空時碼（LST）2．VLST的接收核桃AI1135.3.4分層空時碼（LST）2．VLST的接收核桃AIVLST可以采用最大似然譯碼算法進行譯碼，但最大似然譯碼算法復雜度較高。因此提出了許多簡化的算法如ZF（迫零）算法、QR算法及MMSE（最小均方誤差）算法.1）ZF算法2）QR算法3）MMSE算法5.3.4分層空時碼（LST）2．VLST的接收核桃AI1145.3.5 STBC、STTC、LST的改善方案核桃AI為進一步提高空時處理技術的性能，目前主要的研究方向主要有空時處理的性能及設計和空時技術的應用。這些經過改良的技術在一定程度上都提高了空時處理技術的有效性和可靠性，能進一步提高MIMO系統的性能。1.基于STBC的改善方案線性預編碼是一種糾錯編碼，用于糾正由于信道衰落在子載波上的出現零點而引起的誤碼。其主要特點是譯碼復雜度低，延遲較小且引入的冗余信息比其他糾錯編碼小。在發送端，線性預測編碼將個符號線性變換到個符號（）。在接收端，可以根據復雜度和性能要求，選擇ML譯碼、球形譯碼、迫零譯碼、MMSE均衡或者Viterbi譯碼算法。線性編碼和STBC編碼結合可進一步提高MIMO系統的性能。1）STBC與LST結合2）STBC與天線優選技術結合5.3.5 STBC、STTC、LST的改善方案核桃AI為進1155.3.5 STBC、STTC、LST的改善方案核桃AI2.基于STTC的改善方案STTC不僅可以獲得很高的分集增益，還可以獲得較高的編碼增益。但是由于STTC一般要采用Viterbi譯碼，復雜度比較高。基于STTC的改善方案一般采用延遲發射分集。延遲發射分集可以看作是STTC的特例，它結構簡單，性能也較好，因此具有較大的實用價值。延遲發射分集的原理是：將發送信號從一個天線上發射出去，同時將相同的發送信號延遲一定時間從另一發射天線上發射出去，相當與信道有兩徑，且時延是已知的，信道在頻域上就體現為頻率選擇性。于是，通過適當的編碼和交織，就可以獲得空間和頻域上的分集增益。延遲發射分集的最大優點在于它的結構簡單。Turbo碼的性能逼近Shannon極限，許多編碼都可以利用Turbo碼這種級聯加交織的方法來提高編碼的性能。譯碼時，Turbo迭代次數越多得到的結果就越好，而且就一次迭代的效果來說，都較傳統的Viterbi譯碼效果好。不過，Turbo碼的譯碼本身復雜度就相當高了，加上STTC有較高的網絡復雜度，使得Turbo-STTC雖然有很好的性能，但是實用性較差。5.3.5 STBC、STTC、LST的改善方案核桃AI2.1165.3.5 STBC、STTC、LST的改善方案