《数字通信 Digital Communications》课程教学课件（讲稿）第15章 多天线系统

第15章多天线系统

第 15章 多天线系统

多天线系统前面章节主要研究：AWGN信道数字通信系统的设计与性能分析AWGN带限信道下面讨论：（主要应用环境：无线信道的信号传输）随机时变冲激响应信道的信号传输格e信t支信多径表落信道上的数字信号传输tal-+例：在时变多径信道上传输很窄脉冲接收信号表现为一串脉冲tt-+rt-t+a(h)1=6+1y多径媒质的特征：t-totp1t-htrtt-h+rs(c)tettry在传输信号中引入了时间扩展多径特性随时间而变化（接收脉冲串的变化：月脉冲大小，脉冲间相对时延，脉冲数目）tmtotyt-f-+rid

多天线系统 多径衰落信道上的数字信号传输 前面章节主要研究： AWGN信道 AWGN带限信道 数字通信系统的 设计与性能分析 下面讨论： 随机时变冲激响应信道的信号传输 （主要应用环境：无线信道的信号传输） 例：在时变多径信道上传输很窄脉冲 接收信号表现为一串脉冲 多径媒质的特征： ⚫ 在传输信号中引入了时间扩展 ⚫ 多径特性随时间而变化 （接收脉冲串的变化：脉冲大小，脉冲间相对时延，脉冲数目）

多天线系统考查时变多径信道对发送信号的影响发送信号s(t) = Re[s(t)e/2afe)x(t)=Eα,(t)s[t-t,(0)]接收信号（假设存在多条传播路径：衰减因子，时延）Za,(0e-12xfa(0s[1-T,(0)]le2Rr(0)=Eα,(e-2(s,[t-t,(0]是等效低通信道对等效低通等效低通接收信号信号s(t)的响应c(t,)-Eα,(0e-12/(8[1-T,(0]相应的等效低通信道时变冲激响应：特殊地，某些信道：如对流层散射信道，可以把接收信号视为由连续多径分量组成：（表示为积分形式）x(t)= [a(t,t)s(t-t)dt接收信号等效低通信道时变冲激响应：02x/a(t,t)e-j2nfe s,(t-t)dtRc(t,t)=α(t,t)e-12x/,t

多天线系统 发送信号   2 ( ) Re ( ) = c j f t l s t s t e  接收信号     2 ( ) 2 ( ) ( ) ( ) Re ( ) ( ) − = −     = −           c n c n n n j f t j f t n l n n x t t s t t t e s t t e        等效低通接收信号   2 ( ) ( ) ( ) ( ) − = −  c n j f t l n l n n r t t e s t t     相应的等效低通信道时变冲激响应：   2 ( ) ( , ) ( ) ( ) − = −  c n j f t n n n c t t e t t       特殊地，某些信道：如对流层散射信道，可以把接收信号视为由连续多径分量组成： 2 2 ( ) ( , ) ( ) Re ( , ) ( )  −  − − = −       = −             c c j f j f t l x t t s t dt t e s t d e           等效低通信道时变冲激响应： 2 ( , ) ( , ) − = c j f c t t e      考查时变多径信道对发送信号的影响 （假设存在多条传播路径：衰减因子，时延） 是等效低通信道对等效低通 信号sl (t)的响应 接收信号 （表示为积分形式）

多天线系统下面考查：在f.频率处的未调载波的传输设：对于所有t，s(t)=1离散多径下的接收信号(t)=-Eα,(t)e-12fr(0)r(t)=-Eαa,(t)e-i2a.e(s,[t-t,()]=Ea,(0)eio.()0,(t)=-j2元f.t(t)接收信号由若干幅度为αt)、相位为e,(t)的时变向量之和组成！r(t)中多径传播引起信号的衰落表现在：Za.ejoa由时变相位(,)引起的相加后的两种结果：Ea,eie.破坏性相加使接收信号很小（或实际上为零）Zα,e建设性相加使接收信号比较大7结论：接收信号的幅度变化（信号衰落），是由于信道时变多径特征引起的！

由时变相位{n (t)}引起的 相加后的两种结果： 多天线系统 下面考查：在 fc频率处的未调载波的传输 离散多径下的接收信号 2 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) − = =   c n j f t l n n j t n n r t t e t e      接收信号由若干幅度为n (t)、相位为n (t)的时变向量之和组成！ rl (t)中多径传播引起信号的衰落表现在：  n j n n e   设：对于所有t，sl (t)=1    n c ( ) 2 ( ) t j f t = − 建设性相加 破坏性相加 使接收信号很小（或实际上为零） 使接收信号比较大 结论：接收信号的幅度变化（信号衰落），是由于信道时变多径特征引起的！   2 ( ) ( ) ( ) ( ) − = −  c n j f t l n l n n r t t e s t t      n j n n e    n j n n e  

多天线系统多天线系统：是一种空间分集抗衰落的方法（不需要扩展信号带宽。亦称空间复用）多天线系统的信道模型N个发射天线多输入多输出MIMO系统系统中相应的空间信道：MMIMO信道Nr个接收天线单输入单输出SISO系统NT =NR=1:特殊地：单输入多输出SIMO系统N =1, Nr≥2:多输入单输出MISO系统Nt ≥2, N=1:MIMO系统假设第个发射天线与第个接收天线之间等效低通信道冲激响应hi（t；t）h,(t,t)hz(t,t)Lhinr(t,t)则随机时变信道：（表示为NXN矩阵）hr(t,t)h,(t,t)h(t,t)LH(t,t)=MMLMhnRi(t,t)hNR2(t,t) LhNRNZ(t,t)

多天线系统 多天线系统的信道模型 NT 个发射天线 NR 个接收天线 多输入多输出MIMO系统 系统中相应的空间信道：MIMO信道 特殊地： NT = NR =1： 单输入单输出SISO系统 NT =1， NR ≥ 2： 单输入多输出SIMO系统 NT ≥2， NR =1： 多输入单输出MISO系统 MIMO系统 假设第j个发射天线与第i个接收天线之间等效低通信道冲激响应 hij( ; t ) 则随机时变信道： 11 12 1 21 22 2 1 2 ( , ) ( , ) ( , ) ( , ) ( , ) ( , ) ( , ) ( , ) ( , ) ( , )     =         NT NT NR NR NRNT h t h t h t h t h t h t H t h t h t h t           L L M M L M L 多天线系统：是一种空间分集抗衰落的方法（不需要扩展信号带宽。亦称空间复用） （表示为NR×NT矩阵）