铁道信号中基于空间特征的MIMO技术

摘 要：本文讨论了条路信号中基于空间特征的MIMO算法,分析了对发送天线和接收天线独立不相关性,并对存在空间相关性的一般情况下如何设置发送加权网络和接收网络进行推导.

关 键 词：信号空间特征多发多收

中图分类号：TN929.5文献标识码：A文章编号：1007-9416（2013）06-0147-01

多天线技术在概念上是用多根发送天线或接收天线的技术,包括SingleInputMultipleOut（单发多收）、MultipleInputSingleOut（多发单收）和MultipleInputMultipleOut（多发多收）三种形式,它们在铁道铁路信号处理中得到了广泛应用.作为多天线系统支撑技术的空时码,适用于天线间距偏远和相关性偏小的情形,是目前的研究热点,包括基于空间分集和基于空分复用两种空时码.空时码技术在铁路空间信号处理和铁路时间信号处理基于其空间域和时间域联合处理接收信号的特征优势能够抵抗符号间的干扰、减少多地址干扰、增加分集增益和提高天线阵增益.

1多发多收技术（MIMO）的原理

多发多收传输方案是基于铁路特征空间信号的,要求发送端的信道信息是确定的.多发多收技术的基本原理图如图1-1所示.铁路特征信号在发送端和接收端处理之后,即在这两端之间存在部分独立并行子信道,而这些信道需要通过特征值分解或者奇异值分解处理二产生,因此叫做基于特征空间的多发多收技术.一个加权网络在发送端把来自每个子信道的发送信号映射到多个发送天线,而另一个加权网络在接收端在把多个接收天线上的接收信号映射为传输信号.鉴于独立并行的特征子信道,多个信号在特征子信道上传输时能够实现互不干扰的并行传输.于是多发多收信道能够分解为n个特征子信道时,系统的信道容量也相应地为单天线系统信道容量的n倍.因此,基于特征空间的多发多收算法可以依据发送端加权网络和接收端加权网络的计算方式不同而存在多个算法.

2算法分析及推导

对进行SVD分解为,,分别是左右酉矩阵,即,,是维对角阵,其主对角线的元素非负,并按排列,其中,且.有效的特征子信道满足.左酉矩阵分块为,右酉矩阵分块为,则有.

由此可将发送加权网络设置为；接收加权网络设置为.,分别为酉矩阵,的前列所构成的矩阵,满足列正交,即,,因此,经过接收网络加权后检测输出信号为.其中.发送信号总功率为,即,表示求积,因此,第个特征子信道上接收信号的为,其中为信道互相关矩阵.

3仿真实验

仿真中检测设发送天线数和接收天线数均为4,且分别呈均匀直线排列,设发送相邻天线和接收相邻天线之间的相关数相同,即.当空间相关性较强时,只存在较少的可利用的特征子信道,进而影响信道的频谱效率,先到容量随着空间相关性的增强而降低.

4结语

铁道信号中基于空间特征的MIMO技术不需要居于发射分集,对接收天线和信道环境均不作要求,只在发送端需要信道信息,译码复杂度适中.随着阵列矩阵处理、矩阵运算等信号处理技术的成熟和DSP芯片处理能力的提高,MIMO技术必将在未来的铁道移动通信系统中的到广泛的应用.