多天线技术研究开题报告.doc

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1、毕业设计（论文）开题报告学生姓名李天琦专业通信工程学号1105070121设计（论文）题目多天线技术研究开题报告内容包括：1. 选题的意义；2. 简述选题在该领域的水平和发展动态； 3. 设计（论文）所要设计、研究的内容及可行性论证；4. 主要关键技术、工艺参数和理论依据； 5. 设计（论文）的研究特色和创新跟下文行距不一致之处； 6. 主要参考文献。1. 选题的意义移动通信是当代发展最为快速的领域之一，移动通信经历了几代变革，从移动电话、互联网中给人们提供了前所未有的高效率和便利性，尤其是在移动通信领域，电磁波的发现实现了有线通信到无线通信的飞跃发展，并且当代多媒体通信实现了语音数据到集成图

2、像、数据、音频等综合业务性数据传输。从第一代模拟移动通信系统到以GSM为代表的第二代数字通信系统，所支持的语音盒低速率数据业务的最高速率不超过64kbit/s。直至第三代移动通信的产生，无线通信系统朝着多样化、高速化的需求发展，不再局限于单纯的语音和低速率业务。未来的移动通信系统应具备宽带化、数据业务占主导地位、智能化、互联互通化、用户主导业务化等特性。其中，宽带化要求该通信系统的峰值传输速率达到100Mbps速度。但要实现这些性能，目前的无线移动通信系统存在系统功率、带宽即实现复杂度等瓶颈限制。为了提升并改进现有无线移动通信系统的这些瓶颈，在国际上先后出现了超宽带技术（UWB）、高性能编码及

3、调制技术、多载波传输技术和多天线技术(MIMO)等。无线通信的一个突出特点就是信号传播环境复杂，如何消除多址干扰（MAI）、码间串扰（ISI）及多径衰落的影响，在有限的频谱资源上传输大容量、高速率的无线数据业务，是无线通信系统中亟待解决的问题。多天线技术为解决上述问题提供了一种新的思路，其作为一种能有效提高频谱利用效率，可成倍地提升天线信道容量和传输效率，抵抗和抑制各种干扰的技术引起了广泛的研究，视为未来通信发展的关键技术之一。 2. 选题在该领域的水平和发展动态多入多出技术由来已久,早在 1908年马可尼就提出用它来抵抗信号的衰落。然而对此项技术作出重大推动作用的工作是由 AT &T Bel

4、l 实验室的学者在 20世纪90年代完成的。1995年Teladar给出了衰落情况下的 MIMO容量1; 1996 年 Foschini 给出了一种多入多出处理算法对角-贝尔实验室分层空时(D-BLAST) 算法2；1998年Tarokh等讨论了用于多入多出的的空时码3；1998 年 Wolniansky 等人采用垂直- 贝尔实验室分层空时(V-BLAST) 算法建立了一个MIMO实验系统4, 在室内试验中达到了20 bit/s /Hz以上的频谱利用率5, 这一频谱利用率在普通系统中极难实现。这些工作引起各国学者的极大的注意，并使得多入多出技术的研究工作得到了迅速发展。MIMO系统是指在发射端

5、和接收端同时使用多个天线的通信系统，也是一种利用无线信道多径传播特性的技术，可以被看作是智能天线的扩展1970年，MIMO被首次引入到通信系统中 MIMO技术可以对具有丰富散射环境的信道进行积极的利用，实现系统收发的空间复用或者分集，从而带来无线链路容量的大幅提高6。目前国内外研究集中在将智能天线与MIMO空时分组码相结合的研究，所有关于多天线技术相结合的研究都围绕着空时分组码与波束形成技术展开，并没有引入空间复用的方式。然而在LTE演进过程中，空间复用是提高系统频谱效率与数据速率的一个有效的手段，并已写入标准中。在通信技术商业化进程中，既要考虑技术的有效性，也要考虑该技术带来的工程合理性。于

6、是非常有必要对空间复用多天线方式与智能天线技术结合途径进行研究，同时紧密结合实际应用的无线信道环境，无线信道环境参数对性能的影响等展开一系列研究工作。智能天线波束赋形技术能降低符号间干扰与用户间干扰的特点，弥补了空时分组码带来显著分集增益的同时也增加了符号间干扰与用户间干扰的缺点。MIMO技术可以提高信道容量，同时，在多用户MIMO环境下，采用多用户分集也是有效提高系统效率和容量的手段 多用户分集利用不同用户相互独立的随机衰落过程来提高系统性能增益。后来被应用在MIMO-OFDM系统中，从而达到很高的频谱利用率7，多天线多用户分集系统可以应用已有的多天线技术，并通过调度获得多用户分集增益。许多

7、研究人员认为，MIMO-OFDM是未来的4G移动通信系统的主要核心技术。因为，单一的多人多出(MIMO)系统虽然在一定程度上可以利用多径信号分量，但是对于深频率选择性衰落依然无能为力9。而单一的OFDM技术虽然通过相邻的彼此正交的子信道相互部分重叠的方法提高了频谱利用率，但是距离4G系统要求的极高频谱利用率仍有一定差距。而如果将两种技术实现有机结合，就可以在OFDM技术较高频谱利用率的基础上进一步利用空间资源，从而可以将频谱利用率进一步提高。3论文设计及研究内容本文所提出的技术是一种简单的分集方案，通过两根反向发射天线提高了接收链路端信号质量。获得分集度就等同于在接收端用两根天线获得的最大比率

8、接收合并（MRRC）。该方案可以很容易地被推广到两个发射天线和多个接收天线以提供2M以上的分集阶。这是从接收器到发射器和具有小的计算复杂度完成，而没有任何反馈。该方案不需要任何带宽扩展，冗余度在空间附加到多个天线，而不是在时间和频率上。这种新的分集方案可以提高误码性能和数据速率，还能增加无线通信系统的容量。对于衰落敏感度的下降，可能会允许使用更高水平的调制技术来增加有效数据速率。或是在蜂窝环境下更小的复用系数来增加系统容量。这种方案也可能会被用来增加无线系统的幅度和覆盖范围。也就是说，新的方案是有效的，在系统容量受多径衰落限制的条件下应用。因此，这可能是一个简单划算的方法来解决质量和效率的市场

9、需求，而不会完全重新设计已有的系统。此外，本方案是一个极好的技术作为下一代系统。因为它有效地降低了在远程单元的衰落使用多个发射天线的基站效果。本方案通过对单输入单输出(SISO)天线、单输入多输出（SIMO）天线、多出入单输出（MISO）天线、多输入多输出（MIMO）天线的仿真比较，选择出最优质的无线通信模式。研究在瑞丽信道条件下的传输特性，给出在Rayleigh衰落条件下，针对MRRC和新发射分集方案的未编码相干BPSK的BER性能曲线。更加直观的分析各种方案的误码率及信噪比情况。方案结合MIMO应用的关键技术时空编码的信号处理技术，空分复用的工作原理，结合实际情况进行计算，有合理的理论作为

10、本论文研究的依据。4. 关键技术多人多出(MIMO)技术要求空间传播的信号在发射端和接收端都要使用这种技术12。它是在不增加传输带宽的情况下，将要发射的信号通过不同的空间路径尽可能快的发送出去，进而提高系统的频谱利用率。理论研究已经证明，此技术能在不增加带宽的情况下成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率，是新一代无线通信系统采用的关键技术。这项技术突破了传统的理论认为多径信号是系统的干扰必须加以抑制的局限，使得多径信号变废为宝，是对通信理论的重大贡献13。 空时编解码技术目前，空时编码基本上有空时网格码(STRC)、空时分组码(STBC)和空时分层码(BLAST)14。发射分集主要通过空时编码来

11、实现。空时编码的主要思想是利用空间和时间上的编码，实现一定的空间分集和时间分集，从而降低信道误码率。在延时发射分集的基础上，Tarokh等提出了空时网格码，它具有卷积码的特征，并将格形编码、调制与发射分集结合在一起，在不增加带宽的情况下，可以同时获得满分集与高编码增益15。它利用某种格形图，将同一信息从多副天线发射出去，在接收端采用基于欧式距离的Viterbi译码，其复杂度很高，且随传输速率呈指数增加，但是其性能较好，抗衰落能力强。随后伴随着空时分组码的发现。空时编码开始盛行，80216d标准中采用两根发射天线的发射分集，主要依据的就是Alamouti方案中的正交空时码编码，该方案的关键之处是

12、两根发射天线的两个序列之间的正交性16。 空分复用空间复用是在每根天线上的使用相同频率资源时，发送不同信息，以达到在不增加频谱资源的情况下成倍提高频谱效率的目的。空间复用或BLAST系统的基本思想是将在不同的天线上发射不同的数据流，因此，为了完成符号检测，接收端要利用多用户检测技术从混合的数据流中将不同的发射数据流分开。BLAST技术包括D-BLAST和VBLAST17。后者的计算复杂度比前者低，在实际中通常被采用，BLAST结构的系统数据吞吐量大。MIMO系统常用的接收枫有：(1)空时ZF接收机；(2) MMSE空时接收机；(3) V-BLAST接收机；(4) 最大似然接收机等。(1)、(2

13、)又称为线性接收机，其中空时ZF接收机的性能最差，V-BLAST接收机引入了多用户的串行干扰抵消，提高了接收机的性能，增加了复杂度。最大似然接收机性能最好，但复杂度最高。复杂度和发射天线数成e指数增长的关系。文献9报道了一种低复杂度球形解码(sphere decoding)算法，复杂度是 文献9报道了一种低复杂度球形解码(sphere decoding)算法，复杂度是O(M3)，M是信号星座图的大小。BLAST系统数据传输速率高，但误码特性差。5. 论文的研究特色和创新之处本文根据使用2个发射天线、1个接收天线的新方案提供与采用1个发射天线、2个接收天线的MRRC相同的分集阶数。本文设计方案可

14、进一步演变成2个发射天线、M个接收天线方案，以便提供2M阶分集。新方案的明显应用是提供无线系统中远端单元的分集改善，用在基站使用2个发射天线取代在所有远端单元中使用2个接收天线。此外，假定辐射功率相同，与MRRC需要1个全功率放大器相比，此方案仅需要两个1/2功率放大器，这对于系统实现或许是个优点。 MIMO系统的设计是4G、5G发展所应用的关键技术之一，具有广阔的前景与研究价值。6. 实施方案和时间安排第3周第4周：查阅文献、翻译、开题报告；第5周第8周：课题的背景研究及撰写说明书（论文）；第9周第10周：设计计算（实验）、进行数值仿真；第11周第12周：绘图、数据等处理；第13周：上交设计

15、论文；7. 参考文献1 Telater I E. Capacity of multi antenna Gaussian channel A . A T & TBell Labs Tech. M emo C . N J: Murray Hill, 1995.2 Foschini G J . Layered Space-time architecture for wireless communications in a fading environment J . Bell Labs Technical l Journal, 1996, ( 2) : 41-59.3 AHMEDM Call adm

16、ission control in wireless networks: a comprehensive surveyJ IEEE Communications Surveys，2005(7) :50-69.4 杜加懂，孙姬，陈丽坤 UMTS及EPC网络QoS机制的研究J 电信网技术，2010，12(12) :1-6.5 Luca Venturino , Narayan Prasad. Coordinated Linear Beamforming in Downlink Multi-Cell Wireless Networks. IEEE Transactions On Wireless Co

17、mmunications,2010,9(4),14511461.6 VCELAKJ，JAVORNIKT，SYKORAJ，et al Multiple-input multiple-output wireless systemsJ.Elektrotehniski Vestnik/Electrotechnical Review，2003，70( 4) :351-3567 梁学俊，朱光喜，曹汐，等 基于信道反馈的MIMO-OFDM系统多用户分集研究J 电子与信息学报，2008，30( 11) . 2570-2574 8 T. S. Rappaport, A. Annamalai, R. M. Bue

18、hrer and W.H. Tranter. Wireless Communications: Past Events and a Future Perspective. IEEE Communications Magazine, 2002,148161.9 Tellambttra C，Parker MG，Guo YJ，Sheperd SJ，and Barton SKOptimalSequences for channel estimation using discrete Fourier transform techniques” IEEE Trans. Communications，47(

19、2)：PP230-237，199910 A Wittneben. A new bandwidth efficient transmit antenna modulation diversity scheme for linear digital modulationIn Proceedings of IEEE ICC93 1993:1630-1634P11 J. H. Winters, “The diversity gain of transmit diversity in wireless systems with Rayleigh fading, ” in Proc. 1994ICC/SU

20、PERCOMM, New Orleans, LA, May 1994, vol. 2, pp. 11211125.12 V. Tarokh, A. Naguib, N. Seshadri, and A. R. Calderbank, “Spacetime codes for wireless communication: Combined array processing and space time coding, ” IEEE Trans. Inform. Theory, Mar. 1998.13 S. Sampei and T. Sunaga, “Rayleigh fading comp

21、ensation method for 16 QAM in digital land mobile radio channels,” in Proc. IEEE Vehicular Technology Conf., San Francisco, CA, 1989, pp. 640646.14 W. C. Jakes, Ed., Microwave Mobile Communications. New York: Wiley, 1974.1458 IEEE JOURNAL ON SELECT AREAS IN COMMUNICATIONS, VOL. 16, NO. 8, OCTOBER 19

22、9815 Yang-Seok Choi，Peter J Voltz，Frank A CassamOn channel estimation and(1etel2tioil for multicarrier signals in fast and selective Rayleigh fading channels JIEEE Transactions on Communication，2001，49(8)：1375一1387.16 Branka Vucetic，Jinhong Yuan著，王晓海等译空时编码技术京：机械工业出版社，2004：1194页17 Chunguo Li，Luxi Yang，“An Asymptotically Optimal Cooperative Relay scheme forTwo-Way Relaying Protocol”IEEE SIGNAL PROCESSING LETTERS，VOL17，NO2 FEBRUARY 20l0 论文工作量适中，选题正确，资料查阅充分，同意开题。签字：2011年 3 月 21 日系（专业）领导小组意见组长签字： 年 月 日备注