3GPP LTE的預編碼和空間多路復用MIMO技術

　　多路輸入多路輸出(MIMO)技術通過頻譜效率的改進可提供更高的數據速率[1,2]。MIMO系統的性能與接收到的信干噪比(SINR)及多路徑信道和天線配置的相關屬性直接相關[3]。無線信道可使某些MIMO接收天線端的SINR降低，但通過在發射機端使用波束賦形，還是能夠提高系統性能。雖然波束賦形與波束控制經常一起使用，但明白二者的差別是非常重要的，波束賦形是一種信號處理技術，波束控制是改變輻射主波瓣的方向。波束賦形非常適用于MIMO應用。3GPP長期演進(LTE)標準[4]包括幾種發射波束賦形技術，可在各種信道條件下優化系統性能。其中一種就是預編碼技術，它可以提高和/或均衡通過多個接收機天線接收到的 SINR。

　　MIMO和預編碼

　　圖 1a 顯示了標準2×2 MIMO空間多路復用圖。假設無線信道將在發射天線和接收天線之間提供 4 個獨立連接。每個信道連接(圖中以箭頭來表示)均代表所有傳輸路徑的一個獨特組合，其中包括直接視距(LOS)路徑(如果存在)，以及由于周圍環境的反射、散射和衍射而生成的無數多路徑。根據得出的信道條件，如果任何一條接收天線的SINR太慢，MIMO 系統則可能無法恢復發射的數據流(層)。如圖1b所示，在了解當前信道條件后，發射機通過添加預編碼，能夠在傳輸之前有效地結合各層，達到通過多個接收天線均衡信號接收的目的。預編碼方案是專門針對空間多路復用和發射分集應用而設計的[4]。

　　預編碼以發射波束賦形的概念為基礎，該概念支持多個波束同時在MIMO系統中進行傳輸。LTE標準定義了一組復雜的加權矩陣，以便使用高達4×4的天線配置在傳輸之前對各層進行組合[4]。對于2×2的配置來說，將加權矩陣W乘以輸入層，就能得出將要發射的預編碼信號。

　　此處，x(q)(i) 是預編碼(q=0, 1)之前的輸入層，y(q)(i) 是應用于每個發射天線的預編碼信號。這個最簡單的預編碼矩陣將每一層映射到專門用于發射那一層的單一天線上，而不需要與其他天線進行任何耦合。在這種情況下，由碼簿索引 0 定義的加權矩陣將變為：