干扰对齐相关知识

干扰对齐相关知识干扰对齐相关知识干扰对齐相关知识干扰对齐相关知识编制仅供参考审核批准生效日期地址：电话：传真:邮编:1.干扰对齐（InterferenceAlignmentIA）是一种有效的干扰管理机制，通过预编码技术使干扰在接收端重叠在一起，以彻底消除干扰对期望信号的影响。与忽略干扰、解码/消除干扰以及正交接入（避免干扰）等现有处理干扰的方法不同，IA通过压缩干扰所占的信号维度，使系统获得最大自由度。由于可以彻底消除干扰，能够显著提高系统容量，IA技术受到了广泛的关注获得预编码矩阵的方法有两种：直接法和迭代法，直接法需要理想的全局CSI，而迭代法则需要在收发双方反复交替迭代。2.无线频谱资源缺乏的新武器---干扰对齐当多个用户进行无线通信时，相互之间会存在干扰，而干扰会影响信号接收质量，减小接收机的信道容量。现有的处理干扰的技术，如频分复用(FDMA),时分复用(TDMA),和码分复用(CDMA)主要是通过信号的正交化来消除干扰信号对期望信号的影响。其实，当多用户共享频谱资源时，这种处理方法只能做到将频谱资源在K个用户之间进行分配。例如，当相互影响的用户数为K时，每个用户所能获得的频谱资源为单个用户时的1/K。因此，当用户数量很大时，每个用户所能获得的频谱资源仍然非常有限。

干扰对齐技术的提出就是为了解决这一问题，它将信号空间划分为期望信号空间和干扰信号空间两个部分，通过预编码技术使干扰在接收端重叠，从而压缩干扰所占的信号容量，消除干扰对期望信号的影响，达到提高信道容量的目的。

目前加州大学欧文分校的Jafar助理教授已经从理论上证明，通过干扰对齐，在K个用户的无线通信信道中，每个用户最多能获得相当于只有一个用户时，总频谱资源的1/2,K个用户能够获得的频谱资源为只有一个用户时的k/2倍。得克萨斯大学奥斯汀分校的Health教授对干扰对齐进行了实验验证，实验结果表明，干扰对齐能够极大提高系统的频谱利用率。

当然，干扰对齐技术还处于研究阶段，还有很多问题没有解决。首先是干扰对齐所要求的全局信道状态信息在实际中很难达到；其次随着用户数量的增加，干扰对齐的约束条件会急剧增加而导致难以实现，这也是当前干扰对齐领域研究的热点。3.信道边信息信道边信息是一个很广泛的概念，它包括信道的瞬时状态信息，也包括信道的一些统计参数。严格意义上来说，我们讲的信道状态信息（CSI)只是信道边信息的一个子部分。2楼说得很好。他举了一个瑞利衰落的例子，接受机把这个瑞利衰落的因子（sigma)反馈到发射端，那么这个因子就是信道的边信息。我再举个例子，rice衰落中有个参数k(直射路径能量与非视距能量之比），如果接收机把这个因子反馈到发射端，那么这个参数也叫做信道的边信息。我们通常说的信道状态信息也属于信道边信息。一个狭义，一个广义。4.信道状态信息信道状态信息（CSI）是一种笼统的概念，它包括信道矩阵。只要是反应Channel的都叫信道状态信息。信道矩阵只是MIMO系统中的一种信道状态信息。其他的比如Channelprofile，多径时延，多普勒频偏，MIMO信道的秩，波束形成向量，等等，都属于信道状态信息。当前的信道矩阵H只能算是一种信道状态信息，但是是最常用的。5.预编码①预编码技术就是在已知信道状态信息的情况下，通过在发送端对发送的信号做一个预先的处理，以方便接收机进行信号检测。②预测编码是根据离散信号之间存在着一定关联性的特点，利用前面一个或多个信号预测下一个信号进行，然后对实际值和预测值的差（预测误差）进行编码。如果预测比较准确，误差就会很小。在同等精度要求的条件下，就可以用比较少的比特进行编码，达到压缩数据的目的。预测编码中典型的压缩方法有脉冲编码调制（PCM，PulseCodeModulation）、差分脉冲编码调制（DPCM，DifferentialPulseCodeModulation）、自适应差分脉冲编码调制（ADPCM，AdaptiveDifferentialPulseCodeModulation）等，它们较适合于声音、图像数据的压缩，因为这些数据由采样得到，相邻样值之间的差相差不会很大，可以用较少位来表示。③首先，如楼上说的，预编码用于闭环系统中，以下行为例，要实现下行预编码，需要上行相关的反馈信息。

至于定义，现在给的都很模糊，主要就是发送端利用反馈得到的信息，对信道矩阵做一定的处理，使收端得到更高的信噪比。如下式：

r＝HWx+n

r为接收信号，H为信道，n为噪声，这里的矩阵W就是对信道H进行预编码处理。而W的获取，是通过信号接收端反馈的信息去得到的。④预编码：预编码分两种，一种线性的，一种是非线性的。线性的可以有迫零预编码，迫零预编码又与发射波束成型紧密联系，非线性的是脏编码，脏编码能够实现下行链路的最大容量，但是比较复杂很难用于实践。6.波束成形①Beam-Forming，一般翻译为波束成形，源于自适应天线的一个概念。

简单的说，用于接收端的信号处理时，可以通过对多天线阵元接收到的各路信号进行加权合并形成所需的理想信号，从天线的方向图(pattern)或称为波束的角度来看，这样做等效于形成了规定指向上的波束，比如将全方向的接收方向图形成了有零点、有最大指向的波束方向图。由于天线原理中的互易性，波束成形也可用于发射端，即对天线阵元馈电的进行幅度和相位的调整，达到形成所需形状的方向图，比如最早用于雷达的相控阵等等，

用于３Ｇ中的智能天线，如在TD-SCDMA中，提到了上下行的波束成形问题。并在应用中

综合了联合检测技术。在WCDMA中，也有学者进行了研究，目前多讨论反向链路的接收

信号处理问题。②LTE-Beamforming(波束成形)算法简介与传统的TDMA、FDMA或CDMA方式相比，LTE-A（LTE-Advanced）引入了第四维多址方式：空分多址（SpacialDivisionMultipleAccess，SDMA）方式。人们研究波束成形的最初动机是，在频谱资源日益拥挤的情况下考虑如何将自适应波束成形应用于蜂窝小区的基站，以便能更有效地增加系统容量和提高频谱利用率。波束成形的基本思想是：天线以多个高增益窄波束动态地跟踪多个期望用户，在接收模式下，来波方向之外的信号被抑制，发射模式下，能使期望用户接收的信号功率最大，同时使窄波束照射范围以外的非期望用户受到的干扰最小。SDMA是利用用户空间位置的不同来区分不同用户，即在相同时隙、相同频率或相同地址码的情况下，仍然可以根据信号不同的中间传播路径而区分。SDMA是一种信道增容的方式，可以实现频率的重复使用，充分利用频率资源。因此，波束成形可以通过空分多址来区分一个小区内（或多个小区之间）的多个用户，使其共享相同的时频资源。

另外，MIMO系统的空间复用和传输分集这两种发射方案都不需要知道信道信息（ChannelStateInformation，CSI）。但理论研究证明，在发送端已经获取了CSI的情况下，通过联合采用传输波束成形（TransmitBeamforming，TBF）与接收合并（ReceiveCombining，RC）技术，可以进一步提升系统性能。

对于点对点的单用户MIMO系统（SingleUserMIMO，SU-MIMO），当发射天线数大于接收天线数，或者接收端信噪比（SignaltoNoiseRatio，SNR）较低时，系统将受益于CSIT(ChannelSideInformationattheTransmiter，CSIT)。

对于点对多点的多用户MIMO系统（MultipleUserMIMO，MU-MIMO），将始终受益于CSIT。因为我们通过在基站端采用传输波束成形或一定的预编码算法，不但可以为需要的接收机获取较高的SNR，更重要的是可以消除或者在很大程度上减少来自网络中其他点用户的干扰。

至于基站端CSIT的获取，对于频分双工(FrequencyDivisionDuplex，FDD)系统，相当于闭环MIMO技术（Closed-LoopMIMO），即基站端发出导频，用户接收机利用该导频所携带的信息估计出H(dl)，再通过反馈链路反馈给基站。而对于时分双工(TimeDivisionDuplex，TDD)系统，相当于开环MIMO技术（Open-LoopMIMO），即用户端发出导频，基站接收机利用该导频所携带的信息估计出H(ul)，再由信道互易性（ChannelReciprocity）,做BF所需的下行信道信息满足H(dl)=H(ul)。

波束成形除了可以进行单流的数据传输之外，还可以支持多流的数据传输和空分多址。下图是发射波束成形的三种情况。

④为了满足3GPP长期演进（LongTermEvolution，LTE）在高数据率和高系统容量方面的需求，LTE系统支持下行应用多输入多输出（MultipleInputMultipleOutput，MIMO）技术，包括传输分集（TransmitDiversity，TD），波束成形（Beamforming，BF）以及空间复用（SpatialMultiplexing，SM）。

传输分集的主要原理是利用空间信道的弱相关性，结合时间/频率上的选择性，为信号的传递提供更多的副本，提高信号传输的可靠性，从而改善接收信号的信噪比。LTE中传输分集技术的候选技术很多，比如空时编码（Space-TimeCode，STC），循环延迟分集（CyclicDelayDiversity，CDD）以及天线切换分集技术等。

波束成形技术是一种应用于小间距天线阵列的多天线传输技术，其主要原理是利用空间信道的强相关性，利用波的干涉原理产生强方向性的辐射方向图，使得辐射方向图的主瓣自适应地指向用户来波方向，从而提高信噪比，提高系统容量或者覆盖范围。

空间复用技术则是一种利用空间信道的弱相关性的技术，其主要工作原理是在多个相互独立的空间信道上传递不同的数据流，从而提高数据传输的峰值速率。这三种技术对空间信道的要求不同，因而其应用的场景也有所不同。典型的信道容量曲线在低信噪比区域的斜率比较大，应用传输分集技术和波束成形技术可以有效地提高接收信号的信噪比，从而提高传输速率或者覆盖范围，而在高信噪比区域，容量曲线接近平坦，再提高信噪比也无法明显改善传输速率，此时就可以利用空间复用技术来提高传输速率。⑤对于波束成形，无论如何就是需要知道CSI，然后推算出预编码，这里的预编码有码本方式（接收端测量CSI反馈给发送端）和非码本方式（发送端通过逆向链路测量得知CSI）7.信道自由度在不同的文献中，信道自由度有时有不同的意思，一般的理解如下：①信道自由度就是我们信道变量的个数，在通信过程中，我们总是希望信道自由度越多越好，这样我们就可以提高通信信道容量，从而提高系统吞吐量，这对于现在的高速通信来说，我们总是希望信道自由度越多越好。②wedefinethedegreesoffreedomofthechanneltobethedimensionofthereceivedsignalspace.8.自由度自由度(degreeoffreedom,df)在数学中能够自由取值的变量个数，如有3个变量x、y、z，但x+y+z=18，因此其自由度等于2。在统计学中，自由度指的是计算某一统计量时，取值不受限制的变量个数。通常df=n-k。其中n为样本含量，k为被限制的条件数或变量个数，或计算某一统计量时用到其它独立统计量的个数。自由度通常用于抽样分布中。MIMO,MIMO是什么意思,什么是MIMO无线通信技术

MIMO(Multiple-InputMultiple-Out-put)系统是一项考虑用于的技术。是下一代标准，可将吞吐量提高到100Mbps。同时，专有MIMO技术可改进已有b/g网络的性能。该技术最早是由Marconi于1908年提出的，它利用多天线来抑制信道衰落。根据收发两端天线数量，相对于普通的SISO(Single-InputSingle-Output)系统，MIMO还可以包括SIMO(Single-InputMulti-ple-Output)系统和MISO(Multiple-InputSingle-Output)系统。

1、MIMO概述多用户MIMO示意图

MIMO表示多输入多输出。读/maimo/或/mimo/，通常美国人前者，英国人读后者，国际上研究这一领域的专家较多的都读读/maimo/。通常用于IEEE，但也可以用于其他技术。MIMO有时被称作空间多样，因为它使用多空间通道传送和接收数据。只有站点（移动设备）或接入点（AP）支持MIMO时才能部署MIMO。

MIMO的优点是能够增加无线范围并提高性能。连接到老的接入点的站点能够以更高的速度连接到更远的距离。例如，如果使用老站点，从25英尺的距离连接到接入点的速度是1Mbps；而使用MIMO时站点的速度为2Mbps。增加到2Mbps的范围，允许用户在更远的距离保持连接。

无线电发送的信号被反射时，会产生多份信号。每份信号都是一个空间流。使用单输入单输出（SISO）的当前或老系统一次只能发送或接收一个空间流。MIMO允许多个天线同时发送和接收多个空间流。它允许天线同时传送和接收。

老接入点到老客户端-只发送和接收一个空间流

MIMO接入点到MIMO客户端-同时发送和接收多个空间流

可以看出，此时的信道容量随着天线数量的增大而线性增大。也就是说可以利用MIMO信道成倍地提高无线信道容量，在不增加带宽和天线发送功率的情况下，频谱利用率可以成倍地提高。

利用MIMO技术可以提高信道的容量，同时也可以提高信道的可靠性，降低误码率。前者是利用MIMO信道提供的空间复用增益，后者是利用MIMO信道提供的空间分集增益。实现空间复用增益的算法主要有贝尔实验室的BLAST算法、ZF算法、MMSE算法、ML算法。ML算法具有很好的译码性能，但是复杂度比较大，对于实时性要求较高的无线通信不能满足要求。ZF算法简单容易实现，但是对信道的信噪比要求较高。性能和复杂度最优的就是BLAST算法。该算法实际上是使用ZF算法加上干扰删除技术得出的。目前MIMO技术领域另一个研究热点就是空时编码。常见的空时码有空时块码、空时格码。空时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。

通常，多径要引起衰落，因而被视为有害因素。然而研究结果表明，对于MIMO系统来说，多径可以作为一个有利因素加以利用。MIMO系统在发射端和接收端均采用多天线(或阵列天线)和多通道，MIMO的多入多出是针对多径无线信道来说的。传输信息流s(k)经过空时编码形成N个信息子流ci(k)，I=1，……，N。这N个子流由N个天线发射出去，经空间信道后由M个接收天线接收。多天线接收机利用先进的空时编码处理能够分开并解码这些数据子流，从而实现最佳的处理。

特别是，这N个子流同时发送到信道，各发射信号占用同一频带，因而并未增加带宽。若各发射接收天线间的通道响应独立，则多入多出系统可以创造多个并行空间信道。通过这些并行空间信道独立地传输信息，数据率必然可以提高。

MIMO将多径无线信道与发射、接收视为一个整体进行优化，从而实现高的通信容量和频谱利用率。这是一种近于最优的空域时域联合的分集和干扰对消处理。

系统容量是表征通信系统的最重要标志之一，表示了通信系统最大传输率。对于发射天线数为N，接收天线数为M的多入多出（MIMO）系统，假定信道为独立的瑞利衰落信道，并设N、M很大，则信道容量C近似为：C=[min(M,N)]Blog2(ρ/2)

其中B为信号带宽，ρ为接收端平均信噪比，min(M,N)为M，N的较小者。上式表明，功率和带宽固定时，多入多出系统的最大容量或容量上限随最小天线数的增加而线性增加。而在同样条件下，在接收端或发射端采用多天线或天线阵列的普通智能天线系统，其容量仅随天线数的对数增加而增加。相对而言，多入多出对于提高无线通信系统的容量具有极大的潜力。

3、MIMO技术

MIMO技术大致可以分为两类：发射/接收分集和空间复用。传统的多天线被用来增加分集度从而克服信道衰落。具有相同信息的信号通过不同的路径被发送出去，在接收机端可以获得数据符号多个独立衰落的复制品，从而获得更高的接收可靠性。举例来说，在慢瑞利衰落信道中，使用1根发射天线n根接收天线，发送信号通过n个不同的路径。如果各个天线之间的衰落是独立的，可以获得最大的分集增益为n，平均误差概率可以减小到，单天线衰落信道的平均误差概率为。对于发射分集技术来说，同样是利用多条路径的增益来提高系统的可靠性。在一个具有m根发射天线n根接收天线的系统中，如果天线对之间的路径增益是独立均匀分布的瑞利衰落，可以获得的最大分集增益为mn。智能天线技术也是通过不同的发射天线来发送相同的数据，形成指向某些用户的赋形波束，从而有效的提高天线增益，降低用户间的干扰。广义上来说，智能天线技术也可以算一种天线分集技术。

分集技术主要用来对抗信道衰落。相反，MIMO信道中的衰落特性可以提供额外的信息来增加通信中的自由度(degreesoffreedom)。从本质上来讲，如果每对发送接收天线之间的衰落是独立的，那么可以产生多个并行的子信道。如果在这些并行的子信道上传输不同的信息流，可以提供传输数据速率，这被成为空间复用。需要特别指出的是在高SNR的情况下，传输速率是自由度受限的，此时对于m根发射天线n根接收天线，并且天线对之间是独立均匀分布的瑞利衰落的。

根据子数据流与天线之间的对应关系，空间多路复用系统大致分为三种模式：D-BLAST、V-BLAST以及T-BLAST。

D-BLAST最先由贝尔实验室的GerardJ.Foschini提出。原始数据被分为若干子流，每个子流之间分别进行编码，但子流之间不共享信息比特，每一个子流与一根天线相对应，但是这种对应关系周期性改变，如图所示，它的每一层在时间与空间上均呈对角线形状，称为D-BLAST(Diagonally-BLAST)。D-BLAST的好处是，使得所有层的数据可以通过不同的路径发送到接收机端，提高了链路的可靠性。其主要缺点是，由于符号在空间与时间上呈对角线形状，使得一部分空时单元被浪费，或者增加了传输数据的冗余。如图所示，在数据发送开始时，有一部分空时单元未被填入符号(对应图中右下角空白部分)，为了保证D-BLAST的空时结构，在发送结束肯定也有一部分空时单元被浪费。如果采用burst模式的数字通信，并且一个burst的长度大于M(发送天线数目)个发送时间间隔，那么burst的长度越小，这种浪费越严重。它的数据检测需要一层一层的进行，如图所示：先检测c0、c1和c2，然后a0、a1和a2，接着b0、b1和b2……

另外一种简化了的BLAST结构同样最先由贝尔实验室提出。它采用一种直接的天线与层的对应关系，即编码后的第k个子流直接送到第k根天线，不进行数据流与天线之间对应关系的周期改变。如图所示，它的数据流在时间与空间上为连续的垂直列向量，称为V-BLAST(Vertical-BLAST)。由于V-BLAST中数据子流与天线之间只是简单的对应关系，因此在检测过程中，只要知道数据来自哪根天线即可以判断其是哪一层的数据，检测过程简单。

（图1）

考虑到D-BLAST以及V-BALST模式的优缺点，一种不同于D-DBLAST与V-BLAST的空时编码结构被提出：T-BLAST。等文献分别提及这种结构。它的层在空间与时间上呈螺纹(Threaded)状分布，如图2所示。原始数据流被多路分解为若干子流之后，每个子流被对应的天线发送出去，并且这种对应关系周期性改变，与D-BLAST系统不同的是，在发送的初始阶段并不是只有一根天线进行发送，而是所有天线均进行发送，使得单从一个发送时间间隔来看，它的空时分布很像V-BALST，只不过在不同的时间间隔中，子数据流与天线的对应关系周期性改变。更普通的T-BLAST结构是这种对应关系不是周期性改变，而是随机改变。这样T-BLAST不仅可以使得所有子流共享空间信道，而且没有空时单元的浪费，并且可以使用V-BLAST检测算法进行检测。

5、MIMO的应用

为了提高系统容量，下一代的无线宽带移动通信系统将会采用MIMO技术，即在基站端放置多个天线，在移动台也放置多个天线，基站和移动台之间形成MIMO通信链路。应用MIMO技术的无线宽带移动通信系统从基站端的多天线放置方法上可以分为两大类：一类是多个基站天线集中排列形成天线阵列，放置于覆盖小区，这一类可以称为集中式MIMO；另一类是基站的多个天线分散放置在覆盖小区，可以称为分布式MIMO。

MIMO技术可以比较简单地直接应用于传统蜂窝移动通信系统，将基站的单天线换为多个天线构成的天线阵列。基站通过天线阵列与小区内的具有多个天线的移动台进行MIMO通信。从系统结构的角度看，这样的MIMO系统与传统的单入单出(SISO)蜂窝通信系统相比并没有根本的区别。

传统的分布式天线系统可以克服大尺度衰落和阴影衰落造成的信道路径损耗，能够在小区内形成良好的系统覆盖，解决小区内的通信死角，提高通信服务质量。最近在MIMO技术的研究中发现，传统的分布式天线系统与MIMO技术相结合可以提高系统容量，这种新的分布式MIMO系统结构——分布式无线通信系统(DWCS)[8]成为MIMO技术的重要研究热点。

在采用分布式MIMO的DWCS系统中，分散在小区内的多个天线通过光纤和基站处理器相连接。具有多天线的移动台和分散在附近的基站天线进行通信，与基站建立了MIMO通信链路。这样的系统结构不仅具备了传统的分布式天线系统的优势，减少了路径损耗，克服了阴影效应，同时还通过MIMO技术显著提高了信道容量。与集中式MIMO相比，DWCS的基站天线之间距离较远，不同天线与移动台之间形成的信道衰落可以看作完全不相关，信道容量更大。总体上说，分布式MIMO系统的信道容量更大，系统功耗更小，系统覆盖性能更好，系统具有更好的扩展性和灵活性。

分布式MIMO的DWCS系统也带来了一些新问题。移动台和小区内邻近的天线建立的MIMO链路，由于基站不同天线的位置不同，它们距离移动台的距离不同，使得基站端的多个天线的信号到达移动台的延时也不同，因此带来新的研究问题。目前在这方面研究较多的是进行容量分析。除此之外的研究内容还包括：具体的同步技术、信道估计、天线选择、发射方案、信号检测技术等，这些问题有待深入研究。10.频率复用①频率复用因子表示一个频率复用簇（ReuseCluster）当中的频点的数量。复用因子越大，表示复用距离越大。第一代移动通信（AMPS)的复用因子为9~11，第二代移动通信（GSM)的复用因子为4~7。在CDMA技术出现以后，由于CDMA技术的抗干扰的特性，普遍采用了复用因子为1，也称为普遍频率复用（UniversalFrequencyReuse）和同频复用。②所谓频率复用，以OFDM为例，假设有1、2、3、4个总共4个子载波，假设小区1、小区2里的用户都可以调度到这4个子载波，那么就是全频率复用，那么小区间干扰最大；假设小区1中心用户能够调度到全部子载波，但边缘用户只能调度到1、2个子载波，而小区2中心用户能够调度到全部子载波，但边缘用户只能调度到3、4个子载波，那就是部分频率复用。显然，此时采用部分频率复用可以降低小区间的干扰，不过频谱效率会有一定程度的降低。③简单点说，频率复用就是一个频率在多少个小区后可以再用！CDMA因为是码分多址，所以，每个小区频率都可以一样，也就是1：1复用。GSM因为采用4X3复用方式，即第十三个小区可以重复使用频率。④ＧＳＭ网上的频率复用

频率复用技术是指同一载频的无线信道覆盖不同地区，这些使用相同载频的地区之间相隔一定的距离以使同频干扰抑制在可接受的范围内。作为目前全世界最为流行的移动通信技术，ＧＳＭ网络在全球拥有最多的用户，并且此用户群正在成倍增长。面对并不宽裕的频率资源，各大厂家都在积极开发新技术以适应市场的需要，如何采用新功能来进一步提高频率复用以提高网络容量也是大家较为关注的一个课题。

早期的移动通信系统中，由于抗同、邻频干扰的功能较少，一般采用较宽松的频率复用方式。例如在ＴＡＣＳ和ＡＭＰＳ等模拟系统中，由于信号采用模拟调制方式，抗衰落及信号解调能力都较差，所以它对同频保护门限的要求也较高，一般大于１８ｄＢ。在ＴＡＣＳ系统中较为流行的频率复用方式是７／２１复用，７／２１复用即为将所有频点平均分在７个基站的２１个小区中（在蜂窝系统中一般将每个基站分为３个小区），在这２１个小区中频点不重复使用，以这２１个小区为一个拓扑结构在整网中重复使用。从这个关系中大家可以看出每个小区的最高载频配置取决于两个因素，一是运营商所拥有的频率资源，二是在网络设计时所采用的频率复用方式。拿７／２１复用为例，每小区最高载频配置＝所有频点数／２１。我们也称２１为频率复用系数，它是衡量一个网络频率复用宽松程度的一个主要参数。在ＧＳＭ系统初期，较为流行的是４／１２频率复用方式，这和ＴＡＣＳ系统的７／２１复用相比在频率资源的利用率上已有了很大的提高。４／１２结构的复用系数是１２，和２１相比它能在每一个小区中配置更多的载频，从而在单位面积上提供更大的容量。但是它是以４个基站为一组重复使用频点的，和以７个基站为一组的７／２１复用相比同频间隔距离要小。ＧＳＭ系统之所以能采用较紧凑的频率复用技术是由于它采用数字调制技术，信号在抗衰落、抗干扰方面都要比模拟信号强得多。从这一点可以看出，在频率资源有限的情况下，如何采用先进的技术和功能来进一步降低网络的频率干扰是提高网络频率复用从而增加网络容量的关键。子载波调制OFDM技术的主要思想就是在频域内将给定信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用1个子载波进行调制，并且各子载波并行传输，这样，尽管总的信道是非平坦的，即具有频率选择性，但是每个子信道是相对平坦的。

由于OFDM系统采用正交子载波调制，因此对频域的同步要求严格，一旦频域的信号点由于频偏的影响，偏离了抽样点，会引入很大的ICI（子载波间干扰）。正交性是依靠相邻载波的中心点与零点相重合取得的，当频偏存在时，这种正交性就遭到了破坏。所谓的子载波调制指的是将串并变换后的数字基带信号进行星座空间的映射过程，通常会采用16QAM或者更高的64QAM调制，对已调制的基带信号（符号），进行上变频的载波调制，由于其表达式恰符合（可以认为是类似）IDFT的定义式，固进行一定的条件限制（子载波间隔为码元速率的倒数为载波间隔）后可以利用该方法处理，我个人以为所谓的利用IFFT处理的方法只是在数学形式上的推导导致新的调制方式的推进。ofdm调制是将一路高速串行数据分成多路低速数据流，然后将每路数据流分别搬移到等间隔的频率上发射，由于分成了多路数据流，每路数据流的符号周期变长，因此抗多径能力增强。发射时将这些调制的低速数据流相加后同时发射出去，从数学表达式上看等效于对原来的数据进行了idft操作，由于调制前的数据是在不同子载波发射，可以看成是频域数据，变换后发射的是一个时间信号，可看成是时域信号，这样与idft的变换域对应起来。最后在接收端解调信号时，由于每个子载波上的传输信号在一个ofdm符号持续时间内恰好都经历了整数倍的周期，而且相邻子载波见都只相差一个周期，因此各个子载波之间可以相互正交。12.多路复用与多址接入多址接入技术（multipleaccesstechniques）在无线电广播信道中，多个不同地址的用户间建立通信链路的方法。例如：在移动通信中，许多移动台要同时通过一个基站和其他移动台进行通信，必须区分出是哪一个移动台发出来的信号；在卫星通信中，各个地球站间必须相互区分来自不同站的通信信号。因此在无线通信中；必须采用某种多址接入技术。

基本原理多址接入技术是利用信号特征上的差异（例如利用信号的工作频率、信号的出现时间以及信号具有的特定波形等）来区分这些信号的，它要求各信号的特征彼此独立或正交（即任意两个信号波形之间的相关函数等于0）。

分类依据信号在频域、时域波形以及空域的特征，多址接入技术基本可分为频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA），码分多址（CDMA），和空分多址（SDMA）。实际中也常用到其他一些多址方式，其他括这4种基本方式的混合多址方式，例如时分多址/频分多址（TDMA/FDMA），码分多址/频分多址（CDMA/FDMA）等。参见频分多址、时分多址、码分多址、空分多址。

多路复用是指两个或多个用户共享公用信道的一种机制。通过多路复用技术，多个终端能共享一条高速信道，从而达到节省信道资源的目的，多路复用有频分多路复用（FDM），时分多路复用（TDM），码分多路复用（CDM）几种。13.多址接入技术"多址接入技术"

蜂窝系统中是以信道来区分通信对象的，一个信道只容纳一个用户进行通话，许多同时通话的用户，互相以信道来区分，这就是多址。移动通信系统是一个多信道同时工作的系统，具有广播和大面积覆盖的特点。在移动通信环境的电波覆盖区内，如何建立用户之间的无线信道的连接，是多址接入方式的问题。解决多址接入问题的方法叫多址接入技术。

详细点说：从移动通信网的构成可以看出，大部分移动通信系统都有一个或几个基站和若干个移动台。基站要和许多移动台同时通信，因而基站通常是多路的，有多个信道，而每个移动台只供一个用户使用，是单路的。许多用户同时通话，以不同的信道分隔，防止相互干扰，各用户信号通过某些特定的方式进行信道的复用，从而建立各自的信道，以实现双边通信的联接称多址联接。多址联接方式是移动通信网体制范畴，关系到系统容量、小区构成、频谱和信道利用效率以及系统复杂性。

移动通信系统中基站的多路工作和移动台的单路工作形成了移动通信的一大特点。在移动通信业务区内，移动台之间或移动台与市话用户之间是通过基站（包括移动交换局和局间联网），同时建立各自的信道，从而实现多址联接的。

那么基站是以怎样的信号传输方式接收、处理和转发移动台来的信号呢基站又以怎样的信号结构发出各移动台的寻呼信号，并且使移动台从这些信号中识别出发给本台的信号呢这就是多址联接方式问题，即多址接入方式的问题。当以传输信号的载波频率不同来区分信道建立多址接入时，称为频分多址方式（FDMA）；当以传输信号存在的时间不同来区分信道建立多址接入时，称为时分多址方式（TDMA）；当以传输信号的码型不同来区分信道建立多址接入时，称为码分多址方式（CDMA）。

目前在移动通信中应用的多址方式有：频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）以及它们的混合应用方式等。频分多址为每一个用户指定了特定信道，这些信道按要求分配给请求服务的用户。在呼叫的整个过程中，其它用户不能共享这一频段。

从图中可以看出，在FDD系统中，分配给用户一个信道，即一对频谱；一个频谱用作前向信道即基站向移动台方向的信道，另一个则用作反向信道即移动台向基站方向的信道。这种通信系统的基站必须同时发射和接收多个不同频率的信号；任意两个移动用户之间进行通信都必须经过基站的中转，因而必须同时占用2个信道（2对频谱）才能实现双工通信。它们的频谱分割如图所示。在频率轴上，前向信道占有较高的频带，反向信道占有较低的频带，中间为保护频带。在用户频道之间，设有保护频隙，以免因系统的频率漂移造成频道间的重叠。频分多址（FDMA）FDMA系统是基于频率划分信道。每个用户在一对频道中通信。若有其它信号的成分落入一个用户接收机的频道带内时，将造成对有用信号的干扰。就蜂房小区内的基站移动台系统而言，主要干扰有互调干扰和邻道干扰（关于互调干扰和邻道干扰，见前面对干扰的介绍）。在频率集重复使用的蜂房系统中，还要考虑同频道干扰。

在模拟蜂窝系统中，采用频分多址方式是唯一的选择。如以前我们所用的模拟网TACS系统，用的就是频分多址。而在数字蜂窝中，则很少采用纯频分的方式。比如我们现在用的GSM系统，虽然也在频率上做了划分，但是更重要的是采用了时隙的概念，所以人们更愿意把其划入时分多址（TDMA）。时分多址（TDMA）时分多址是在一个宽带的无线载波上，把时间分成周期性的帧，每一帧再分割成若干时隙（无论帧或时隙都是互不重叠的），每个时隙就是一个通信信道，分配给一个用户。

如左图所示，系统根据一定的时隙分配原则，使各个移动台在每帧内只能按指定的时隙向基站发射信号（突发信号），在满足定时和同步的条件下，基站可以在各时隙中接收到各移动台的信号而互不干扰。同时，基站发向各个移动台的信号都按顺序安排在预定的时隙中传输，各移动台只要在指定的时隙内接收，就能在合路的信号（TDM信号）中把发给它的信号区分出来。所以TDMA系统发射数据是用缓存-突发法，因此对任何一个用户而言发射都是不连续的。这就意味着数字数据和数据调制必须与TDMA一起使用，而不象采用模拟FM的FDMA系统。时分多址（TDMA）由于时分多址(TDMA)更考虑时间上的问题，所以我们要注意通信中的同步和定时问题，否则会因为时隙的错位和混乱而导致接收端移动台无法正常接收信息。

采用时分多址(TDMA)带来的优点是抗干扰能力增强，频率利用率有所提高，系统容量增大，基站复杂性减小。时分多址（TDMA）用不同的时隙来发射和接收，因此不需双工器。同时越区切换简单（和频分多址(FDMA)相比较而言）。由于在TDMA中移动台是不连续地突发式传输，所以切换处理对一个用户单元来说是很简单的，因为它可以利用空闲时隙监测其他基站，这样越区切换可在无信息传输时进行。因而没有必要中断信息的传输，即使传输数据也不会因越区切换而丢失。

由于时分多址（TDMA）的诸多优点，所以我们在第二代移动通信系统（在这里指我国采用的GSM系统）中引入了时分多址（TDMA）技术。码分多址（CDMA）码分多址系统为每个用户分配了各自特定的地址码，利用公共信道来传输信息。CDMA系统的地址码相互具有准正交性，以区别地址，而在频率、时间和空间上都可能重叠。也就是说，每一个用户有自己的地址码，这个地址码用于区别每一个用户，地址码彼此之间是互相独立的，也就是互相不影响的，但是由于技术等种种原因，我们采用的地址码不可能做到完全正交，即完全独立，相互不影响，所以称为准正交，由于有地址码区分用户，所以我们对频率、时间和空间没有限制，在这些方面他们可以重叠。

系统的接收端必须有完全一致的本地地址码，用来对接收的信号进行相关检测。其他使用不同码型的信号因为和接收机本地产生的码型不同而不能被解调。它们的存在类似于在信道中引入了噪声或干扰，通常称之为多址干扰。码分多址（CDMA）在码分多址（CDMA）蜂窝通信系统中，用户之间的信息传输也是由基站进行转发和控制的。为了实现双工通信，正向传输和反向传输各使用一个频率，即通常所谓的频分双工。无论正向传输或反向传输，除了传输业务信息外，还必须传送相应的控制信息。为了传送不同的信息，需要设置相应的信道。但是，CDMA通信系统既不分频道又不分时隙，无论传送何种信息的信道都靠采用不同的码型来区分。类似的信道属于逻辑信道。这些逻辑信道无论从频域或时域来看都是相互重叠的，或者说它们均占有相同的频段和时间。左图是CDMA通信系统的工作示意图。CDMA数字蜂窝移动通信系统的各种信道的选择，可用正交Walsh函数来实现。正交Walsh函数可以构成正交Walsh码,作为地址码实现码分多址（CDMA）。14.迫零预编码①zeroforcing....通信的基本过程是Y=Hwx，其中w是预编码矩阵，x是发送信息向量，所谓zeroforcing，就是让w=H的逆...这样，x的估计就是x+wn...如果H不是方阵的话，那么zero-forcing的预编码矩阵是w=H'(HH')^(-1)②用户k的所有MUI强制置零，就可得到迫零预编码的形式。由于这种预编码的等效信道为块对角矩阵，因此这种预编码被称作块对角化迫零预编码（zero-forcingblockdiagonalization，ZF-BD）,用于MIMO下行链路中，而迫零编码是在上行链路传输过程中。steeringZero-forcing(orNull-Steering)precodingisaspatialsignalprocessingbywhichthemultipleantennatransmittercannullmultiuserinterferencesignalsin\o"Wireless"wirelesscommunications.Regularizedzero-forcingprecodingisenhancedprocessingtoconsidertheimpactonabackground

\o"Noise"noise

andunknownuser

\o"Interference(communication)"interference[1],wherethebackgroundnoiseandtheunknownuserinterferencecanbeemphasizedintheresultof(known)interferencesignalnulling.Inparticular,

Null-Steering

isamethodof

\o"Beamforming"beamforming

for

\o"Narrowband"narrowband

\o"Signalprocessing"signals

wherewewanttohaveasimplewayofcompensatingdelaysofreceivingsignalsfromaspecificsourceatdifferentelementsoftheantennaarray.Ingeneraltomakeuseoftheantennaarrays,webettertosumandaveragethesignalscomingtodifferentelements,butthisisonlypossiblewhendelaysareequal.Otherwisewefirstneedtocompensatethedelaysandthentosumthemup.Toreachthisgoal,wemayonlyaddtheweightedversionofthesignalswithappropriateweightvalues.Wedothisinsuchawaythatthefrequencydomainoutputofthisweightedsumproducesazeroresult.Thismethodiscallednullsteering.Thegeneratedweightsareofcourserelatedtoeachotherandthisrelationisafunction