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MIMO信号处理 – 信道容量提高的新领域 Syd Aon Mujtaba (invited) 无线系统研究部门 Agere Systems mnjtaba@ I. 摘要 传统上,增加单用户无线局域网、()铜有线局域网、() ADSL本地环路数网络的应用,数字传输系统吞吐量. 首先(最)发生在.同样,增加数据容量的焦点已经从广域网转移到局域网和城域网并不令人惊讶，然而这些也更加被原有的基础设备所局限，并且花费和网络所有权也是一个敏感的问题。随着UTP铜缆成本效率的最大增长，局域网第一次开始用。 如图 1,每一代新的有线网络以增加了物理层的吞吐量推动实现更高的数据传输速率.传输速率从l波特率增加125M比特,这就要求UTP从3类到5类双绞线电缆. 然而，从100M比特/秒到1G比特/秒的转变4对双绞线的电缆的全双工操作，造成需要补偿回波和近端的串话干扰。近期关于引入10G比特/秒双绞线的提案也强调突出了需要由MIMO信号处理技术进行补偿远端串话干扰造成的冲突问题。近年来,随着越来越多地使用电脑无线局域网得到普及. 图所示.每新一代无线局域网提高物理层吞吐量. 不同于有线局域网最高波特率, 无线局域网必须.按照FCC（前向纠错编码）规定，每个信道带宽被限制在大约20MHz,3个信道在2.4GHz应用于ISM带宽,12个信道在5.4GHz应用于UNII带宽。 因为无线传输的信道容量被限制在20MHz,所以目前通过调整信噪.通过降低扩频序列增益从11到1.375可得到传输速率从2MBPS到11Mbps的提高。同时传输速率从11Mbps到54Mbps的跨跃还需要扩展星座大小从QPSK调制到64QAM.为了将速率（吞吐量）扩展到250Mbps，需要更大的星座大小= 16M，这是不切实际的一个可行的方案是通过多天线传输和多天线接收使用MIMO信号处理技术达到这个目标。ADSL（不对称数字用户环路）标准在“最后公里”传输中是一种稳定的可接收的宽带接入机制ADSL是电信营运商部署于本地环路的铜线基础设施在铜线上是随着长度以数减,所以ADSL的数据传输率从6000尺至18000尺是以10下跌.一项到. 这种技术,要求信号处理技术. 本文如下 在下一,我们描述由. 在随后我们讨论无线局域网、 有线局域网、ADSL的. 我们.MIMO信道理论容量 单输入单输出()通道的特点是. 香农公式给出了在高斯白噪声影响下的SISO信道容量： （1） 其中c是, B是, 信噪比是信号与噪声的比例. 注意到任意低误码率(BER). 公式(1)仅仅在带宽B是平稳的并且加性噪声是白噪声或者高斯噪声的情况下才成立. R为实际接收中的信道容量， 由于信号丢失（导致信噪比下降）和调制方式的影响 (诸如qpsk,16-QAM信号等). 目标误码率(BER)和信噪比我们可以为: 奈奎斯特样定理 （3） 其中p(SNR)是SNR的传递函数，如果SNR的时变在传送端被得知，则WF原理适用于最大容量，这就使人想到当SNR比较高的时候就有更高的传输能力，反之则传输能力较低。同时较大的信噪比允许我们使用更高的调制方式。注意从接收端到发送端的信道中状态信息的反馈必须遵守注水分布准则。 如果在通道中有回声和临时性分散（比如多重传输路径）,频率响应可能就不在平稳。 相对于平稳频率信道，选择频率信道总是减少信道容量，公式如下： （4） 注水分布也可以应用到变频信道中，这是传输能力跟信噪比成正比。 在实际中，一个通讯信道的衰弱要比加性高斯白噪声信道大的多。 环路不匹配和非线性插入导致在接收端和发送端都有失真。而且，附近的传输者也会有一部分信号作为外部干扰信号一起进入信道。失真和干扰在接收端无法被补偿导致信号完整性下降。而且，典型失真和干扰信号功率谱密度既不是高斯的也不是白噪声。如果是非白色噪声，那么公式（1）便不再成立。然而白噪声滤波器可以使乘性色噪声变成白噪声，但是同时也导致信道频率选择性。这样，公式（4）可以用来估计有色噪声中系统的信道容量。因此乘性色噪声信道容量比加性高斯白噪声信道容量要低。如果是非高斯白噪声，公式（1）仍然不成立。然而，如果应用中心极限定理的话，非高斯信源可以和高斯信源等同处理。 根据公式（1），可以通过增加带宽和提高信噪比2个方法提高信道容量，信噪比的提高可以通过下面几个方法来实现：a.增加传输功率;b.减少信道衰弱；c.最小化频率选择性，失真和干扰的影响。增加带宽会导致更加严重信道频率选择性。因此，虽然通过带宽拓宽了通道容量，但是由于频率选择性，导致容量上就有一个