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MIMO發射波束形成的再解釋

發布時間:2022-10-08作者來源:金航標瀏覽:2566

假設MIMO在基站。

MIMO接收波束形成,是使基站收到期望移動用戶的信號最大,而其它移動用戶的信號最小。加權、求和,都是在基站接收機內進行。

MIMO發射波束形成,是使基站發送到期望用戶方向的信號最大,而發送到其它移動用戶方向的信號最小。加權是在基站發送信號時進行,“求和”是在“空中自然相加”。

從原理上說,發射波束形成大體是這樣的:

1、單用戶情況(單波束形成):

目的:使發射信號“對準”某一個用戶(接收端)的方向,而減小在其它用戶方向的干擾。

單個用戶數據:X=[x1, x2, ...,xN]^t,其中,xk,k=1,2,...N,是加到第k個天線支路上、等待加權的信號。x1,x2,...xN可能是相同的,也可能是不同的(如果是組合波束形成的話),但都是準備發給同一個用戶n的信號。

然后用權矢量W對X進行加權,得到每個天線的發射信號:[w1x1, w2x2, ..., wNxN]. 這N個天線上的信號發到空中后,“自然相加”,成為“一個信號”,用數學表示為:y=WX. (這里W為橫矢量,X為列矢量)

信號y向哪個方向傳播(或者說發射到哪個方向),是由W決定的。W取決于天線陣列結構和接收信號用戶相對于天線陣列的方向。如果W是針對用戶的方向設計的,則信號y向用戶n的方向傳播。

上面說的向哪個方向傳播,是有“方向寬度”的,也就是波束寬度(比如定義為3dB波束寬度),這個“寬度”主要決定于天線之間的間隔和天線的數目。要使“方向寬度”(波束寬度)很窄,就要增加天線數目、加大天線間隔(會帶來其它一些問題),所以有大規模天線陣列。

說到底,就是產生一個在接收用戶方向最大增益的發射陣列方向圖。

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2、多用戶情形(多波束形成):

目的:同時向M個用戶發射信號,(設用戶索引為:m=1,2,...,M),在第n個用戶(m=n)的方向上只有發給用戶n的信號,而沒有發給其它用戶的信號——這里理想情況,實際是這些信號(m≠n)即干擾信號最小。

W為權值矩陣!注意不是矢量!它的第n行決定在第n個用戶方向的增益最大;W的列索引是天線索引。W為M×N。

X也是數據矩陣!注意不是矢量!它的第n列是要發給用戶n的數據。X的行索引是天線索引。X為N×M。

WX發射了M個信號,每個信號朝向各自的方向。

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