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MIMO发射波束形成的再解释

发布时间:2022-10-08作者来源:金航标浏览:1751

假设MIMO在基站。

MIMO接收波束形成,是使基站收到期望移动用户的信号最大,而其它移动用户的信号最小。加权、求和,都是在基站接收机内进行。

MIMO发射波束形成,是使基站发送到期望用户方向的信号最大,而发送到其它移动用户方向的信号最小。加权是在基站发送信号时进行,“求和”是在“空中自然相加”。

从原理上说,发射波束形成大体是这样的:

1、单用户情况(单波束形成):

目的:使发射信号“对准”某一个用户(接收端)的方向,而减小在其它用户方向的干扰。

单个用户数据:X=[x1, x2, ...,xN]^t,其中,xk,k=1,2,...N,是加到第k个天线支路上、等待加权的信号。x1,x2,...xN可能是相同的,也可能是不同的(如果是组合波束形成的话),但都是准备发给同一个用户n的信号。

然后用权矢量W对X进行加权,得到每个天线的发射信号:[w1x1, w2x2, ..., wNxN]. 这N个天线上的信号发到空中后,“自然相加”,成为“一个信号”,用数学表示为:y=WX. (这里W为横矢量,X为列矢量)

信号y向哪个方向传播(或者说发射到哪个方向),是由W决定的。W取决于天线阵列结构和接收信号用户相对于天线阵列的方向。如果W是针对用户的方向设计的,则信号y向用户n的方向传播。

上面说的向哪个方向传播,是有“方向宽度”的,也就是波束宽度(比如定义为3dB波束宽度),这个“宽度”主要决定于天线之间的间隔和天线的数目。要使“方向宽度”(波束宽度)很窄,就要增加天线数目、加大天线间隔(会带来其它一些问题),所以有大规模天线阵列。

说到底,就是产生一个在接收用户方向最大增益的发射阵列方向图。

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2、多用户情形(多波束形成):

目的:同时向M个用户发射信号,(设用户索引为:m=1,2,...,M),在第n个用户(m=n)的方向上只有发给用户n的信号,而没有发给其它用户的信号——这里理想情况,实际是这些信号(m≠n)即干扰信号最小。

W为权值矩阵!注意不是矢量!它的第n行决定在第n个用户方向的增益最大;W的列索引是天线索引。W为M×N。

X也是数据矩阵!注意不是矢量!它的第n列是要发给用户n的数据。X的行索引是天线索引。X为N×M。

WX发射了M个信号,每个信号朝向各自的方向。

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