基于相關性和SINR的MIMO自適應模式切換

張全君　吳阿沛

摘 要：文章設計了一種基于相關性和SINR的MIMO自適應傳輸模式切換的方案，根據信道狀態在空間復用、波束成形和雙空時發送分集了種模式之間進行自適應切換。系統仿真結果表明，本方案有效地提高了系統的傳輸性能。

關鍵詞：模式切換；空間復用；波束成形；雙空時發送分集

MIMO系統傳輸模式各具特點，空間復用（Spatial Multiplexing，SM）在信道狀態較好時可有效提升系統容量，波束成形（Beamforming，BF）在信道狀態較差時將信號控制在特定方向上傳播以提高系統可靠性。使用SM或BF都會以損失容量或可靠性為代價。雙空時發送分集（Double Space-time Transmit Diversity，D-STTD）將4個天線平均分為兩個天線組，天線組內采用TD方式，天線組間采用SM方式，是系統容量和可靠性折中的方案。

對MIMO傳輸模式切換的研究主要是兩種傳輸模式的切換，Robert和Antonio等做了相關研究。2008年，Arie等[1]對文獻提出的基于信道質量的切換進行了性能分析，但是并沒有針對可能出現的問題提出解決方案。

本文主要研究下行鏈路自適應傳輸模式的切換，采用基于相關性和SINR計算各傳輸模式容量并選擇最優傳輸模式，提升系統傳輸性能。

1 系統模型

MIMO自適應傳輸模式切換原理如圖1所示。接收機進行信道估計，計算信道相關性和信干噪比（Signal to Interference plus Noise Ratio，SINR）得到各模式下的系統容量，并做最優選擇。發射機根據接收機反饋的傳輸模式進行編碼調制。

2.3 傳輸模式選擇

如圖2所示，信道條件不變時可根據相關性和SINR判斷應當采用的傳輸模式。相關性和SINR的門限值可以通過容量的比較得到。假設相關性的門限值為ρth，SINR的門限值為SINRth。若落在第一象限，采用SM；落在第二象限，采用D-STTD；落在第三象限，采用BF。特殊情況下，若落在第四象限，比較BF和SM的容量，決定采用BF或SM方案。若信道條件改變，需重新確定相關性和SINR門限值。

3 仿真及分析

發射天線Nt=4，接收天線Nr=2，信道模式為Hiperlan2的模式C，且為準靜態信道。

3種傳輸模式及自適應切換模式下的容量曲線如圖3所示。

從圖3可以看出，仿真結果與本文模式切換的理論一致，容量曲線沿著3條曲線中容量最高的曲線變化。

4 結語

本文設計了一種適用于有限反饋MIMO系統的傳輸模式自適應切換方案，仿真表明，該方案有效地提升了系統的傳輸性能。

[參考文獻]

[1]ARIE R.An overview of multi-mode multi-user adaption and scheduling techniques in MIMO-based fourth-generation wireless systems[C].Eilat：IEEE 2008 25th Convention，2008.

[2]SPETH M，CLASSEN F，MEYR H.Frame synchronization of OFDM systems in frequency selective fading channels[C].Arizona：The 47th IEEE Vehicular Technology Conference，1997.

[3]MATTHEW R，MCKAY，IAIN B，et al.Multiplexing/beamforming switching for coded MIMO in spatially correlated channels based on closed-form ber approximations[J].IEEE Transactions Vehicular Technology，2007（5）：2555-2567.

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