MIMO技术原理及应用
PPT内容 pdf 现代通信先进技术MIMO技术原理及应用。MMO系统模型(1)MIMO系统模型(2)■M根发送天线发射的倌号矢量为■N根接收天线上引入的噪声矢量为N根接收天线HM根发送天线(n的每一个分量都是独立同发布的复高斯随机过程)■接攻信号可以表示为r= hs+n〔其中图MIM0系统框图MIMo系统模型(3)MIMO信道模型(1)■独立同分布的复高斯信道为n,表示第j根发送天线到第根接收天线幼冲击响应函数;且都是独立司分布的复机变量,实部和虚部都是高斯随机变量h注:这样的独立高斯信道,一般用于描述较强的散射环境,可以认为是比较理想的信道MIMO信道模型(2)MIMO信道模型(3)■带有相关性的信道模型主散射休>天线之间的间距入射波的到达角入射波的角度扩展接收端多輸入多输出系天线结构示意图MIMO信道模型(4)MIMo信道模型(5)■ nokia空间相关MMo信道模型■每一条路径接收角(A0A)和发送角(AOD)定研究的MHMo信道模型假定在远场区有很少的空间义为关于天线阵列和主要反射体位置的量。独立的主反射体,一个主反射体有一条主要路径■由于本地散射,每一条路径P都会有角度扩展a9),这条路径含有大量的引入波,这些波是由接收机使信号延时几乎相同的时间,但会随AOA的变化:和发射机附近的当地散射体的结构引起的g)=∑)∑yMIMo信道模型(6)MIMo信道模型(7)表示有L个本地散射体。同理定义发送端有当地散射的角度扩展(φ)假设接收天线在发送天线的远区场内。因此式中可假定接收天线接收的是平面波。通过天线阵列,平面波的传播在不同的天线环境下产生时延^。不同天线的波前到达的很小的时间延式中d“是两个邻近的天线的距离,几是通信系統的载迟导致接收天线的相移Φ波波长MIM信道模型(8)MIMO信道模型(9)≯阵列的传播向量包括关于第一个天线的这些■同样,在发送端相移。对于具有相同天线间隔d的线性阵列,向量a。可表示为Oo,uit. d sin o.接收端的相关矩阵为MIMo信道模型(10)MIMo信道模型(11)■发送端的天线之间的相关矩阵Noka空间相关MMO信道的仿真用生成单天线快衰落的方法,生成互相独立的列向量R1=∑ana3)用上述方法分別计算接收天线和发送天线的相关矩阵Rx、RR计算接收天线和发送天线的相关矩阵的Kronecker积,得到总的相关矩阵RNuMIMo信道模型(12)MIM◎信道 Shannon容量(1)Nokia空间相关MMO信道的仿真(续■基于前面所述的信道模型,根据信息论的结论,此将总的相关矩阵进行 Cholesky分解,得到矩阵MIMO系统能达到的系统 Shannon容量为Nx MNC=log;deo+fH”)bsH计算列向量hx=[h,h2,…,hw丁和矩阵其中du)表示取方阵的行列式,是NxN单位矩阵,p为每根CMww的乘积,得到列向量hMN接收天线的信噪比,∥表示信道矩阵的共轭转置■由于信道矩阵H是随机的,上式的容量也是一个随机变量将列向量h进行分段,得到矩阵hM,即为空间相关的MMO信道MIMo信道 Shannon容量(2)MIM信道 Shannon容量(3)■在理想情况下,即MMO信道可以等效为最大数目的独C=log, I/eI立、等增益、并行的子信道时,得到最大的 Shannon容量(为保证系统性能比较是在相同条件下,将发射功率Roll Lahs Tewchaui n AR s, UTs归一化;每根发送天线的发射功率与1/M成比例)当信道列矢量互相正交时可以达到的容量aCaloyM log,(C=Logo/.5以看出,对于采用多天线发送和接收技术的系统,理想情况下的信道容量将随着发射天线的数目成线性増长这就为MIMO的高速数据速率传输奠定了理论基础。MIM信道 Shannon容量(4)MIM信道 Shannon容量(5)■当接收天线和发送天线数目都为8根,且平均H吧M=信噪比为20旧B时,链路容量可以高达42b/s/HzDm5■在大信噪比下,仅仅在链路的一端采用多天线,比两端都采用多天线所取得的容量要小。例如,N=M=2在大信噪比下的容量比N=4,M=1的容量要大图二不同天线数目下, Shann。n容量与SNR曲线MIMo系统的实现接收分集(1)■接收分集■采用一个发送天线,多个接收天线的分集方式,■发送分集能够抗衰落和抗噪声■分层空时结构r=hs+n■空时编码■空时扩频其中■正交发送分集r=r2…y■空时发送分集Th, h,,hy j接收分集(2)接收分集(3)■最大比合并算法(MRc■容量为s=[h,,,+h1…hn=(h2+h2+,+h(+h1nhC-log(+p∑■分集增益为h2+1hP+,+h16发送分集(1)发送分集(2)■采用多个发送天线,一个接收天线的分集方式,能够抗衰落■如果和接收分集保持相同的总的发送功率,则每个发送天线的发送功率为发送分集的1MC=log(1-(p/M∑h■分集增益为(内2+h2F÷.+h)/M发送分集(3)发送分集(5)■上面的发送分集方案是在发送端不知道信道信息的情况下得到的性能,如果发送端准确地知道信道的信息,可以获得与接收分集相同的性S能,下面以2个天线的情况为例加以说明。√h22+|h22■对发送的信息进行预处理,令h2发送分集(6)发送分集(7)■则■系统增益为r= hs+nh2+1h2+.+h2h *s,+h,.s+n■容量为hIh,.s+nN4P+1212°h1P+1h2PC=log(+*∑2)2+|h2*s+n分层空时结构(1)分层空时结构(2)■为了充分利用MMO的信道容量,G. OSchin提出■将信源数据分为多个数据子流,分别经过多个信道编了分层空时结构( BLAST: Bel-laboratories码器编码,或不经过信道编码,直接送入调制映射器Layered Space-Time进行信号映射。输出的多路调制信号进行空间域和时间域的信号构造(对角结构、垂直结构等)后,再由■ BLAST的优点是真正意义上实现了高数据通信多个发射天线发射出去.经无线信道传播后,由多个因为它在多条并行信道里发送的是独立的、没有冗余接收天线接收。在接收机中经空时检测、解调、译码,的信息流,所以它的传输速率将远大于利用传统技术得到判决数据。所得到的传输速率分层空时结构(3)分层空时结构(4)■特点高散射高信噪比T开环系统,因为 BLAST的发射机不需要信道的data ende信息,只需在接收端进行信道预澳Fig 1 V-BLASTHigh-lerei syster dagra:m分层空时结构(5)分层空时结构(6)■发送端将单个用户的数据部变并到多个发送天线上,同时l D-BLAST( Diagonal Bell Laboratories Layered的、并行的发送这些数据,利用多输入和多输出方式在同Space-Time)技术是一种在接收端和发送端均使频率上传输并行信息流。如果信道是多径散射环境足够用多天线矩阵,并运用一种较好的钟层编码的结构,强,在接攻端可以采用 BLAST算法,恢复出原始信号码块在空时结构中分散在对角线在独立的瑞利散射环境中,这种处理技术理论上以使容量与发送天线数目成线而且接近于■ BLAST根据构造方式的不同,可以分为对角结构(D-Shannon容量极限的90%,但是这种算法较复杂BLAST: Diagonal BLAST)和垂直结构( V-BLAST实现较困难Vertical blast)。■ V-BLAST( Vertical BLAST)是一种简化的BLAST检测算法,也就是码块垂直分散在每根天线上在室肉慢表环境中其频谱效率可以达到40bits/Hz。8分层空时结构(7)分层空时结构(8)对角结构的检测也是对角线进行处理的。比如现在需要如图三阶示,设发送天线数检测第1路数据,a3:图中对角线(蓝色)以上部为M=5,5路数括流在5根天线上循环发,比如对于第1分(红色)都是未检测数据,对角线以下部分(绿色)路,第1个数据a在天熊1都是已测数据。对于数据干扰抵消法将巳检测的时间t泼送,第2个数据在b1,c1,d1,e1抵消,再进行检测;对于数据2,用干扰天线2上时间发送,5个时抵消法将已检测的b:;2d抵消,再用干扰置零法将未控间段完成一个循环测的巳2消除,再进行检测,依此类推。分层空时结构(9)分层空时结构(10)■发射机采用循环变动的结构;就避免了某一路数据因为信道条件的不好,而导致连续的误码,从如图四所示,设发射天线数而影响整个接收机的性能.D- BLAST能够达到为M5,5路数据流分別在5根天线上并行发送,第Shannon容量的90%,其运算极其复杂;所以贝路的数据恒在天线1尔实验室又进一步提出了 V-BLAST算法上发送:第二路的数据也恒在天线2上发送;等等依次类推分层空时结构(11)分层空时结构(12)广在检测时间!1的数据时,先计算出信道转移炬阵■ V-BLAST迫零算法的伪逆,取出其中模数最小的行向量,亦即对应于最大信噪比■迫零(ZF)矢量(w:i=1,2…,M)的数椐,假设为C1,用干扰置零法将术检测的a1hd,消除从而进行C1的检测,检测后的C1应在总的接收信号去掉它的影响,并且在信道转移矩阵中去掉相应的列向量,生成新的信7(H);=道矩阵;再计算此信道粳阵的伪逆,依此类推其中(为H的第j列,d为 Kronecker delta函数,迫零炬阵HH(伪逆)分层空时结构(13)分层空时结构(14)≯假设发送信号向量为a=(x1,42…,ax),对应的N维摄■V- BLAST迫零加干扰消除算法向量为由矩阵理论可知,矩阵H的列数越少,迫零失量的模越小所以性能越好y=Wr=(H"H)H"(Ha+v)=a+H"H"*v分层空时结构(15)分层空时结构(16)V- BLAST加干扰消除检测算法是一个循环过程,包括优化排序方法■以下是一个循环递归过程的选取W;=(G,)rGI=H=(HH)H(ZF这样就判决出了一个信号.然后把它的影响从接收信号中减去,并去掉k,= arg min (G;lI信道转移矩阵肀相应的列,得到新的转移矩降,并确定新竹伪迸阵,确定耕的判决顺序注:1k1,k为检测过程的排序2k1为追零矩阵G1中具有最小模值的行向k:= argmin(G21),‖表示H中去掉的量第《列后卓伪逆分层空时结构(17)分层空时结构(18)a的第k个成分检测后的SNR为■最小均方误差(MMSE)算法H*=( I+H"H)H在栓测过程中,不同的推序会产生不同的P1:例如M=3的系统,一般来说,先检测1和先检测2,所褥的■只是迫零矢量变化,不能严格迫零,但是使总的嗓声加干是不一样的。假没的所有成分均采用相同的消除方法:则扰的方差最小。信噪比内最小的成分将决定系純的误码率性能。因此,该系统中我们可以采用一种最小信噪比最大亿的概念。在榍环检测过程中,每一步我们都选择最好的,从这种将最小信嗅比最大化的意义上来说,就可以萩得最优化排序510
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Labview Core II官方教材
这是NI的官方收费培训：labview core2的官方教材，手工扫描的D.为设计模式设置定时执行定时总结一测验答案1.状态机是设计模式的范例。78-0a)对软件控制定时?NATIONALINSTRUMENTSniconwhina training总结一测验答案总结一测验答案2.下列哪项或哪几项为使用多循环模式的原因?3.软件控制定时能够为处理器提供处理其它任务的a)同时执行多个任务时间。b)通过状态机执行不同的状态c)以不同的速率执行任务d)执行开始代码、主循环和关闭代码)INSTIIONALNALRUMENTSn. comchinastrainingUMENTSni.comichinaitraining第2课同步技术第作的A变量(预览)做日·与前面板输入控件/显示控件关联位于同一计算·与具有前面板,但不存在程序框图的特殊机上的多个Ⅵ全局Ⅵ关联主题动全期位于一计算·使用带有未初始化的移位寄在器的Whe机上的多个Ⅵ环实现,移位寄存器用于存储全局数据A.变量(预览)位于同一计算·使用项目中的项日库实现B.通知器机上的多个Ⅵ·便于转换为网络发布共享变量C.队列以太网使用项目中的项目库实现通常用于与实时终端通信INStRumEnTsIn.comichinatraining小环们花冲B队同步需求B.通知器变量常用于在并行处理过程中传递数据通知器操作函数用于挂起一个程序框图的执行,直使用变量会破坏LabⅥEW的数据流模式,到从另一个Ⅵ或程序框图的另一部分中取得数据。从而可能引发竞争状态。与通过连线传递数据相比,占用系统开销更大获取诵知等发送通知取消涵知8通知器专的等待通知等待多个通知念 NATIONALINSTRUMENTSI ni. comlchi的选an像INATIONALai.comichinatraining主/从设计模式通知器一优势使用通知器在并行循环间传输数据具有下列优点:·两个循环均被同步为与主循环一致一从循环且仅在主循环发出通知时执行器装题·通知器可用于创建全局可用数据,从而使发送带通知器的数据成为可能·使用通知器创建有效代码一无需通过轮询确定主循环的数据何时可用岁判解装别如A1单91mm不)instRUmeNtS InI.ComIChiNaltrainIng通知器一缺点C.队列通知器不缓存数据队列与通知器类似,但队列可存储多个数据·如主循环在从循环读取第一份数据前发送艻一份默认情况下,队列以FFO(先进先出)方式执行数据,原有数据将被覆盖并丢失如需处理排列为队列的数据,请使用队列如仪需处理当前数据,请使用通知器NATIONALINSTRUMENTSnicosichina trainingnicomichinaatrsc.队列生产者/消费者设计模式(数据)队列操作函数可为在程序框图的不同部分或其它Ⅵ望需重间通信的数据创建队列证[魏率[看获队人用元常入队列我队元章获队列大态释队列用有损耗元家队列最璃,元出列清空队人列PinsTRUmEnTsInL.ComLcHiNaTraininGIinstrUMenTs i ni.cOm/cHInalTrAining总结一测验答案总结一连线答案1.下列哪项或哪几项无法缓存数据?1.获取队列引用a)通知器a.销毁队列引用b)队列b.分配队列的数据类型c)全局变量2.获取队列状态c.在队列后端添加元素d)局部变量3.释放队列引用d.确定当前队列中的元9素数量4.元素入队列NATIONALNSTRUMENTs ni comichinatsainingpRUMENTS nicom/chinaitraining总结一测验答案3.卜列哪项或哪儿项为队列和通知器的有效数据类型?a)字符串b)数值c)枚举d)布尔数组e)一个字符串簇和一个数值NATIONALINSTRUMENTSsi. com/caina ng第3课A.事件事件编程生的异主题事件可来自用户界面、外部1O或程序的其它部分A.事件B.事件驱动编程C.说明和建议事作驱动编程一种编法,程序在我D.基于事件的设计模式个事件发生) INSTRUMENTs I nicomechinatrainingNATIONALINSTRUMENTSRicomchinatraintB.事件驱动编程事件结构组成部分事件结构超时事件选择器标签事件选择器标签进知和过滤事件识别当前查看的事件分支配骂和使用事件结构·超时一等待某个1:“新建按钮”:鼠标按下?事件注册和面板锁定事件发生的事件:默认值为-1,即永不超时)INSTRUMENTS Ini. eamichinaistaining事件结构组成部分(续)通知和过滤事件事件数据节点事件数据节点事件过滤节点通知事件识别事件发生·用户操作已经发生时 LabVIEW提供的数据;与按LabVIEW已处理了事件干“建按钮鼠标按下?名称解除捆绑·仅用于事件数据节点函数类似事件过滤节点过滤事件识别在事件数·用户操作已经发生据节点中,事LabVIEW尚未处理事件件分支可修改允许用户覆盖事件的默认动作的部分数据可用于事件过滤节点和事件数据节点NATIONALSTRUMENTS nl. com/chinatrainingINSTRUMENTSni.com/chinaftraining事件结构配置事件结构通常用于Whle循环序—新田“偏改变每次循环仅处理一个事件吧明和提示建友钮无事件发生时休眠结祗取消茎理程序相图出除事件结构本分支所理的事件复料事件分支右键单击事件结构边框,从快捷菜单分选择编辑分支所处理的事件,使用对话框薰分配置事件PhNATIONALNstrUmeNtsni.comichinatrainingNATIONALINSTRUMENTSni.comchinatraining到食?(是B中,而中出比,个出得通知和过滤事件事件注册和面板锁定事件键鼠标→通知事件(绿色箭头)运行Ⅵ时, LabVIEW会自动注册通过编辑事件对话鼠标按下用户操作已经发生框配置的事件鼠标按下?鼠标进入·事件注册后被放入队列,直至事件结构配置为执鼠标离开过滤事件(红色箭头)行该事件鼠标移动鼠标释放用户已经执行操作,但尚未处理事件不会错过事件或打乱事件的顺序多拖曳允许用户自定义事件处理。快捷菜单·默认状态下将锁定前面板至事件处理结朿用户可禁用锁定前面板,但仅限通知事件贴等饮Ⅵ进入空闲状态时将取消事件注册VINSTRUMENTSni com/chinasrainingNATIONALTRUMENTSni. com/chinaltrainingC.说明和建议C.说明和建议完整列表,见 LabVIEW帮助主题:在 ab VIEW中使用件的说明和建议使用值改变事件检测值的改变无论用户如何修改输入控件,值改变均生成事件触发布尔控件书键盘快捷键、增量减量按钮和在数字显示框内,使用控件接线端必须位于事件分支内部,机械动作才能键盘输入数值正确执行保持事件处理代码简洁快速通过编程更新前面板如果代码执行时间过长,可锁定用户界如使用Ⅵ服务器或变量,以编程的方式改变前面板Ⅵ和对象, LabvIEw就不会生成事生特例:值(信号)属性INStRumEnTsIni.comichinaltrainingIONALTruMentSni.com/chinatraininD.基于事件的设计模式用户界面事件处理器用户界面事件处理器使用用户界面事件处理器生产者/消费者(事件)设计模式监听下列事件,移动单击鼠标或按下按健用户界面事件不影响程序的交互性,使处理器的开销降为最小) nNATIONALINSTRUMENTs ni. com china/rainngNATIONALNSTRUMENTSni. comichinaftraiaing生产者消费者(事件)总结一测验答案优势1.使用用户界面事件可使前面板用户操作与程序框对用户界面实图执行同步。现有效的异步响应对队列可传递任b)错意数据类型NATIONALInStruMenTsni.comichinahtrainingNATIONALNSTRUMENTSal. comlchinaftraining总结一测验答案总结一测验答案2.事件结构每次执行时仅能处理一个事件3.下列哪项或哪几项为用户界面事件范例?a)对a)鼠标点击b)错b)键盘按键c)事件过滤节点d)控件值改变)instRUmeNTsInI.ComIChiNaTtrainIngANATIONALISTRUMENTSn com/chinatraining总结一测验答案4.下列哪项或哪几项操作可生成数值输入控件的值改变事件?a)单击数字显示框,然后从键盘输入数值b)单击增量或减量按钮。c)将鼠标置于需改变的数字的右侧,然后在键盘上按向上或向下箭头键d)使用局部变量改变数值输入控件的值PiANATIONALINSTRUMENTS ni com china training10
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