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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瑞萨的can的资料CAN的入门书。做的很好的资料
瑞萨的can的资料CAN的入门书，很好的学习资料，RENESAS应用手册是什么?是的缩写(以下称为),是国际标准化的串行通信协议。在当前的汽车产业中,出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求,各种各样的电子控制系统被开发了出来。巾于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同,巾多条总线构成的情况很多,线束的数量也随之增加。为适应“诚少线束的数量”、“通过多个,进行大量数据的高速通信”的需要牛德国电气商博世公司开发出面向汽车的通信协议。此后,通过及行了标准化,现在在欢洲已是汽车网络的标准协议。现在,的高性能和可靠性已被认同,并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。图是车载网终的构想示意图。等通信协议的开发,使多种通过网关进行数据交换得以实现。马达马达。。马达开关开关。安全画乘客检测空调子网车门雷达且且且子网白线检测伙表级遥控车身部自逗应引爆管巡航前大灯窗电动组合灯网关囊控制发动机胎压部信息部MCcD音视频父通信电子防发动机转向制动子网碟盒息导航盗系统动变底盘部故障诊断部(规格)诊断工具图车载网络构想注】国际标准化组织为戴姆勒克莱斯勒公司注册商标。RENESAS应用手册的应用示例图为的应用示例图的应用示例ENESAS应用手册总线拓扑图控制器根据两根线上的电位差来判断总线电平。总线电平分为显性电平和隐性电平,者必居其一。发送方通过使总线电平发生变化,将消息发送给接收方。图是的连接小意图收发器收发器连接图R∈NEs∧s应用手册的特点协议只有以下特点多主控制在总线空闲吋,所有的单元都可开始发送消息(多主控制)最先访问总线的单元可获得发送权(方式)。多个单元同时开始发送时,发送高优先级消息的单元可获得发送权。消息的发送在协议中,所有的消息都以固定的柊式发送。总线空闲时,所有与总线相连的单元都可以开始发送新消息。两个以上的单元同时开始发送消息时,根据标识符(以下称为)决定优先级。并不是表示发送的目的地址,而是表示访问总线的消息的优先级。两个以上的单元同时开始发送消息时,对各消息的每个位进行逐个仲裁比较。仲裁获胜(被判定为优先级最扃)的单元可继续发送消息,仲裁失利的单元则立刻停止发送而进行接收工作。系统的柔软性与总线相连的单元没有类似于“地址”的信息。因此在总线上增加单元时,连接在总线上的其它单元的软硬件及应用层都不需要改变通信速度根据整个网络的规模,可设定适合的通信速度。在同一网络中,所冇单元必须改定成统一的通信速度。即使有一个单元的通信速度与其它的不一样,此单元也会输岀错误信号,妨碍整个网络的通信。不同网终间则可以有不同的通信速度。远程数据请求可通过发送“遥控帧”请求其他单元发送数据。错误检测功能·错误通知功能·错误恢复功能所有的单元都可以检测错误(错误检测功能)。检测出错误的单元会立即同时通知其他所有单元(错误通知功能)正在发送消息的单元一旦检测出错误,会强制结東当前的发送。强制结束发送的单元会不断反复地重新发送此消息直到成功发送为止(错误恢复功能)。故障封闭可以判断出错误的类型是总线上暂时的数据错误(如外部噪声等)还是持续的效据错误(如单元内部改障、驱动器故障、断线等)。由此功能,当总线上发生持续数据错误时,可将引起此故障的单元从总线上隔离出去。连接总线是可同时连接多个单元的总线。可连接的单元总数理论上是没有限制的。但实际上可连接的单元数受总线上的吋间延迟及电气负载的限制。降低通信速度,可连接的单元数增加;提扃通信速度,则可连接的单元数减少。【注】R∈NEs∧s应用手册错误错误状态的种类单元始终处于种状态之一。主动错误状态动错误状态是可以正常参加总线通信的状态处于主动错误状态的单元检测出错误时,输出主动错误标志被动错误状态被动错误状态是易引起错误的状态。处于被动错误状态的单元虽能参加总线通信,但为不妨碍其它单元邇信,接收时不能秋极地发送错误通知。处于被动错误状态的单元即使检测出错误,而貫它处于主动错误状态的单元如果没发现错误,整个总线也被认为是没有错误的处于被动错误状态的单元检测出错误时,输出被动错误标志。另外,处于被动错误状态的单元在发送结束后不能马上再次开始发送。在开始下次发送前,在间隔帧期间内凶须插入“延迟传送个位的隐性位总线关闭态总线关闭态是不能参加总线上通信的状态信息的接收和发送均被禁止。这些状态依靠发送错误计数和接收错误计数来管理,根据计数值决定进入何种状态。错误状态和计数值的关系如表及图所小。表错误状态和计数值单元错误状态发送错误计数值()接收错误计数值()主动错误状态被动错误状态且或总线关闭态ENESAS应用手册初始状态主动错误状态或在总线上检测到次连续的个位的隐性位被动错误状态总线关闭态发送错误计数值接收错误计数值图单元的错误状态R∈NEs∧s应用手册错误计数值发送错误计数值和接收错误计数值根据一定的条件发生变化。错误计数值的变动条件如表所示。一次数据的接收和发送可能同时满足多个条件错误计数器在错误标志的第一个位出现的时间点上开始计数。表错误计数值的变动条件接受和发送错误计数值的变动条件发送错误计数值接收错误计数值接收单元检测出错误时例外:接收单元在发送错误标志或过载标志中检测出“位错误”时,接收错误计数值不增加接收单元在发送完错误标志后检测到的第一个位为显性电平时。发送单元在输出错误标志时发送单元在发送主动错误标志或过载标志时,检测出位错误接收单元在发送主动错误标志或过载标志时,检测出位错误各单元从主动错误标志、过载标志的最开始检测出连续发送时接收时个位的显性位时之后,每检测出连续的个位的显性位时。检测岀在被动错误标志后追加的连续个位的显性位时。发送时接收时发送单元正常发送数据结束时(返回且到帧结束也未检测出错误时)。时±接收单元正常接收数据结束时(到未检测出错误且正时常返回时)时设处于总线关闭态的单元,检测到连续个位的隐性位。R∈NEs∧s应用手册协议的基本概念协议如表所示涵盖了规定的基本参照模型中的传输层、数据链路层及物理层协议中关于基本参照模型中的传输层、数据链路层及物理层,具体有哪些定义如图所示。表基本参照模型基本参照模型各层定义的主要项目层:应用层由实际应用程序提供可利用的服务。层:表示层进行数据表现形式的转换。如:文字设定、数据压缩、加密等的控制指层:会话层为建立会话式的通信,控制数据正确地接收和发送。探层:传输层控制数据传输的顺序、传送错误的恢复等,保证通信的品质。如:错误修正、再传输控制。层:网络层进行数据传送的路由选择或中继如:单元间的数据交换、地址管理。层:数据链路层将物理层收到的信号(位序列)组成有意义的数据,提供传输错误控制等数据传输控制流程。如:访问的方法、数据的形式通信方式、连接控制方式、同步方式、检错方式一共应答方式、通信方式、包(帧)的构成。位的调制方式(包括位时序条件)。层:物理层规定了通信时使用的电缆、连接器等的媒体、电气信号规格等,以实现设备间的信号传送。如:信号电平、收发器、电缆、连接器等的形态【注】(开放式系统间互联)
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