协作多蜂窝无线通信系统预编码技术(3)
发展，无线通信也不断向民用领域扩大应用范围。1974 年，蜂窝移动通信概念的提出真正
为人类的通信生活开启了一个新时代。随后，第一代（1st-generation, 1G）移动通信系统、
第二代（2nd-generation, 2G）移动通信系统、第三代（3rd-generation, 3G）移动通信系统乃
至正在投入研究的第四代（4th-generation, 4G）移动通信系统正不断满足人们对通信质量
日渐提高的要求。
1.2.3无线通信的特征
有线通信由于利用金属导线、光纤等有形媒质传送信息，一般受干扰较小，可靠性，
保密性强，但建设费用大且有物理空间上的限制。相比之下，无线通信不仅可同时向多个
接收端传送信号、抗灾害能力强，还可利用自由空间，适合宽带通信，可应用于移动通信。
它广泛适用于各种地形，但由于传播空间状况较为复杂，容易受到雨、雷、磁暴等自然现
象的影响，且电波容易受到干扰，保密性差，频率使用的规则多。
1.2.4实现无线通信遇到的问题
如前所述，空中无线通信的开放性和接收环境的复杂性带来了一些不可避免的问题，
主要集中在以下两个方面：
一是多径效应，即受地物、地貌和海况等诸多因素的影响，使接收机受到经折射、反
射和直射等几条路径到达的电磁波，多径衰落也因此产生；
二是干扰，这里的干扰包括不同发射机和不同接收机之间的多种形式[3]。 1.3多用户 MIMO系统概述
1.3.1MIMO 系统概述
多天线在无线通信中有多种不同的应用，相比于单天线系统中提高系统容量的方法，
多天线系统通常采用分集技术来提高系统容量，在合适的信道衰落条件下，同时采用多副
发射天线和多副接收天线来获得分集增益便构成了 MIMO 系统。一个 MIMO 系统的基本
构成如下图所示： MIMO 基于天线分集和空时处理技术，可以充分利用空间资源，通过利用多径协作处
理，可以提供用于通信的额外空间文数并产生自由度增益，利用这些额外的自由度可以将
若干数据流在空间上多路复用至 MIMO 信道中，从而带来容量的增加，使得信道容量随天
线数增大而线性增大，这突破了香农定理的限制，并不占用额外的带宽，提高了频谱利用
率，同时还增强了通信系统的抗干扰、抗衰落性能[4]
。
MIMO 可应用于传统蜂窝移动通信系统、无线宽带移动通信系统等领域，在未来无线
通信领域也有较大的发展前景。
1.3.2多用户 MIMO技术概述
1.3.2.1 功率分配
（a）平均功率分配
平均功率分配即在总功率约束的条件下，将功率平均的分配给每个子信道，每个子信
道可用的功率相同。这种功率分配机制虽然算法简单，但却无法得到最优的性能，为了将
更多的资源分配给条件更好的信道，以实现更高的信道和速率，选择适当的功率分配方式
成为了一个很重要的研究方向。
（b）注水功率分配
注水功率分配是一种常用的有效的功率分配方式。如图 1.2 给出了注水功率分配策略
的示意图。 对于信噪比为
的 AWGN 信道，用曲线1
表示一个碗的底部，将功率不断注入这个
碗，直到达到0 1
处。那么，对于给定的
所分配的功率
0 (1 1 )
就是此处的水深。注水
法的直观解释就是尽量充分利用好的信道条件：信道好（
大）的时候，多分配功率，用
高速率传输；如果信道质量变差（
小），就减少分配功率，并用低速率传输其中