轨道交通车地间毫米波通信技术:上行链路传输

无线通信领域中，对于信号从用户发射端经无线信道传输至基站接收端的过程，称为上行链路传输。针对单小区多用户的大规模MIMO 场景下，假设基站端配置M 根接收天线，同时服务于N 个单天线用户，用户发送的信号为x，且满足 E{xxH}=IN，则基站端接收到的模拟信号可以表示为

式中， pu为用户信号发送功率；G 为上行用户与基站之间的信道矩阵；n～CN(0， IM)为加性高斯白噪声（Additive White Gaussian Noise，AWGN）矢量。上行信号经过ADC 量化处理的过程是非线性的，会产生一定的量化误差[90]。由于量化误差可以近似于加性量化噪声（Additive Quantization Noise Model，AQNM）的线性增益，因此AQNM 模型已被许多学者广泛应用于ADC 量化，如图2.5 所示。

图2.5　AQNM 模型框图

经过ADC 量化处理后，ADC 接收机的信号可以表示为

式中， Q( ·) 表示ADC 量化运算；α 为ADC 的线性量化增益。基站端接收到的信号经过线性检测算法处理后，则接收信号可以表示为

式中，( · )H为共轭转置运算；AH表示信号检测矩阵，其数值取决于检测算法的类型[91]。具体如下：

1. 最大比合并（Maximum Ratio Combination，MRC）信号检测

当基站采用MRC 检测算法时，信号检测矩阵AH可以表示为

MRC 检测算法的优势是计算复杂度低，但无法抑制用户间的信号干扰问题。(www.xing528.com)

2. ZF 信号检测

当基站采用ZF 检测算法时，信号检测矩阵H

A 可以表示为

ZF 检测算法可以有效地消除用户间的信号干扰问题，但由于信道维度较大，其处理过程涉及信道矩阵求逆，因此该算法消除信号干扰是以牺牲信道增益为代价换取的。

3. MMSE 信号检测

当基站采用MMSE 检测算法时，信号检测矩阵H

A 可以表示为

式中， pu为用户信号发送功率。MMSE 检测算法能够综合MRC 检测算法和ZF 检测算法的优点，增加信道矩阵增益的同时，还能够提高抑制信号干扰的能力。

因此，第n 个用户在大规模MIMO 上行链路的信干噪比（Signal-to-Interference and Noise Ratio，SINR）可以表示为

其中， an为信号检测矩阵的第n 列元素； gn为信道矩阵的第n 列元素。