關(guān)建新，高俊，葉曉慧

（海軍工程大學(xué)通信工程系，武漢430033）

短波MIMO通信的研究進(jìn)展?

關(guān)建新，高俊，葉曉慧

（海軍工程大學(xué)通信工程系，武漢430033）

短波通信中的天波傳播信道因?yàn)槎鄰胶投嗄Ｊ絺鞑ザ哂谐浞稚⑸涞奶卣鳎蚨浅＿m合多輸入多輸出技術(shù)的應(yīng)用。總結(jié)了短波多輸入多輸出技術(shù)通信的研究現(xiàn)狀，歸納并分析了短波多輸入多輸出技術(shù)本身以及間隔式同構(gòu)天線陣和同位置異構(gòu)天線陣在短波多輸入多輸出通信中應(yīng)用的可行性，并指出了需要進(jìn)一步解決的問(wèn)題。

短波通信；多輸入多輸出；可行性分析；間隔式同構(gòu)天線陣；同位置異構(gòu)天線陣

1 引言

短波通信是指頻率范圍為1.5～30MHz的無(wú)線電通信，也稱高頻通信（High Frequency，HF）。短波通信具有地波傳播和天波傳播（即電離層反射傳播）兩種方式。在實(shí)際中因主要用于遠(yuǎn)距離通信，因此以天波傳播為主。由于短波通信無(wú)需基礎(chǔ)設(shè)施，架設(shè)靈活，性價(jià)比高，尤其是其傳輸介質(zhì)——電離層的強(qiáng)抗毀性，使得其在遠(yuǎn)距離軍事通信中一直占據(jù)著重要地位，是一種優(yōu)先而經(jīng)濟(jì)的遠(yuǎn)程通信手段。除了軍事應(yīng)用之外，短波通信目前還被廣泛應(yīng)用于廣播、氣象、商業(yè)、外交以及政府等各部門，用以傳遞語(yǔ)音、文字、圖像和數(shù)據(jù)等信息。

長(zhǎng)期以來(lái)，短波通信的性能一直受限于窄帶、時(shí)變的信道特性，導(dǎo)致通信可靠性差，數(shù)據(jù)傳輸速率不高。雖經(jīng)現(xiàn)代技術(shù)（如自適應(yīng)選頻技術(shù)、高速調(diào)制解調(diào)技術(shù)等）改進(jìn)，短波通信的可靠性和數(shù)據(jù)傳輸速率都有所提高，但是數(shù)據(jù)傳輸速率仍然極為有限，限制了許多業(yè)務(wù)的應(yīng)用，迫切需要采用通信領(lǐng)域的最新技術(shù)來(lái)提高短波通信的性能。

多輸入多輸出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）技術(shù)能夠在不增加系統(tǒng)信道帶寬和總發(fā)射功率的前提下極大地提高系統(tǒng)的容量和改善系統(tǒng)的誤碼率性能［1-3］，有望用于短波通信中以提高數(shù)據(jù)傳輸速率和改善系統(tǒng)性能。然而目前關(guān)于MIMO技術(shù)的研究主要集中于提供短距無(wú)線通信的VHF、UHF和SHF頻段，雖已取得了許多理論成果，但MIMO技術(shù)在HF頻段的應(yīng)用研究還十分有限，并且所有頻段內(nèi)都還沒(méi)有實(shí)用性的系統(tǒng)問(wèn)世?；诖?，本文對(duì)MIMO技術(shù)在HF頻段內(nèi)為數(shù)不多的應(yīng)用研究情況進(jìn)行了全面梳理，總結(jié)了目前已取得的研究成果，分析了有待進(jìn)一步研究的問(wèn)題，以期引起廣大研究者的關(guān)注，共同推進(jìn)短波MIMO技術(shù)的實(shí)用化，提高短波通信的數(shù)據(jù)傳輸速率和性能。

2 M IMO技術(shù)基礎(chǔ)

MIMO技術(shù)最早由Marconi于1908年提出，但對(duì)該技術(shù)產(chǎn)生巨大推動(dòng)作用的奠基工作是由AT＆T Bell實(shí)驗(yàn)室的學(xué)者在20世紀(jì)90年代完成的。MIMO通信技術(shù)利用多根發(fā)射天線和多根接收天線進(jìn)行無(wú)線傳輸并抑制信道衰落，從而可以改善每個(gè)用戶的通信質(zhì)量（如差錯(cuò)率）或提高通信效率（如數(shù)據(jù)速率）。MIMO技術(shù)實(shí)質(zhì)上為系統(tǒng)提供了空間復(fù)用增益和空間分集增益，其中空間復(fù)用可以大大提高信道容量，而空間分集則可以提高信道的可靠性。通常，多徑要引起衰落，因而在一般通信系統(tǒng)中被視為有害因素，然而對(duì)于MIMO系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，多徑卻被作為一個(gè)有利因素加以利用，MIMO技術(shù)的關(guān)鍵是能夠?qū)鹘y(tǒng)通信系統(tǒng)中存在的多徑衰落影響因素變成對(duì)用戶通信性能有利的增強(qiáng)因素，并有效地利用隨機(jī)衰落和可能存在的多徑傳播來(lái)成倍地提高業(yè)務(wù)傳輸速率，因此它能夠在不增加所占用的信號(hào)帶寬的前提下使無(wú)線通信的性能改善幾個(gè)數(shù)量級(jí)。

對(duì)于發(fā)射天線數(shù)目為M、接收天線數(shù)目為N的MIMO系統(tǒng)而言，其瞬時(shí)系統(tǒng)容量（單位：bit／s·Hz-1）可表示為［2，3］

式中，Es為總的發(fā)射功率，N0為每個(gè)接收天線上的噪聲功率，H為從接收天線到發(fā)射天線的信道傳輸函數(shù)矩陣，Rss為發(fā)射矢量相關(guān)矩陣，（）H為矩陣的共軛轉(zhuǎn)置。

當(dāng)發(fā)射端沒(méi)有信道狀態(tài)信息的相關(guān)知識(shí)時(shí)，則發(fā)射矢量是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的，即Rss=IM，意味著功率在所有天線上平均分配，此時(shí)容量（單位：bit／s·Hz-1）變?yōu)?/p>

式中，λi為矩陣HHH的特征值，λi=s2i。通過(guò)式（3）我們可以看出，MIMO系統(tǒng)的容量可以看作r個(gè)單輸入單輸出子信道的容量之和。

當(dāng)發(fā)射端通過(guò)反饋信道或者其它方式知道了信道狀態(tài)信息后，則可以通過(guò)比如注水法（Water-filling）［4］的一些方法來(lái)進(jìn)行預(yù)編碼。注水法可以使得不同天線分配到不同的功率，從而使得系統(tǒng)容量得到提高。其核心思想是：信道條件好的子信道則分配到更多的功率；反之，信道條件不好的則分到相對(duì)少的功率。通過(guò)這樣一些預(yù)編碼技術(shù)，就可以提高M(jìn)IMO系統(tǒng)的信道容量或者增進(jìn)系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量。如果發(fā)射端知道了所有的信道狀態(tài)信息，就可以將系統(tǒng)的信道容量最大化，或者將系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量最好化。

顯然，對(duì)于在收發(fā)兩端采用多個(gè)天線構(gòu)成MIMO結(jié)構(gòu)以期獲得容量增益的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，最重要的是使信道矩陣H的秩r盡可能地大，從而可以獲得足夠多的并行子信道，最終獲得高的容量增益。為了滿足這一前提條件，要求MIMO技術(shù)應(yīng)用在具有充分散射信道的環(huán)境中，例如移動(dòng)通信、無(wú)線局域網(wǎng)等場(chǎng)合。這些應(yīng)用所對(duì)應(yīng)的頻段也主要集中于頻率較高的VHF、UHF及SHF頻段，電波的傳播方式主要有直射、反射、衍射和散射等，收發(fā)雙方處于一個(gè)充分多徑和充分散射的環(huán)境。另外，由于這些頻段所使用的天線較小，MIMO方式比較容易實(shí)現(xiàn)，也比較容易產(chǎn)生充分散射。

短波頻段的情況與上述較高頻段的應(yīng)用場(chǎng)合有很大不同。短波波長(zhǎng)較長(zhǎng)（10～200m），天線尺寸很大，要想發(fā)射端和接收端各個(gè)天線之間的相關(guān)程度足夠低，陣元之間必須留有足夠的間隔。由于短波信號(hào)通過(guò)電離層反射傳播到視距之外，其所經(jīng)過(guò)的路徑可能經(jīng)過(guò)一次或者多次反射，反射層也可能是電離層中的E層或（和）F層。另外，由于地球磁場(chǎng)的存在，每個(gè)入射的電磁波被分裂成尋常波和非尋常波兩種成分的電磁分量，這兩種分量經(jīng)過(guò)不同的路徑穿過(guò)電離層，達(dá)到接收端時(shí)將形成橢圓極化波。一般而言，短波通信中發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的實(shí)際多徑信道數(shù)目取決于短波鏈路的幾何學(xué)、工作頻率、每天中的時(shí)間、季節(jié)、地磁活動(dòng)以及太陽(yáng)黑子數(shù)等諸多因素。但總的看來(lái)，經(jīng)過(guò)電離層反射的路徑因?yàn)闀r(shí)變的多徑和多模式傳播而具有廣泛衰落的特點(diǎn)，這使得在HF頻段應(yīng)用MIMO技術(shù)具有了潛在的可行性。所幸已有研究人員做了開(kāi)創(chuàng)性的工作，為我們打開(kāi)了了解短波MIMO通信的一扇窗。下面詳細(xì)介紹短波MIMO通信方面的最新研究進(jìn)展以及尚需解決的問(wèn)題。

3 短波M IMO通信的可行性研究進(jìn)展

3.1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

基于短波電離層信道因多徑和多模式傳播而具有廣泛衰落的特性，清華大學(xué)的Xu［5］等于2004年最早提出了采用MIMO技術(shù)來(lái)提高短波通信可靠性的思想，其2發(fā)2收的STBC方案結(jié)合OFDM可在CCIR差信道條件下獲得約20 dB的信噪比增益。這是MIMO技術(shù)應(yīng)用于HF頻段的最初文獻(xiàn)，存在的主要問(wèn)題是信道條件太過(guò)理想，未考慮實(shí)際的天線、信道相關(guān)及時(shí)變等問(wèn)題，因而對(duì)實(shí)際應(yīng)用參考意義不大。

國(guó)內(nèi)最早對(duì)短波MIMO通信進(jìn)行研究的是電子科技大學(xué)通信抗干擾技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的李少謙、唐萬(wàn)斌研究團(tuán)隊(duì)，他們所指導(dǎo)的研究生學(xué)位論文［6，7］基于短波MIMO通信的可行性，對(duì)短波MIMO信道的相關(guān)性測(cè)量進(jìn)行了研究，但尚未公開(kāi)相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)和結(jié)論。

3.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀

國(guó)外最先對(duì)短波MIMO通信的可行性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的是英國(guó)萊斯特（Leicester）大學(xué)、達(dá)拉謨（Durham）大學(xué)和法國(guó)雷恩（Rennes）大學(xué)的研究小組，他們通過(guò)兩條實(shí)驗(yàn)通信鏈路驗(yàn)證了在短波電離層反射信道具有多種傳播模式時(shí)短波MIMO通信的可行性，并用實(shí)驗(yàn)比較了在收發(fā)兩端采用不同天線（主要是間隔式同構(gòu)天線陣列和同位置異構(gòu)天線陣列）時(shí)的影響，取得了極有價(jià)值的成果。

各種實(shí)驗(yàn)所依據(jù)的思想主要是通過(guò)測(cè)量各接收天線陣元上接收信號(hào)的幅度，并用此幅度數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算各天線陣元之間的相關(guān)性，進(jìn)而來(lái)估計(jì)HFMIMO系統(tǒng)的性能。關(guān)于HFMIMO鏈路容量的計(jì)算，則是通過(guò)測(cè)量各天線陣元上接收信號(hào)的幅度來(lái)獲得MIMO信道矩陣中的復(fù)傳輸函數(shù)，進(jìn)而計(jì)算HF MIMO信道的容量。在具體實(shí)現(xiàn)上，不同的實(shí)驗(yàn)采用了不同的方法。

文獻(xiàn)［8］中的接收天線采用了如圖1所示的V形布置的七元垂直單極天線構(gòu)成的兩種陣列：一種是最小間隔為177m、最大間隔為1 526m的大七元陣列；另一種是最小間隔為25m、最大間隔為294m的小七元陣列。測(cè)量的內(nèi)容是各接收天線上所收到的來(lái)自西班牙馬德里和英國(guó)Oadby的HF廣播信號(hào)的幅度和相位。通過(guò)對(duì)不同天線上接收到的幅度衰落進(jìn)行比較，研究者發(fā)現(xiàn)，小天線陣列的七根天線上衰落幾乎出現(xiàn)在相同的時(shí)間，這意味著這些天線上存在著高度的相關(guān)性。另外研究者還發(fā)現(xiàn)，對(duì)于相同的天線間隔而言，當(dāng)電離層具有多種傳播模式時(shí)（因而能夠提供多個(gè)并行路徑），各天線陣元之間的相關(guān)程度更低（相比于單模式傳播而言）。

圖1 文獻(xiàn)［8］中所采用的V形天線陣列Fig.1 The V-shaped spaced homogeneous antenna arrays in Reference［8］

文獻(xiàn)［9］中研究人員在相隔255 km的英國(guó)Durham和Bruntingthorpe（鄰近Leicester）兩地之間建立了一條實(shí)驗(yàn)通信鏈路，專門設(shè)計(jì)了多通道發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)（最多可支持4個(gè)發(fā)射天線和8個(gè)接收天線），測(cè)量的內(nèi)容是接收天線上所收到的信號(hào)幅度，并據(jù)此來(lái)對(duì)HF MIMO的可行性進(jìn)行研究。另外，為了調(diào)查發(fā)射端天線異構(gòu)性的影響，位于Durham的發(fā)射端采用了多種類型的天線（如垂直天線、環(huán)天線、雙極天線和十字線天線），而位于Brunt

ingthorpe的接收端采用了5根單極天線構(gòu)成的間隔式L形天線陣列，接收端所采用的間隔式天線陣列有助于確定天線間隔的影響。為了在接收端便于區(qū)分不同的信號(hào)，在4根發(fā)射天線上采用了頻率偏移為10 Hz的連續(xù)波信號(hào)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了HFMIMO

在采用間隔式同構(gòu)天線時(shí)的可行性，同時(shí)表明，同構(gòu)間隔式天線陣列的使用需要足夠大的間隔來(lái)獲得天線陣元間可接受的去相關(guān)，并且當(dāng)些微不同的頻率同時(shí)在不同的單個(gè)天線上發(fā)送時(shí)所展現(xiàn)出的衰落相同。也就是說(shuō)，在不同天線上使用不同頻率，并不會(huì)對(duì)任何類型的去相關(guān)有任何貢獻(xiàn)。必須說(shuō)明的是，本實(shí)驗(yàn)中的頻率偏移設(shè)置僅僅是為了區(qū)分特定發(fā)射天線上的信號(hào)源，實(shí)際中無(wú)此要求，但這同時(shí)也意味著更加復(fù)雜的多通道收發(fā)信機(jī)設(shè)計(jì)。

圖2 文獻(xiàn)［9］中所采用的間隔式L形天線陣列的相對(duì)位置Fig.2 The relative position of the antennas in spaced L-shaped array in Reference［9］

另外，文獻(xiàn)［10］還研究了利用極化分集所構(gòu)成的2×2的MIMO結(jié)構(gòu)在HF通信中的應(yīng)用問(wèn)題，結(jié)果同樣表明，當(dāng)電離層的模式與不同的電離層參數(shù)匹配時(shí)，這種結(jié)構(gòu)能夠提供一定的容量增益，從另一個(gè)側(cè)面驗(yàn)證了HFMIMO的可行性。

4 同位異構(gòu)天線陣在短波M IMO通信中的應(yīng)用研究進(jìn)展

由于短波通信天線的尺寸一般都很大，為了使發(fā)射端和接收端的天線之間具有充分的不相關(guān)，當(dāng)采用相同形狀的天線時(shí)，必須使這些天線保持足夠的間隔，這就需要足夠大的場(chǎng)地，限制了短波MIMO通信在某些場(chǎng)地受限場(chǎng)合的實(shí)用性。那么能否通過(guò)采用同位置的異構(gòu)天線陣來(lái)實(shí)現(xiàn)短波MIMO呢？答案是肯定的，并且已經(jīng)有實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。

文獻(xiàn)［11］在文獻(xiàn)［9］的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步驗(yàn)證了在接收端采用緊湊的異構(gòu)天線陣時(shí)短波MIMO通信的可行性，并且證明了在接收端采用同位置天線時(shí)所獲得的信道容量與在接收端采用間隔式天線陣列所獲得的容量非常接近，還能獲得很多好處，例如在合適的電離層條件下，同位置的異構(gòu)天線陣能大幅度減小收發(fā)兩端天線間隔所需的距離。他們所采用的同位置異構(gòu)天線陣列如圖3所示。

圖3 文獻(xiàn)［11］中用在接收端同位異構(gòu)天線陣Fig.3 The collocated heterogeneous antenna arrays used at the receiving site in Reference［11］

文獻(xiàn)［12］與文獻(xiàn)［9］中的內(nèi)容相似，所采用的實(shí)驗(yàn)通信鏈路除了Durham和Bruntingthorpe之間的鏈路外，還建立了一條位于英國(guó)Durham和法國(guó)Monterfil兩地之間的相隔743 km的鏈路。Durham和Bruntingthorpe以及Monterfil之間的兩條鏈路實(shí)驗(yàn)都表明，間隔式單極天線陣元之間展現(xiàn)出高度的相關(guān)性，但同位置的異構(gòu)天線之間所展現(xiàn)的相關(guān)性卻要小得多。

文獻(xiàn)［13］研究了采用異構(gòu)天線陣列對(duì)HFMIMO鏈路的影響，每次測(cè)量的幅度數(shù)都會(huì)被進(jìn)行處理以獲得復(fù)信道傳輸函數(shù)矩陣，這可被用于計(jì)算不同SNR時(shí)的信道容量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)發(fā)射天線數(shù)目為4時(shí)，隨著接收天線數(shù)目的增加，信道容量會(huì)增加。當(dāng)電離層條件有利于多模式傳播時(shí)，緊湊的同位置異構(gòu)天線陣列不僅有重要的容量增益，而且在空間需求上可以有大的減少。這些結(jié)論與文獻(xiàn)［11］所獲得的結(jié)論非常一致。另外，文獻(xiàn)［14］中還介紹了一些可以在HFMIMO系統(tǒng)中應(yīng)用的緊湊型同位置異構(gòu)天線的情況，值得借鑒。

文獻(xiàn)［15］再次呈現(xiàn)了短波MIMO通信實(shí)驗(yàn)的研究成果，重點(diǎn)分析了不同天線陣列配置的相關(guān)性。文中利用了一種基于物理模型并考慮時(shí)變的電子密度不規(guī)則性的數(shù)字短波信道來(lái)計(jì)算天線間的相關(guān)系數(shù)，認(rèn)為接收天線陣列中陣元之間的空間相關(guān)性強(qiáng)烈依賴于電子密度不規(guī)則性的方差。由于時(shí)變的不規(guī)則性，每個(gè)模式都展現(xiàn)出衰落，且F層反射路徑通常比E層反射路徑所展現(xiàn)的相關(guān)性要小，這很可能是因?yàn)镕層中電子密度的絕對(duì)變化比E層要大。雖然間隔式接收天線之間的相關(guān)可以被附加的傳播模式大幅減小，但是降低頻率以產(chǎn)生附加的E層模式卻會(huì)極大地減小接收端的信噪比，從而會(huì)導(dǎo)致容量增益的損失。這也是限制HFMIMO應(yīng)用的主要問(wèn)題，后文還有詳細(xì)敘述，需要重點(diǎn)加以解決。

文獻(xiàn)［16］對(duì)文獻(xiàn)［11-13］進(jìn)行了總結(jié)和歸納，其主要結(jié)論已經(jīng)部分出現(xiàn)在前述的文獻(xiàn)中。

文獻(xiàn)［17］研究了采用方向性天線時(shí)MIMO傳播信道的特性，結(jié)果表明：發(fā)射天線的方向性減小了全局鏈路容量，原因可能是由于天線的方向性減少了信道中的散射；接收天線的方向性卻對(duì)容量有重大改進(jìn)，原因可能是因?yàn)榉较蛐詼p少了天線的空間相關(guān)性。不足之處是文中只討論了較高頻段的方向性天線的情況，對(duì)HF頻段的情況沒(méi)有討論，但實(shí)際使用的HF天線大多是方向性天線，因此所得的結(jié)論也很有借鑒意義。

文獻(xiàn)［18，19］研究了間隔式接收天線陣列上的信號(hào)相關(guān)性，結(jié)果表明窄間隔接收天線陣上多徑電離層反射信號(hào)的相關(guān)性非常復(fù)雜，并且在離散脈沖間隔內(nèi)（也即對(duì)應(yīng)于不同的模式）還會(huì)變化，且間隔式接收天線陣列的空間相關(guān)性依賴于電子密度不規(guī)則性的變化。由于這種時(shí)變的不規(guī)則性，每種模式都展現(xiàn)出不同的“衰落”，并且通常F層所反射的路徑在間隔式接收天線上比E層所反射的路徑展現(xiàn)出更弱的相關(guān)性。另外文獻(xiàn)中也指出，當(dāng)散射成分很大時(shí)，HF MIMO系統(tǒng)將會(huì)工作得很好，這時(shí)對(duì)應(yīng)于更遠(yuǎn)的傳播距離或者諸如兩極、赤道等電離層閃爍活動(dòng)很活躍以致是F層而不是E層反射信號(hào)的情形。

總而言之，現(xiàn)有的文獻(xiàn)資料中所記載的HFMIMO通信實(shí)驗(yàn)初步驗(yàn)證了MIMO技術(shù)在短波通信中的可行性，并且證明了HFMIMO通信所需的天線形式有非常大的選擇范圍，這進(jìn)一步說(shuō)明了HFMIMO具有實(shí)用的可能。

5 需要進(jìn)一步解決的問(wèn)題

雖然文獻(xiàn)［8-19］證明了短波MIMO通信的可行性，但是我們可以看到實(shí)驗(yàn)仍舊是極其初步的，其中還有一些問(wèn)題沒(méi)有解決，歸納如下。

（1）MIMO通信能夠獲得容量增益的基本要求是信道充分散射，這是采用MIMO技術(shù)以獲取相應(yīng)優(yōu)勢(shì)的根本前提。上述文獻(xiàn)中所建立的Durham和Bruntingthorpe之間的通信鏈路間的電離圖如圖4所示［11］，顯示出電離層中具有一個(gè)較強(qiáng)的E層，因此傳播模式除了1F和2F之外，還有1E和2E模式，這些傳輸模式正好滿足了MIMO充分散射的要求，因而取得了預(yù)期的實(shí)驗(yàn)效果。但是如果實(shí)際應(yīng)用時(shí)兩處通信地點(diǎn)之間不具備多種傳輸模式，那么將不滿足充分散射的條件，此時(shí)HFMIMO的可行性是否依然存在？性能如何？尚需通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證。

圖4 實(shí)驗(yàn)中Chilton觀測(cè)到得Durham-Bruntingthorpe之間的垂直電離圖Fig.4 Vertical ionogram observed at the Chilton ionosonde station superimposed by transmission curves（5.255 MHz）for the Durham-Bruntingthorpe path at1600 UT on 2 November，2007

（2）在短波通信目前的實(shí)際應(yīng)用中，都會(huì)采用頻管系統(tǒng)來(lái)選擇合適的工作頻率，其中的原則之一便是選擇接近于最大可用頻率的頻率，以使得傳播模式盡可能少。但是若要在兩地之間采用MIMO技術(shù)，必須創(chuàng)造充分散射的前提條件，例如通過(guò)降低工作頻率以增加傳播模式，但這勢(shì)必會(huì)增加傳播過(guò)程中的衰減，降低了收端的信噪比，因而降低了系統(tǒng)所能獲得的容量增益。降低工作頻率以創(chuàng)造適合MIMO技術(shù)的充分散射環(huán)境以及采用頻率管理系統(tǒng)來(lái)選擇合適頻率兩種方式所取得的效果如何權(quán)衡和折衷，也需要仔細(xì)考慮予以解決。

（3）文獻(xiàn)中所采用的短波MIMO多通道收發(fā)信系統(tǒng)采用了有一定頻率偏差的信號(hào)，而實(shí)際的HF MIMO按照MIMO理論會(huì)采用相同的頻率，這會(huì)涉及到MIMO信號(hào)的檢測(cè)問(wèn)題，因而需要設(shè)計(jì)新型的多通道收發(fā)信系統(tǒng)，關(guān)鍵技術(shù)將包括同步、信道估計(jì)、訓(xùn)練序列設(shè)計(jì)、發(fā)射信號(hào)編碼、接收信號(hào)檢測(cè)等諸多內(nèi)容，也都需要進(jìn)行綜合解決。

（4）為了實(shí)現(xiàn)間隔式天線陣元之間可接受的不相關(guān)性，必然要對(duì)這些天線分散布置，造成各天線陣元之間距離較遠(yuǎn)，但由于多通道收發(fā)信系統(tǒng)聯(lián)合編碼和聯(lián)合檢測(cè)的工作方式，這會(huì)造成射頻信號(hào)衰減過(guò)大，因此需采用新型的射頻信號(hào)傳輸技術(shù)，如射頻數(shù)字信號(hào)的光纖傳輸技術(shù)，這些技術(shù)仍需要進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

6 結(jié)論

綜上所述，短波MIMO技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用還處于實(shí)驗(yàn)階段，雖然現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)證明了短波MIMO的可行性，但要想真正走向?qū)嵱?，仍有許多問(wèn)題需要深入研究并加以解決。目前看來(lái)，最主要的問(wèn)題當(dāng)屬如何更好地滿足收發(fā)天線之間充分散射這一MIMO技術(shù)的前提條件，也即如何同時(shí)使用頻管系統(tǒng)與MIMO技術(shù)的問(wèn)題。由于短波電離層反射信道的極端復(fù)雜性，目前尚無(wú)解析的辦法來(lái)進(jìn)行分析計(jì)算，只能通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行更進(jìn)一步的研究。相信隨著各種機(jī)構(gòu)對(duì)短波MIMO技術(shù)的高度重視和深入研究，必將克服短波MIMO實(shí)用化過(guò)程中的諸多技術(shù)問(wèn)題，從而進(jìn)一步改善短波通信的質(zhì)量。

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GUAN Jian-xin was born in Suizhou，Hubei Province，in 1978.He received the B.S.degree and the M.S.degree from Naval University of Engineering in 2001 and 2004，respectively.He is now a lecturer and currently working toward the Ph.D.degree. His research interests include multiple inputmultiple output techniques，software defined radio and digital communications.

Email：jx-guan＠sina.com

高?。?957—），男，江蘇泰州人，1982年于海軍電子工程學(xué)院獲工學(xué)學(xué)士學(xué)位，1989年于北京理工大學(xué)獲工學(xué)博士學(xué)位，現(xiàn)為教授、博士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)檐浖o(wú)線電、數(shù)字通信理論與技術(shù)；

GAO Jun was born in Taizhou，Jiangsu Province，in 1957.He received the B.S.degree from Naval Electronic College of Engineering and the Ph.D.degree from Beijing Institute of Technology in 1982 and 1989，respectively.He is now a professor and also the Ph.D.supervisor.His research interests include digital communications and software radio systems.

葉曉慧（1962—），男，湖北武漢人，1984年于海軍電子工程學(xué)院獲學(xué)士學(xué)位，2004年獲海軍工程大學(xué)兵器科學(xué)與技術(shù)專業(yè)博士學(xué)位，現(xiàn)為教授、博士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)楣收显\斷與虛擬儀器。

YEXiao-huiwas born in Wuhan，Hubei Province，in 1962. He received the B.S.degree from Naval Electronic College of Engineering and the Ph.D.degree from Naval University of Engineering in 1984 and 2004，respectively.He is now a professor and also the Ph.D.supervisor.His research interests include fault diagnoses and virtual instrument.

第九屆全國(guó)核心期刊與期刊國(guó)際化、網(wǎng)絡(luò)化研討會(huì)在太原閉幕

由中國(guó)科學(xué)技術(shù)期刊編輯學(xué)會(huì)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)信息研究所、北京萬(wàn)方數(shù)據(jù)股份有限公司、萬(wàn)方數(shù)據(jù)電子出版社聯(lián)合主辦的第九屆全國(guó)核心期刊與期刊國(guó)際化、網(wǎng)絡(luò)化研討會(huì)于2011年9月16日至21日在山西省太原市召開(kāi)。本次會(huì)議的主題是：科學(xué)評(píng)價(jià)促發(fā)展品質(zhì)服務(wù)謀共贏。國(guó)家有關(guān)期刊主管部門領(lǐng)導(dǎo)、各期刊編輯部負(fù)責(zé)人和代表等參加了會(huì)議。

會(huì)上，期刊主管部門領(lǐng)導(dǎo)作了專題報(bào)告，向優(yōu)秀論文作者頒發(fā)了獲獎(jiǎng)證書，國(guó)內(nèi)知名期刊評(píng)價(jià)機(jī)構(gòu)專家就各自評(píng)價(jià)思想和指標(biāo)體系作了學(xué)術(shù)報(bào)告，獲獎(jiǎng)?wù)撐淖髡叽砭蛿?shù)字出版新時(shí)期的挑戰(zhàn)與機(jī)遇、期刊國(guó)際化的新特點(diǎn)、國(guó)內(nèi)期刊如何走向國(guó)際化、加強(qiáng)我國(guó)期刊的學(xué)術(shù)誠(chéng)信建設(shè)等議題進(jìn)行了重點(diǎn)發(fā)言。

此外，會(huì)議還發(fā)布了2011年《中國(guó)期刊引證報(bào)告（擴(kuò)刊版）》和《中國(guó)期刊高被引指數(shù)分析》。

此次會(huì)議規(guī)模大，參會(huì)編輯部代表多，加強(qiáng)了同行的溝通和交流，必將促進(jìn)各期刊的良性發(fā)展。

本刊編輯部

Survey on the M IMO Techniques w ithin HF Band

GUAN Jian-xin，GAO Jun，YE Xiao-hui
（Department of Communication Engineering，Naval University of Engineering，Wuhan 430033，China）

The skywave propagation channel of the high frequency（HF）communication is suitable for the techniques of Multiple InputMultiple Output（MIMO）because of its rich scattering characteristics induced by the multi-path and multi-mode propagation phenomena.A survey on the MIMO techniques within the HF band is given.The feasibility of HFMIMO and the applications in HFMIMO of spaced homogeneous antenna arrays and collocated heterogeneous antenna arrays are highlighted.The directions of the futurework are also investigated.

HF communication；multiple inputmultiple output（MIMO）；feasibility analysis；spaced homogeneous antenna arrays；collocated heterogeneous antenna arrays

The National High-tech Research and Development Program of China（863 Program）（2009AAJ208，2009AAJ11）；The Research and Development Fund of Naval University of Engineering（HGDQNJJ022）

TN913

A

10.3969／j.issn.1001-893x.2011.09.028

關(guān)建新（1978—），男，湖北隨州人，分別于2001年和2004

1001-893X（2011）09-0136-07

2011-04-02；

2011-05-31

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）項(xiàng)目（2009AAJ208，2009AAJ11）；海軍工程大學(xué)科研基金項(xiàng)目（HGDQNJJ022）