MIMO技术教案
b 3
b 2 b 1 b 0
对应于天线1和天线2的STTD 信道编
1.2 MIMO 技术
MIMO （Multiple-Input Multiple-Output ）技术是指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收，从而改善通信质量。
LTE 系统的下行 MIMO 技术支持2×2的基本天线配置。下行 MIMO 技术主要包括：空间分集、空间复用及波束成形3大类。与下行 MIMO 相同，LTE 系统上行 MIMO 技术也包括空间分集和空间复用。在 LTE 系统中，应用 MIMO 技术的上行基本天线配置为1×2，即一根发送天线和两根接收天线。考虑到终端实现复杂度的问题，目前对于上行并不支持一个终端同时使用两根天线进行信号发送，即只考虑存在单一上行传输链路的情况。
1.2.1 空间分集
空间分集分为发射分集、接收分集两种。
1. 发射分集
发射分集是在发射端使用多幅发射天线发射信息，通过对不同的天线发射的信号进行编码达到空间分集的目的，接收端可以获得比单天线高的信噪比。空间发射分集常用的技术包含空时发射分集（STTD ）、时间切换发射分集（TSTD ）、频率切换发送分集（FSTD ）、空频发射分集和循环延迟分集（CDD ）等。LTE 系统中，为了确保控制信道可靠传输，控制信道普遍采用发送分集方式传输。
（1） 空时发射分集
空时发射分集（STTD ）主要是指将空间分集与空时编码相结合的方案，它是目前最为广泛关注的分集方案，STBC 的主要思想是在空间和时间两个维度上安排数据流的不同版本，可以有空间分集和时间分集的效果，从而降低信道误码率，提高信道可靠性，如下图1-5所示。空时发射分集方法对信道衰落的抑制能力使它能够使用高阶的调制方式减少复用因子，用来提高系统容量。
天线1
信道比特
码比特
天线2
（2） 空频发射分集
图1-5 STTD 发射分集编码方式
空频发射分集将同一组数据承载在不同的子载波上面获得频率分集增益。SFBC （Space Frequency Block Code ，空频块码）的主要思想是在空间和频率两个维度上安排数据流的不同版本，可以有空间分集和频率分集的效果。两天线空频发射分集原理图如下1-6所示。
b 0 b 1 b 2 b 3
-b 2 -b 3 b 0 -b 1
SFBC 发射分集方式通常要求发射天线尽可能独立，以最大限度的获取分集增益。
图1-6 SFBC 原理图
（3）时间切换发射分集
时间切换发射分集 TSTD(Time Switched Transmit Diversity),是根据时隙号的奇、偶，在两个天线上交替发送基本同步码和辅助同步码。例如奇时隙时用第1个天线发送，偶时隙
则用第2个天线发送。
（4）频率切换发送分集
频率切换发送分集FSTD（Frequency Switch Transmit Diversity），可使用在LTE 中PBCH 和 PDCCH 上，是一种多天线发射分集技术。不同的天线支路使用不同的子载波集合进行
发送，减少了子载波之间的相关性，使等效信道产生了频率选择性，因而可以利用纠错编码
提高差错概率性能。
（5）循环延迟分集
传统延时分集是指在不同天线上传输同一个信号的不同延时版本，从而人为地增加信
号所经历信道的时延扩展值。而循环延时分集技术是针对 OFDM 系统，再插入循环前缀（CP）之前，将同一个 OFDMA 符号分别循环移位 Dm 个样点，其中 m 表示天线序号，然后每
个天线根据各自对应的循环移位之后的版本，分别加入各自的 CP。
根据 DFT 变换特性，信号在时域的周期循环移位（即延时）相当于频域的线性相位偏移，因此 LTE 的CDD（Cyclic Delay Diversity，循环延时分集）是在频域上进行相位偏移操作的。下图1-7a 和图1-7b 分别给出了下行发射机时域循环移位与频域相位线性偏移的等效示
意图。
图1-7a 时域循环延迟分集原理图
图1-7b 频域循环延迟分集原理图
2.分集接收
分集接收指多个天线接收来自多个信道（时间、频率或者空间）承载同一信息的多个独立的信号副本。由于多个信道的传输特性不同，信号多个副本的衰落就不会相同，不可能同时处于深衰落情况，分集接收是利用信号和信道的性质，将接收到的多径信号分离成互不相关（独立的）的多径信号，然后将多径衰落信道分散的能量更有效地接收起来处理之后进行判决，从而达到抗衰落的目的。
如果不采用分集技术，在噪声受限的条件下，发射机必须要发送较高的功率，才能保证信道情况较差时链路正常连接，因此采用分集方法可以降低发射机的发射功率。在移动无线环境中，由于手持终端的电池容量非常有限，所以反向链路中所能获得的功率也非常有限，而采用分集方法可以降低手机的发射功率。
1.2.2空间复用
空间复用的主要原理是利用空间信道的弱相关性，通过在多个相互独立的空间信道上传输不同的数据流，从而提高数据传输的峰值速率。空间复用适用于信道质量高且空间独立性强的工作场景。LTE 系统中空间复用技术包括：开环空间复用和闭环空间复用。LTE 系统中空间复用只应用于下行业务信道。
1.开环空间复用
开环空间复用接收端和发送端无信息交互，终端不反馈信道信息，发射端根据预定义的信道信息来确定发射信号。LTE 系统支持基于多码字开环的空间复用传输。一个码字就是在一个 TTI（即传输时间间隔 Transmission Time Interval，是指在无线链路中的一个独立解码传输的长度）上发送的包含了CRC 位并经过了编码（Encoding）和速率匹配
（Rate matching）之后的独立传输块（transport block），所谓多码字，即用于空间复用传输的多层数据来自于多个不同的独立进行信道编码的数据流，每个码字可以独立地进行速率控制，如图1-8所示。
2.闭环空间复用
图1-8 开环空间复用原理图
闭环空间复用需要终端反馈信道信息，发射端采用该信息进行信号预处理以产生空间独立性，如图1-9所示。LTE 系统中，闭环空间复用包括两种方式，一种是基于非码本的预编码方式，该方式基于终端提供的 SRS（探测参考信号）或 DMRS（解调参考信号）获得的 CSI，基站自行计算出预编码矩阵；另外一种基于码本的预编码方式，该方式基于终端直接反馈的PMI（预编码矩阵索引号）从码本中选择预编码矩阵。
图1-9 闭环空间复用原理图
空间复用利用了天线间空间信道的弱相关性，在相互独立的信道上传送不同的数据
流，提高数据传输的峰值速率。
1.2.3波束成形
MIMO 中的波束成形方式与智能天线系统中的波束成形类似，在发射端将待发射数据矢
量加权，形成某种方向图后到达接收端，接收端再对收到的信号进行上行波束成形，抑制噪
声和干扰。
与常规智能天线不同的是，原来的下行波束成形只针对一个天线，现在需要针对多个
天线。通过下行波束成形，使得信号在用户方向上得到加强，通过上行波束成形，使得用
户具有更强的抗干扰能力和抗噪能力，如图1-10所示。波束成形和发射分集类似，可以利
用额外的波束成形增益提高通信链路的可靠性，也可在同样可靠性下利用高阶调制提高数
据率和频谱利用率。
Stream 1 Stream 1
Stream 2
接
收
机
Stream 2
Stream 3 Stream 3
Stream 4 Stream 4
4
3
2
1
预
处
理
反馈信道信息
Stream 1 Stream 1
Stream 2
Stream 3
接
收
机
Stream 2
Stream 3
Stream 4 Stream 4
4
3
2
1
发
送
端
图 1-10 波束成形原理图
1.2.4传输模式
在 eNodeB 侧，每个小区可以选择配置1/2/4/8根发射天线。不同的多天线传输方案对应不同的传输模式（TM 模式）。到 Rel-10为止，LTE 针对不同的 RF 环境支持9中 TM 模式，它们的区别在于天线映射的不同特殊结构，以及解调时所使用的不同参考信号（小区特定参考信号或UE 特定参考信号），以及所依赖的不同 CSI 反馈类型，如下表1-1所示。
表1-1 LTE 多天线传输模式特点及应用场景
LTE 针对 PDSCH 定义了9种传输模式，每种传输模式内又同时定义了多种 MIMO 方式，因此多天线模式切换就存在两种切换过程，模式内切换和模式间切换。
所谓模式内切换是指在同—种传输模式内的不同 MIMO 方式之间的切换，此时 MIMO 方式的变化是通过 PDCCH 的 DCI 信息指示的，切换周期较短，能被 UE 快速响应。TM3模式内包含开环空间复用(SDM)和发射分集(SFBC)，TM7模式内包含基于用户的波束赋形(Port5)和发射分集(SFBC),可进行模式内切换。
模式间切换是指不同传输模式之间的切换，其中传输模式的变化是由基站的 RRC 信令通知用户进行切换，属于高层信令进行切换调度，因此切换周期较长。
eNodeb 自行决定某一时刻对某一终端采用什么传输模式，并通过 RRC 信令通知终端。传输模式是针对单个终端的，同小区的不同终端可以有不同的传输模式。
mimo技术
A gilent M easurement F orum Page 1 关于MIMO 技术您应该知道的10件事 A gilent M easurement F orum 内容提要 MIMO 信号传输 1: MIMO 在蜂窝系统上行/下行链路中使用不同的方式2: MIMO 需要至少两个发射机和两个接收机3:发射和接收相位差不会影响开环MIMO 测试 MIMO 信道特性 4:基站和移动台天线配置组合对信道路径相关性具有重要的影响5:条件数是衡量MIMO 信道短期性能的重要参数6: MIMO 需要比SISO 更出色的信噪比 7:预编码和特征波束赋形对发射信号进行耦合，使其适合信道 MIMO 信号测量 8: MIMO 信号恢复过程分为两步 9:单路输入信号分析仪可以用来测量MIMO 信道间参数10:一个器件中的失真可能影响所有数据流的性能
A gilent M easurement F orum 关于MIMO 技术您应该知道的10件事 MIMO 信号传输MIMO 信道特性MIMO 信号测量 A gilent M easurement F orum 复用Vs. 分集 通过采用MIMO 空间复用技术在两条独立的链路中传输不同的数据码流,成倍的提高了数据的吞吐量空间分集技术能够有效的提高信号传输的效率,并不能够提高数据的吞吐量 分集技术通过采用多路发射机或接收机有效的提高了信号传输的质量 MIMO Tx0Tx1Rx0Rx1
A gilent 1:MIMO 在蜂窝系统上行/下行链路中使用不同的方式 M easurement F orum ?在下行链路中,如WLAN,MIMO信号发送给 单个用户 ?LTE 中Base Station 将数据流复用到 codewords ?如果发射机数量大于codewords, 可以使用 映射的方式(layer = stream in WiMAX) (Streams) A gilent M easurement MIMO 上下行链路 F orum MIMO信号发送接收示意图 (Streams)
MIMO技术
MIMO技术 摘要 多输入多输出技术（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）是指在发射端和接收端分别使用多个发射天线 和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收，从而改善通信质量。 为满足未来全球通信在高速移动、增强数据速率等方面的需求，MIMO技术被得以运用，其在提高信道容量，以及提高信道的可靠性、降低误码率方面发挥了极大作用。 提高信道容量是利用MIMO信道提供的空间复用增益；提高信道的可靠性和降低误码率是利用MIMO信道提供的空间分集增益。同时MIMO将多径无线信道与发射、接收视为一个整体进行优化，从而实现较高的通信容量和频率利用率。 原理 一、MIMO系统的原理 图1MIMO系统的一个原理框图 页脚内容1
发射端通过空时映射将要发送的数据信号映射到多根天线上发送出去，接收端将各根天线接收到的信号进行空时译码从而恢复出发射端发送的数据信号。根据空时映射方法的不同，MIMO技术大致可以分为两类：空间分集和空间复用。空间分集是指利用多根发送天线将具有相同信息的信号通过不同的路径发送出去，同时在接收机端获得同一个数据符号的多个独立衰落的信号，从而获得分集提高的接收 可靠性。举例来说，在慢瑞利衰落信道中，使用一根发射天线n 根接收天线，发送信号通过 n 个不同 的路径。如果各个天线之间的衰落是独立的，可以获得最大的分集增益为n 。对于发射分集技术来说，同样是利用多条路径的增益来提高系统的可靠性。在一个具有m根发射天线n 根接收天线的系统中，如果天线对之间的路径增益是独立均匀分布的瑞利衰落，可以获得的最大分集增益为mn。目前在MIMO 系统中常用的空间分集技术主要有空时分组码（Space Time Block Code，STBC）和波束成形技术。STBC 是基于发送分集的一种重要编码形式，其中最基本的是针对二天线设计的Alamouti方案，具体编码过程如图2所示。 二、Alamouti 编码过程示意 图2 Alamouti编码过程示意图 可以发现STBC方法，其最重要的地方就是使得多根天线上面要传输的信号矢量相互正交，如图2-19中x 1和x 2的内积为0，这时接收端就可以利用发送端信号矢量的正交性恢复出发送的数据信号。使用 页脚内容2
MIMO-OFDM技术概述
MIMO-OFDM技术概述
MIMO-OFDM技术概述 摘要 现代信息社会中,人们对宽带移动通信系统的数据需求量日益增长。为此，未来宽带移动通信系统必须提供更高的传输速率和更优的服务质量。MIMO技术能够利用信号的空时频域特性，可以很好地对抗平坦衰落信道，但对频率选择性信道却无能为力，而OFDM技术可以将频率选择性衰落转化为平坦衰落，MIMO和OFDM两种技术的结合和相互补充，既可以很好地解决未来无线宽带通信系统中信道多径衰落和带宽效率的问题，又能够提高系统容量和传输可靠性，因此采用MIMO 技术的OFDM 系统是现代移动通信的核心技术。本文首先介绍正交频分复用（OFDM）技术和多输入多输出（MIMO）系统的基本原理，简述MIMO-OFDM 技术及其特点，并初步探讨了MIMO-OFDM 系统的关键技术。 关键词：多输入多输出；正交频分复用；MIMO-OFDM；载波；编码 一、引言 正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)是一种特殊的多载波传输方案，它可以被看作是一种调制技术，也可以被当作是一种复用技术。多载波传输把数据流分解成若干比特流，这样每个子数据将具有低得多的比特速率，用这样的低比特速率形成的低速率多状态符号去调制相应的子载波，这构成了多个低速率符号并行发送的传输系统。OFDM是对多载波调制(Multi Carrier Modulation)的一种改进，它的特点是各子载波相互正交，所以扩频后的频谱可以相互重叠，不但减小了子载波间的相互干扰，还大大提高了频谱利用率，可以有效地抵抗频率选择性衰落。 多输入多输出(MIMO)技术是指利用多发送和多接收天线进行空间分集的技术，是无限移动通信领域智能天线技术的重大突破。在无线通信领域，对MIMO的研究源于对多个天线阵元空间分集的性能研究。从20世纪80年代开始，研究学者发现与合并技术结合的多天线空间分集可进一步改善无线链路性能并增加系统容量，Salzzai研究了单用户MIMO高斯信道，以两径传播信道模型分析了空间分集对信道容量和容量分布的影响。Winters讨论了干扰受限的无线系统中，利用多天线空间分集所能带来的容量增益，并明确地指出了增加分集天线数目可以增加系统容量。多输入多输出系统充分开发空间资源，利用多
mimo技术的三种模式介绍,mimo技术作用,mimo技术种类
mimo技术的三种模式介绍,mimo技术作用,mimo技术种类 一、MIMO定义MIMO即多入多出技术（MulTIple-Input MulTIple-Output）技术指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收，从而改善通信质量。它能充分利用空间资源，通过多个天线实现多发多收，在不增加频谱资源和天线发射功率的情况下，可以成倍的提高系统信道容量，显示出明显的优势、被视为下一代移动通信的核心技术。 二、MIMO技术分类空分复用（spaTIal mulTIplexing）工作在MIMO天线配置下，能够在不增加带宽的条件下，相比SISO系统成倍地提升信息传输速率，从而极大地提高了频谱利用率。在发射端，高速率的数据流被分割为多个较低速率的子数据流，不同的子数据流在不同的发射天线上在相同频段上发射出去。如果发射端与接收端的天线阵列之间构成的空域子信道足够不同，即能够在时域和频域之外额外提供空域的维度，使得在不同发射天线上传送的信号之间能够相互区别，因此接收机能够区分出这些并行的子数据流，而不需付出额外的频率或者时间资源。空间复用技术在高信噪比条件下能够极大提高信道容量，并且能够在开环，即发射端无法获得信道信息的条件下使用。Foschini等人提出的贝尔实验室分层空时（BLAST）是典型的空间复用技术。 空间分集（spatial diversity）：利用发射或接收端的多根天线所提供的多重传输途径发送相同的资料，以增强资料的传输品质。 波束成型（beamforming）：借由多根天线产生一个具有指向性的波束，将能量集中在欲传输的方向，增加信号品质，并减少与其他用户间的干扰。 预编码（precoding）：预编码主要是通过改造信道的特性来实现性能的提升。 以上MIMO 相关技术并非相斥，而是可以相互配合应用的，如一个MIMO 系统即可以包含空分复用和分集的技术。 三、MIMO技术优点无线电发送的信号被反射时，会产生多份信号。每份信号都是一个空间流。使用单输入单输出（SISO）的系统一次只能发送或接收一个空间流。MIMO允许多个天线同时发送和接收多个空间流，并能够区分发往或来自不同空间方位的信号。MIMO
MIMO无线技术的研究现状与发展趋势
MIMO无线技术的研究现状与发展趋势 摘要MIMO无线技术是通信领域的一项重要技术突破，堪称新一代无线通信系统中的关键技术之一。文章详细探讨了MIM0无线通信技术的原理，并与智能天线技术进行对比，分析了国内外研究现状与发展趋势，包 ... 摘要 MIMO无线技术是通信领域的一项重要技术突破，堪称新一代无线通信系统中的关键技术之一。文章详细探讨了MIM0无线通信技术的原理，并与智能天线技术进行对比，分析了国内外研究现状与发展趋势，包括MIMO的算法开发、信道建模、天线设计、测试平台构建、芯片开发与技术标准化进展等，为深入认识与研究MIM0通信技术奠定了基础。 1、引言 随着无线互联网多媒体通信的快速发展，无线通信系统的容量与可靠性亟待提升，常规单天线收发通信系统面临严峻挑战。采用常规发射分集、接收分集或智能天线技术已不足以解决新一代无线通信系统的大容量与高可靠性需求问题。可幸的是，结合空时处理的多天线技术——多入多出（MIMO）通信技术，提供了解决该问题的新途径。它在无线链路两端均采用多天线，分别同时接收与发射，能够充分开发空间资源，在无需增加频谱资源和发射功率的情况下，成倍地提升通信系统的容量与可靠性。然而，与常规单天线收发通信系统相比，MIMO通信系统中多天线的应用面临大量亟待研究的问题。
2、MIMO无线通信技术 传统单天线系统向多天线系统演进 传统无线通信系统采用一副发射天线和一副接收天线，称作单入单出（SISO）系统。SISO系统在信道容量上具有一个不可突破的瓶颈——Shannon容量限制。针对移动通信中的多径衰落与提高链路的稳定性，人们提出了天线分集技术。而将天线分集与时间分集联合应用，还能获得空间维与时间维的分集效益。因此，从传统单天线系统向多天线系统演进是无线通信发展的必然趋势。 智能天线向多天线系统演进 智能天线的核心思想在于利用联合空间维度与天线分集，通过最优加权合并而最大化信干噪比，使信号出错的概率随独立衰落的天线单元数目呈指数减小，而系统容量随天线单元数目呈对数增长。然而，开关波束阵列仅适于信号角度扩展较小的传播环境，且自适应阵列虽可以用于信号角度扩展较大的多径传播环境，但在高强度的多径分量比较丰富的环境下，自适应天线系统抗衰落的能力相当有限，这是因为智能天线技术没有利用多径传播。由于增大阵元间距与角度扩展及结合空时处理都有利于捕获与分离多径，因此结合天线发射分集与接收分集技术，充分利用而不是抑制多径传播，进一步开发空域资源，提高无线传输性能，成为了无线通信发展的必然趋势，即从智能天线向多天线系统演进。 无线通信技术 MIMO无线通信技术是天线分集与空时处理技术相结合的产物，它源于天线分集与智能天线技术，具有二者的优越性，属于广义的智能天线的范畴。结合天线
MIMO技术教案
b 3 b 2 b 1 b 0 对应于天线1和天线2的STTD 信道编 1.2 MIMO 技术 MIMO （Multiple-Input Multiple-Output ）技术是指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收，从而改善通信质量。 LTE 系统的下行 MIMO 技术支持2×2的基本天线配置。下行 MIMO 技术主要包括：空间分集、空间复用及波束成形3大类。与下行 MIMO 相同，LTE 系统上行 MIMO 技术也包括空间分集和空间复用。在 LTE 系统中，应用 MIMO 技术的上行基本天线配置为1×2，即一根发送天线和两根接收天线。考虑到终端实现复杂度的问题，目前对于上行并不支持一个终端同时使用两根天线进行信号发送，即只考虑存在单一上行传输链路的情况。 1.2.1 空间分集 空间分集分为发射分集、接收分集两种。 1. 发射分集 发射分集是在发射端使用多幅发射天线发射信息，通过对不同的天线发射的信号进行编码达到空间分集的目的，接收端可以获得比单天线高的信噪比。空间发射分集常用的技术包含空时发射分集（STTD ）、时间切换发射分集（TSTD ）、频率切换发送分集（FSTD ）、空频发射分集和循环延迟分集（CDD ）等。LTE 系统中，为了确保控制信道可靠传输，控制信道普遍采用发送分集方式传输。 （1） 空时发射分集 空时发射分集（STTD ）主要是指将空间分集与空时编码相结合的方案，它是目前最为广泛关注的分集方案，STBC 的主要思想是在空间和时间两个维度上安排数据流的不同版本，可以有空间分集和时间分集的效果，从而降低信道误码率，提高信道可靠性，如下图1-5所示。空时发射分集方法对信道衰落的抑制能力使它能够使用高阶的调制方式减少复用因子，用来提高系统容量。 天线1 信道比特 码比特 天线2 （2） 空频发射分集 图1-5 STTD 发射分集编码方式 空频发射分集将同一组数据承载在不同的子载波上面获得频率分集增益。SFBC （Space Frequency Block Code ，空频块码）的主要思想是在空间和频率两个维度上安排数据流的不同版本，可以有空间分集和频率分集的效果。两天线空频发射分集原理图如下1-6所示。 b 0 b 1 b 2 b 3 -b 2 -b 3 b 0 -b 1
MIMO技术详解
MIMO技术详解 1．介绍 随着无线通信系统的充分发展，语音业务已经不能够满足人们对高速数据业务的要求。提供网页浏览、多媒体数据传输以及其他类型的数据业务是发展无线通信系统和服务的一个重要目的。特别是，基于码分多址的第三代移动通信系统。虽然已经提出多种利用现有无线资源(诸如码道、时隙、频率等)提高数据传输速率的建议，但是其只不过是以语音容量换取数据容量的方法。随着MIMO的技术的出现，一种利用多个发射天线、多个接收天线进行高速数据传输的方法已经被提出，并成为未来无线通信技术发展的一种趋势。最早提出MIMO概念的是Telatar和Foschini，其中Foschini等人提出的BLAST结构是典型的利用MIMO技术进行空间多路复用的技术。已经证明，具有M个发射天线以及P 个接收天线的MIMO系统，在P≥M的情况下几乎可以使得信道容量提高到原来的M倍。 传统的MIMO系统均是非扩频的系统，而第三代移动通信系统是基于CDMA技术的扩频系统。可以采用码复用(Code-Reuse)方式把MIMO技术与CDMA系统结合起来，从而有效地提高其高速下行分组接入(HSDPA)的总体数据速率。同样，TD-SCDMA系统也可以采用码复用的方式来应用MIMO技术，本文给出了一种TD-SCDMA系统的MIMO技术解决方案。这样，TD-SCDMA系统将既可以应用智能天线技术，也可以应用MIMO天线技术，本文将初步分析应用MIMO技术之后对智能天线技术的影响。 2．MIMO技术概述 MIMO技术大致可以分为两类：发射/接收分集和空间复用。传统的多天线被用来增加分集度从而克服信道衰落。具有相同信息的信号通过不同的路径被发送出去，在接收机端可以获得数据符号多个独立衰落的复制品，从而获得更高的接收可靠性。举例来说，在慢瑞利衰落信道中，使用1根发射天线n根接收天线，发送信号通过n个不同的路径。如果各个天线之间的衰落是独立的，可以获得最大的分集增益为n，平均误差概率可以减小到，单天线衰落信道的平均误差概率为。对于发射分集技术来说，同样是利用多条路径的增益来提高系统的可靠性。在一个具有m根发射天线n根接收天线的系统中，如果天线对之间的路径增益是独立均匀分布的瑞利衰落，可以获得的最大分集增益为mn。智能天线技术也是通过不同的发射天线来发送相同的数据，形成指向某些用户的赋形波束，从而有效的提高天线增益，降低用户间的干扰。广义上来说，智能天线技术也可以算一种天线分集技术。 分集技术主要用来对抗信道衰落。相反，MIMO信道中的衰落特性可以提供额外的信息来增加通信中的自由度(degrees of freedom)。从本质上来讲，如果每对发送接收天线之间的衰落是独立的，那么可以产生多个并行的子信道。如果在这些并行的子信道上传输不同的信息流，可以提供传输数据速率，这被成为空间复用。需要特别指出的是在高SNR 的情况下，传输速率是自由度受限的，此时对于m根发射天线n根接收天线，并且天线对之间是独立均匀分布的瑞利衰落的。 根据子数据流与天线之间的对应关系，空间多路复用系统大致分为三种模式：D-BLAST、V-BLAST以及T-BLAST。 D-BLAST最先由贝尔实验室的Gerard J. Foschini提出。原始数据被分为若干子流，每个子流之间分别进行编码，但子流之间不共享信息比特，每一个子流与一根天线相对应，但是这种对应关系周期性改变，如图1.b所示，它的每一层在时间与空间上均呈对角线形状，称为D-BLAST(Diagonally- BLAST)。D-BLAST的好处是，使得所有层的数据可以通过不同的路径发送到接收机端，提高了链路的可靠性。其主要缺点是，由于符号在空间与时间上呈对角线形状，使得一部分空时单元被浪费，或者增加了传输数据的冗余。如图1.b所示，在数据发送开始时，有一部分空时单元未被填入符号(对应图中右下角空白部分)，为了保证D-BLAST的空时结构，在发送结束肯定也有一部分空时单元被浪费。如果采用burst模式的数字通信，并且一个burst的长度大于M(发送天线数目)个发送时间间隔，那么burst的长度越小，这种浪费越严重。它的数据检测需要一层一层的进行，如图1.b所示：先检测c0、c1和c2，然后a0、a1和a2，接着b0、b1和b2…… 另外一种简化了的BLAST结构同样最先由贝尔实验室提出。它采用一种直接的天线与层的对应关系，即编码后的第k个子流直接送到第k根天线，不进行数据流与天线之间对应关系的周期改变。如图1.c所示，它的数据流在时间与空间上为连续的垂直列向量，称为V-BLAST(Vertical-BLAST)。由于V-BLAST中数据子流与天线之间只是简单的对应关系，因此在检测过程中，只要知道数据来自哪根天线即可以判断其是哪一层的数据，检测过程简单。 考虑到D-BLAST以及V-BALST模式的优缺点，一种不同于D-DBLAST与V-BLAST的空时编码结构被提出：T-BLAST。等文献分别提及这种结构。它的层在空间与时间上呈螺纹(Threaded)状分布，如图2所示。原始数据流被多路分解为若干子流之后，每个子流被对应的天线发送出去，并且这种对应关系周期性改变，与D-BLAST系统不同的是，在发送的初始阶段并不是只有一根天线进行发送，而是所有天线均进行发送，使得单从一个发送时间间隔来看，它的空时分布很像V-BALST，只不过在不同的时间间隔中，子数据流与天线的对应关系周期性改变。更普通的T-BLAST结构是这种对应关系不是周期性改变，而是随机改变。这样T-BLAST不仅可以使得所有子流共享空间信道，而且没有空时单元的浪费，并且可以使用V-BLAST检测算法进行检测。
浅谈MIMO技术汇总
浅谈MIMO 技术 一、MIMO 简介 MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)即是多输入多输出技术，是指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，信号通过发射端和接收端的多个天线传送和接收，从而改善每个用户的服务质量（误比特率或数据速率）。 MIMO 系统 根据收发两端天线数量，相对于普通的SISO(Single-Input Single-Output)系统，MIMO 还可以包括MISO(Multiple-Input Single-Output)系统和SIMO(Single-Input Multiple-Output)系统。 MISO 系统 SIMO 系统 1．MIMO 的发展历史 实际上多进多出（MIMO ）技术由来已久，早在1908年马可尼就提出用它来抗衰落。在70年代有人提出将多入多出技术用于通信系统，
但是对无线移动通信系统多入多出技术产生巨大推动的奠基工作则是由AT&TBell实验室学者完成的。1995年Teladar给出了在衰落情况下的MIMO容量；1996年Foshinia给出了一种多入多出处理算法——对角-贝尔实验室分层空时(D-BLAST)算法；1998年Tarokh等讨论了用于多入多出的空时码；1998年Wolniansky等人采用垂直-贝尔实验室分层空时(V-BLAST)算法建立了一个MIMO实验系统，在室内试验中达到了20bit/s/Hz以上的频谱利用率，这一频谱利用率在普通系统中极难实现。这些工作受到各国学者的极大注意，并使得多入多出的研究工作得到了迅速发展。至2010年年底，IEEE数据库收录该领域的研究论文已达上万篇，从MIMO无线通信技术的理论研究到实验验证，再到商用化的各个方面。目前，国际上很多科研院校与商业机构都争相对MIMO通信技术进行深入研究。 2．MIMO 技术特点 随着无线通信技术的快速发展，频谱资源的严重不足已经日益成为遏制无线通信事业的瓶颈。如何充分开发利用有限的频谱资源，提高频谱利用率，是当前通信界研究的热点课题之一。MIMO技术采用空时处理技术进行信号处理，能在不增加带宽的情况下成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率，使得系统能在有限的无线频带下传输更高速率的数据业务。 多输入多输出（MIMO）无线通信技术的概念非常简单，任何一个无线通信系统，只要其发射端和接收端均采用了多个天线或者天线阵列，就构成了一个无线MIMO 系统。实验室的研究证明，采用MIMO
MIMO无线通信技术
1、引言 随着无线互联网多媒体通信的快速发展，无线通信系统的容量与可靠性亟待提升，常规单天线收发通信系统面临严峻挑战。采用常规发射分集、接收分集或智能天线技术已不足以解决新一代无线通信系统的大容量与高可靠性需求问题。可幸的是，结合空时处理的多天线技术——多入多出(MIMO)通信技术，提供了解决该问题的新途径。它在无线链路两端均采用多天线，分别同时接收与发射，能够充分开发空间资源，在无需增加频谱资源和发射功率的情况下，成倍地提升通信系统的容量与可靠性。然而，与常规单天线收发通信系统相比，MIMO 通信系统中多天线的应用面临大量亟待研究的问题。 2、MIMO无线通信技术 2.1传统单天线系统向多天线系统演进 传统无线通信系统采用一副发射天线和一副接收天线，称作单入单出(SISO)系统。SISO系统在信道容量上具有一个不可突破的瓶颈——Shannon容量限制。针对移动通信中的多径衰落与提高链路的稳定性，人们提出了天线分集技术。而将天线分集与时间分集联合应用，还能获得空间维与时间维的分集效益。因此，从传统单天线系统向多天线系统演进是无线通信发展的必然趋势。
2.2智能天线向多天线系统演进 智能天线的核心思想在于利用联合空间维度与天线分集，通过最优加权合并而最大化信干噪比，使信号出错的概率随独立衰落的天线单元数目呈指数减小，而系统容量随天线单元数目呈对数增长。然而，开关波束阵列仅适于信号角度扩展较小的传播环境，且自适应阵列虽可以用于信号角度扩展较大的多径传播环境，但在高强度的多径分量比较丰富的环境下，自适应天线系统抗衰落的能力相当有限，这是因为智能天线技术没有利用多径传播。由于增大阵元间距与角度扩展及结合空时处理都有利于捕获与分离多径，因此结合天线发射分集与接收分集技术，充分利用而不是抑制多径传播，进一步开发空域资源，提高无线传输性能，成为了无线通信发展的必然趋势，即从智能天线向多天线系统演进。 2.3MIMO无线通信技术 MIMO无线通信技术是天线分集与空时处理技术相结合的产物，它源于天线分集与智能天线技术，具有二者的优越性，属于广义的智能天线的范畴。结合天线发射分集、接收分集与信道编码技术是无线通信发展的趋势，在多径传播环境中，增大阵元间距与角度扩展以及结合空时处理都有利于捕获、分离与合并多径。MIMO系统在发端与
MIMO技术的工作原理及其在无线通信中的应用复习过程
M I M O技术的工作原理及其在无线通信中的 应用
MIMO技术的工作原理及其在无线通信中的应用 当今社会是一个高效率的信息网络时代，随着科技的飞速发展，使人们对于数据信息的获取更加关注。对于不同发展的数据信息，比如：无线局域网、蜂窝通信等，它们的容量都呈不断增长的趋势。相比有线通信，无线网络传输系统存在很多不足和问题，使其获得的数据信息不可靠、不可信，直接影响着信息的传输速度以及质量。在不改变宽带、功率的情况下解决多径衰落，是目前数据传输系统中值得关注的问题。因此，引进MIMO技术以期解决问题，目前，MIMO技术得到了比较高的评价、被较为广泛的运用。 一、MIMO技术概述 从MIMO技术的历史发展来看，早在20世纪初，马可尼提出了MIMO技术，至今，此技术在已经发展了很多年，后来，1970年前后将其运用到了通信系统中，针对当时的通讯发展情况，这种技术的引进对于当时社会发展起到了巨大影响作用。20世纪90年代，无线通讯全球化，MIMO技术在很多领域得到很好的发展，比如：天线系统等。而后出现了复合技术，将此技术与平坦衰落并用，发挥了其重要价值。 从MIMO的概念角度来看，MIMO技术的中文全称为多输入多
输出系统，英文全称是Multiple-Input Multiple-Output，应用于天线无线通讯。在其发射信号与接收信号的位置采用几根发射天线与接收天线，以保证信号在发射信号端与接收信号端通过天线进行信号的良好传输、发射与接收，最终，提高数据信息传输质量[1]。MIMO技术可以通过采用空间的资源，不同天线进行多方面、多方位的发射与接收，更重要的是，它可以在不改变频率与功率的前提下，大幅度或者成倍的增大通讯系统的容量，此优点令MIMO技术成为通信系统的主力技术。 从MIMO的原理角度来看，MIMO技术是将多根发射、接收天线安装在相应的发射与接收端，从此实现发射与接收端的多根天线的数据信息传输与接收，此过程会大大提高数据通讯质量。在不改变频率与功率的基础上，充分的使用空间资源，实现多根天线发射、多根天线接收，从而，成倍数的提高通讯信息的容量。采用MIMO技术的过程中，无线通讯系统被反射出不同的信号，不同的信号会产生不同的空间流，而单输送系统仅可以一次接受或发送一个空间流，受到了局限，MIMO技术可以解决这样的问题，接收和发送多个空间流，全面掌控不同方位信号，提高容量、可靠性，从而提升资源的性能，扩宽了无线系统使用的范围。 二、MIMO技术运用于无线通讯
MIMO技术的简介
TELE 9754 Coding and Information Theory Research Workshop Report
Abstract—Mobile wireless communication has become one of the most important aspects of our daily life. The continuously increasing usage has imposed great pressure upon telecommunication system where the availability of channel capacity and spectral resources are limited. Multiple Input Multiple Output (MIMO) is considered as one of the possible solutions to the above problem and has attracted considerable attention among researchers and engineers in the field of mobile communication due to the great advantages it exhibits. In recent years, MIMO technology has been developed into more sophisticated forms and utilized in some common communication devices around us. This report is intended to provide readers with a brief review of the historical and technological developments of MIMO, and its applications. I. INTRODUCTION Our wireless communication systems have undergone remarkable developments and progresses in the past 20 years, from 1G to 4G and the upcoming 5G. Such systems have provided our life with significant conveniences which were otherwise impossible and unachievable before the 1980s. However, under the condition of limited bandwidth resources and channel capacity, the developing communication scheme is unable to meet the fast growing demand from users of mobile devices. In other words, our communication system has somewhat attained its bottleneck and needs some new technology to enhance its performance. On the other hand, MIMO equipped with modern efficient signal processing techniques and processing hardware demonstrates prominent characteristics that could be taken to mitigate the above problems. MIMO can be defined, in simple terms, as a system which consists of multiple antennas at both the transmitter and receiver sides [6]. A systematic diagram of MIMO is illustrated by Figure 1. Figure 1. Systematic diagram of a MIMO system The underlying fact which enables MIMO to attract intense attention is that it could exploit the advantages of beamforming gain, spatial diversity and spatial multiplexing to enhance the performance of a communication system without extra consumption of spectral resources. The content of this report is organized in six separate sections. Section II offers readers a set of abbreviations used throughout the report. Section III illustrates the historical developments and milestones of MIMO from theory to implementations. Section IV introduces, in general sense, how MIMO functions and achieves the aforementioned advantages. Section V categorizes MIMO into various classes based on the properties it composes and some comparisons among them would be made. Section VI provides some examples of application of MIMO in modern communication scheme. Finally, a brief conclusion will be drawn in Section VI. Additional information can be found by referring to the Appendix section. II. TABLE OF ABBREVIATIONS The following table (Table 1) lists a set of commonly A BRIEF REVIEW ON MIMO TECHNOLOGY AND ITS APPLICATIONS Likai Ma z3326280
MIMO技术的应用
MIMO的应用和发展方向 MIMO 技术已经成为无线通信领域的关键技术之一，通过近几年的持续发展，MIMO 技术将越来越多地应用于各种无线通信系统。在无线宽带移动通信系统方面，第3代移动通信合作计划(3GPP)已经在标准中加入MIMO技术相关的内容，B3G 和4G 的系统中也将应用MIMO 技术。在无线宽带接入系统中，正在制订中的802.16e、802.11n 和802.20 等标准也采用了MIMO技术。在其他无线通信系统研究中，如超宽带(UWB)系统、感知无线电系统(CR)，都在考虑应用MIMO技术。随着使用天线数目的增加，MIMO 技术实现的复杂度大幅度增高，从而限制了天线的使用数目，不能充分发挥MIMO 技术的优势。目前，如何在保证一定的系统性能的基础上降低MIMO 技术的算法复杂度和实现复杂度，成为业界面对的巨大挑战。 目前, 朗讯、松下、金桥和NTTDoCoMo等公司都在积极倡导MIMO天线系统技术的应用。在3GPP的高速下行链路分组接入方案( High Speed Downlink Packet Access, HSDPA)中提出了使用MIMO天线系统,这种系统在发送和接收方都有多副天线, 可以认为是双天线分集的进一步扩展。另外,在3GPP(第三代协作伙伴项目)的WCDMA(宽带码分多址)协议中, 涉及到了6种分集发射方法, 即空时分集发射( Space Time Transm it Diversity, STTD )、时间切换分集发射( Time Switched Transm it Diversity, TSTD )、两种闭环分集发射模式、软切换中的宏分集, 以及站点选择分集发射( Site Selection Diversity Transmit,SSDT)。宏分集是指在CDMA (码分多址)系统的软切换过程中, 可以通过2个甚至3个基站同时向一个移动台发射同样的信号, 这是宏分集发射; 同样, 接收时通过相邻的基站进行分集接收(多个基站接收), 即进行宏分集接收。MIMO 技术已经广泛地应用在固定宽带无线接入领域中,采用MIMO的主要公司是IospanW ireless和Raze Technologies。Iospan Wireless的AirBurst系统是基于MIMO - OFDM(正交频分复用)的FDD(频分双工)系统。Raze Techno logies的SkyFir系统也具有MIMO接口,并且可以用波束成形控制器来升级[1]。 在频带资源有限而高速数据需求无限增长的现实下,利用增加发射天线来增加空间自由度、改善系统性能、提高频带利用率是无线通信领域中的一个研究方向。MIMO 技术以其特有的优点, 将成为未来移动通信中的关键技术之一, 将对无线蜂窝系统的发展产生深远的影响。 1. MIMO技术在3G的应用 随着移动分组业务的流量不断增加，人们对移动通信空口带宽的需求也不断增加。为此LTE选择了MIMO等技术以实现高带宽的目标。由于LTE还需要一个较长的周期才能实现商用，加之部署WCDMA网络已经耗费了运营商大量的投资，因此HSPA+作为一个过渡技术诞生了。HSPA+吸收了LTE中不少先进技术，MIMO就是其中重要的一环。综合使用空间复用技术和空时编码技术，使得MIMO能够在不同的使用场景下都发挥出良好的效果，3GPP组织也正是因为这一点，将MIMO技术纳入了HSPA+标准(R7版本)。出于成本及性能的综合考虑，HSPA+中的MIMO采用的是2×2的天线模式：下行是双天线发射，双天线接收；上行为了降低终端的成本，缩小终端的体积，采用了单天线发射。也就是说，MIMO的效用主要只是用在下行，上行只是进行传输天线选择。HSPA+中，MIMO规定了下行的Precoding预编码[2]。矩阵，包括4种形式： （1) 空间复用(Spatial multiplexing)； （2) 空时块码(Space Time Block Coding)； （3) 波束成型(Beam Forming)； （4) 发射分集(Transmit Diversity)。 在实际使用中，由基站根据无线环境的不同自动选择使用。在HSPA+上行方面，MIMO
MIMO技术
MIMO：新一代移动通信核心技术 多输入多输出（MIMO）技术是指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，信号通过发射端和接收端的多个天线传送和接收，从而改善每个用户的服务质量（误比特率或数据速率）。??? MIMO技术对于传统的单天线系统来说，能够大大提高频谱利用率，使得系统能在有限的无线频带下传输更高速率的数据业务。目前，各国已开始或者计划进行新一代移动通信技术（后3G或者4G）的研究，争取在未来移动通信领域内占有一席之地。随着技术的发展，未来移动通信宽带和无线接入融合系统成为当前热门的研究课题，而MIMO系统是人们研究较多的方向之一。本文重点介绍MIMO 技术的五大研究热点。 ??? MIMO信道的建模和仿真 ??? 为了更好地利用MIMO技术，必须深入研究MIMO信道特性，尤其是空间特性。与传统信道不同的是，MIMO信道大多数情况下都具有一定的空间相关性，而不是相互独立的。在2001年11月的3GPP会议中，朗讯、诺基亚、西门子和爱立信公司联合提出了标准化MIMO信道的建议。3GPP和3GPP2推荐的链路级MIMO信道的建模方法有两个：基于相关（Corrlration－Based）的方法和基于子径（EAGC－A14H）的方法。尽管3GPP和3GPP2对链路级的信道参数进行了定义，但是对于如何实现并没有达成共识。研究信道的相关性对系统容量的影响成为MIMO技术的研究方向之一。 ??? 另外，目前对MIMO系统的研究都是假定在理想信道条件下进行的，而实际上在接收端无线传播环境中是不可能知道信道冲激响应的，因此要进行信道估计。由于在MIMO系统中进行信道估计时，天线之间存在着干扰，因此，研究在天线之间存在干扰时的信道估计方法也是目前研究的热点。??? MIMO系统的天线选择技术 ??? 因为多天线需要多射频RF电路，而RF又非常昂贵，因此，寻找具有MIMO天线优点且低价格、低复杂度的最优天线子集选择技术极具吸引力。多天线选择发送接收系统就是利用一定的准则从M根发送天线中选择MS根天线用于发送信号，同样在接收端从N根接收天线中选择NS根用于接收信号，这样就构成了选择的MS×NS的MIMO系统。一般来说，与多天线的应用对应，选择准则也可分为两种：一种是以最大化多天线提供的分集来提高传输质量；另一种是以最大化多天线提供的容量来提高传输效率。 ??? MIMO系统的信号处理 ??? 早期关于MIMO技术的研究大多数还集中在单用户点到点的环境中，而没有考虑其他用户的共信道干扰。最近，人们将研究重点逐渐转移到多用户MIMO信道中。在多用户MIMO系统的下行链路中采用空分多址（SCDMA）可以给系统吞吐量带来可观的增益。这样的多用户MIMO系统的技术难点在于如何设计发射向量以消除用户间的共信道干扰。典型的“最佳问题”包括功率受限时的容量问题（最大化和信息速率）或用以满足每个用户特定QoS的功率控制问题（最小化发射功率）。虽然对于一般的多用户MIMO信道，这两个问题都没有闭环解决方案，但是强加某些特定的限制时可以得到闭环解决方案。最常见的包括：块对角化、逐次最优化、波束成形法以及结合空时编码来消除多用户之间的干扰。 ??? 多天线系统在多址信道中的容量分析 ??? 从理论上来说，多天线多址系统的容量域已经非常清楚，但是如何让容量域满足各种用户对传输速率的要求，仍然没有很好地解决。从结构来看，这是一个非线性优化问题，采用传统的凸优化的方法虽然可以得到解决，但是计算量会非常庞大，必须寻找简单快速的方法。在某些特殊情况下，比如，多用户和容量（所有用户的速率加权值一样）的优化问题，有文献已经提出了非常有意义的多用户注水迭代算法，这种方法充分利用了原始优化问题的结构，利用矩阵理论和凸优化理论快速迭代求解。但是这种特殊情况对于实际网络来说没有太大的意义，因为实际网络中不同用户位于网络中的不同位置，采用相同速率加权值的做法会导致网络边缘用户的传输速率得不到保证，所以应对长期传输速率比较低的用户给予较大的速率加权值以提高该用户的传输速率。而在引入优先级后，采用多用户和容量的传输准则就不适用了，必须采用加权和容量的准则，不同用户速率的加权体现了用户的优先
MIMO技术原理、概念、现状简介
MIMO技术原理、概念、现状简介/ 2008-01-28 16:09 多入多出(MIMO，Multiple-Input Multiple-Out-put)或多发多收天线(MTMRA，M ultiple Transmit Multiple Receive Antenna)技术是无线移动通信领域智能天线技术的重大突破。该技术能在不增加带宽的情况下成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率，是新一代移动通信系统必须采用的关键技术。 那么MIMO技术究竟是怎样的？ 实际上多进多出（MIMO）技术由来已久，早在１９０８年马可尼就提出用它来抗衰落。在70年代有人提出将多入多出技术用于通信系统，但是对无线移动通信系统多入多出技术产生巨大推动的奠基工作则是90年代由AT&T Bell实验室学者完成的。1995年Teladar给出了在衰落情况下的MIMO容量；1996年Foshinia给出了一种多入多出处理算法——对角-贝尔实验室分层空时 (D-BLAST)算法；1998年Tarokh等讨论了用于多入多出的空时码；1998年Wolniansky等人采用垂直-贝尔实验室分层空时(V-BLAST)算法建立了一个MIMO 实验系统，在室内试验中达到了20 bit/s/Hz以上的频谱利用率，这一频谱利用率在普通系统中极难实现。这些工作受到各国学者的极大注意，并使得多入多出的研究工作得到了迅速发展。 一句话，MIMO（Multiple-Input Multiple-Out-put）系统就是利用多天线来抑制信道衰落。根据收发两端天线数量，相对于普通的SISO（Single-Input Single-Output）系统，MIMO还可以包括SIMO（Single-Input Multi-ple-Output）系统和MISO（Multiple-Input Single-Output）系统。 MIMO的概念 通常，多径要引起衰落，因而被视为有害因素。然而研究结果表明，对于MIMO系统来说，多径可以作为一个有利因素加以利用。MIMO系统在发射端和接收端均采用多天线(或阵列天线)和多通道，MIMO的多入多出是针对多径无线信道来说的。图1所示为MIMO系统的原理图。传输信息流s(k)经过空时编码形成N个信息子流ci(k)，I=1，……，N。这N个子流由N个天线发射出去，经空间信道后由M个接收天线接收。多天线接收机利用先进的空时编码处理能够分开并解码这些数据子流，从而实现最佳的处理。 图1 多入多出系统原理 特别是，这N个子流同时发送到信道，各发射信号占用同一频带，因而并未增加带宽。若各发射接收天线间的通道响应独立，则多入多出系统可以创造多个