MIMO技术杂谈(二)：犹抱琵琶半遮面--MIMO信道中隐藏的秘密
移动通信的MIMO技术
移动通信的MIMO技术移动通信技术一直在不断发展和演进，以满足用户对更高速、更可靠的通信需求。
多输入多输出（MIMO）技术作为其中一种重要的发展方向，其在提高通信性能和增强信号覆盖方面具有显著优势。
本文将对MIMO技术的原理、应用和未来发展进行探讨。
一、MIMO技术的原理MIMO技术利用多个天线进行数据传输和接收，通过同时传输多个数据流，提高信号传输速率和系统容量。
其基本原理是利用多个天线在发射端同时发送不同数据流，接收端的多个天线则同时接收这些数据流，并通过解调和复合技术还原出原始信号。
通过利用天线之间的空间多样性和分集增益，MIMO技术可以有效提高系统的吞吐量、抗干扰能力和信号覆盖范围。
二、MIMO技术的应用1.无线局域网（WLAN）：MIMO技术已广泛应用于Wi-Fi网络中，通过增加天线数量和使用多个频段，可以提高网络的传输速率和覆盖范围，为用户提供更稳定、更快速的无线接入体验。
2.移动通信：MIMO技术在4G LTE和5G移动通信标准中得到了广泛应用。
通过利用多个天线进行空间复用和频谱复用，可以提高系统的峰值传输速率，降低信道干扰，提升用户体验和网络容量。
3.无线电广播和电视：MIMO技术在无线电广播和电视传输中也有应用，通过使用多个天线发送和接收信号，可以提高信号的覆盖范围和质量，减少信号受阻和衰减的影响，提升音视频传送的效果。
4.车联网：MIMO技术在车载通信中也有应用，通过利用车载天线进行信号传输和接收，可以提升车联网系统的可靠性和传输速率，支持高速移动环境下的数据传输和车辆间通信。
三、MIMO技术的进一步发展1.大规模MIMO：大规模MIMO是MIMO技术的一种演进形式，通过进一步增加天线数量和采用更高级的信号处理技术，将可以实现更高的信号传输速率和更强的抗干扰能力。
大规模MIMO将在未来的5G和6G通信系统中得到广泛应用。
2.智能反馈技术：智能反馈技术是指通过对信道状态信息进行精确测量和预测，并将其作为反馈信号发送到发射端，以实现更高效的MIMO数据传输。
MIMO技术杂谈(二)：犹抱琵琶半遮面--MIMO信道中隐藏的秘密
MIMO技术杂谈（二）：犹抱琵琶半遮面--MIMO信道中隐藏的秘密犹抱琵琶半遮面--MIMO信道中隐藏的秘密无线通信中，最让人难以捉摸的，就是那看不见，摸不着的无线信道了。
但是，正因为它的变化莫测，才让无线通信具有了独特的魅力。
正如Tse在他的大作《无线通信基础》（Fundamentalof Wireless Communication）中说的：衰落和干扰，让无线通信的研究变得有趣。
然而衰落本身来无影，去无踪，研究中，我们也只能通过概率统计的方法，才能捕获它扑朔的身影。
无线信道根据其自身特点和研究需要，可以建模成多种模型。
其中最经典的，江湖人称“独立同分布模型（independentlyand identically distribute，简称i.i.d）”。
比如在介绍一个传播环境时，我们说“……在一个4x1的MISO系统中，假设每条路径的传输成功率都是1/2……”描述的就是这种模型。
其中“独立”和“同分布”俩个名词都源自概率论。
“独立”是说每条路径的传输成功与否，相互之间并不影响；而“同分布”表示概率分布相同，即成功率都是1/2。
我们已经知道，对付这种信道最有效的方法之一就是分集，获得的分集增益越多，传输的可靠性就越高。
但是，分集技术的应用并没有让江湖太平多久，“衰落相关性”的出现，又在江湖上掀起了一阵波澜。
为了更好的理解相关性的概念，我们先来看一个例子。
比方说我们有一车货物要从A地运到B地，有3条路可以选择，分别经过城市X，Y，Z。
但X市和Y市的地理位置非常接近。
在出发前我们听到天气预报说X市会有大雨，那我们一定会选择绕道走Z市，而不选择Y市。
为什么？答案很简单，X与Y市离得那么近，若X市大雨，Y市天气也好不到哪去，这种天气间相互影响的现象就说明X市与Y市的天气具有相关性。
所以用一句话概括相关性，就是“他好，我也好”。
原来我们有3条路可选，但因为X与Y市天气条件近似，实则只有两条路线可选，其中一条神秘的“消失”了，这种现象对MIMO系统会产生什么样的影响呢？在MIMO系统中，“衰落相关性”扮演者同样的角色。
mimo技术工作原理
mimo技术工作原理MIMO技术工作原理MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）技术是一种无线通信技术，通过在发送和接收端使用多个天线，可以显著提高无线通信系统的性能。
本文将详细介绍MIMO技术的工作原理及其优势。
一、MIMO技术的基本原理MIMO技术利用了多个天线之间的独立性，通过在发送端同时发送多个独立的数据流，并在接收端同时接收这些数据流，从而提高了系统的吞吐量和可靠性。
MIMO系统的天线数目被称为传输链路的MIMO 阶数，通常用MxN来表示，其中M是发送端的天线数目，N是接收端的天线数目。
在MIMO系统中，发送端通过线性组合来发送多个数据流。
例如，对于一个2x2的MIMO系统，发送端可以使用两个天线分别发送两个数据流，并通过线性组合将它们发送出去。
接收端的天线收到经过信道传输后的信号，并通过信道估计和解调来恢复出发送端发送的数据。
二、空间复用技术MIMO技术中的一个重要概念是空间复用技术。
通过在发送端使用多个天线，MIMO系统可以将不同的数据流同时发送到空间中的不同位置，从而实现空间复用。
接收端的多个天线可以分别接收到这些数据流，并通过信道估计和解调来恢复出原始的数据。
空间复用技术可以显著提高系统的吞吐量和可靠性。
通过将多个数据流同时发送，MIMO系统可以充分利用空间资源，增加数据的传输速率。
此外，由于多个数据流之间是独立的，即使某些数据流受到干扰或衰落，其他数据流仍然可以正常传输，从而提高了系统的可靠性。
三、空时编码技术除了空间复用技术外，MIMO技术还可以利用空时编码技术来提高系统的性能。
空时编码技术通过在发送端对不同的数据流进行编码，并利用多个天线分别发送编码后的数据流，从而实现数据的冗余传输。
在接收端，利用接收到的多个数据流，可以通过信道估计和解码来恢复出原始的数据。
由于编码后的数据流之间存在冗余，即使某些数据流受到干扰或衰落，接收端仍然可以通过其他数据流来恢复出原始的数据，从而提高了系统的可靠性。
通俗易懂的MIMO技术简介3篇
通俗易懂的MIMO技术简介第一篇：什么是MIMO技术？MIMO技术全称Multiple Input Multiple Output，中文翻译为“多输入多输出”，是一项近年来日益受到重视的无线通信技术。
简单来说，MIMO技术就是利用多个天线进行数据传输和接收，从而提高无线通信系统的可靠性和吞吐量。
MIMO技术的发展始于上世纪90年代，当时是由于无线通信系统中的多径效应导致信号传输质量下降，而MIMO是通过一定的技术手段来利用多个信道进行信号传输和接收，从而提高系统的性能表现。
在传统的单天线系统中，信号只能通过一个天线进行传输和接收，如有多径效应或者干扰等问题出现，就会影响信号的传输和接收质量。
而在MIMO系统中，可以利用多个天线同时进行传输和接收，从而提高了系统的可靠性和吞吐量，降低了误码率和传输延迟。
MIMO技术不仅适用于无线通信系统，也可以应用于Wi-Fi、蓝牙、雷达等领域，既能提高系统的性能表现，也可以降低功耗和成本。
随着5G时代的到来，MIMO技术将会得到更加广泛的应用和发展。
第二篇：MIMO技术的原理和实现方式MIMO技术的实现基于两个基本概念：时空编码和空间复用。
其中，时空编码是指将数据信号与多个天线传输的信号进行编码，以此提高传输的可靠性和吞吐量；空间复用是指在多个天线上进行数据的同时传输，以此提高系统的吞吐量和信号质量。
时空编码主要有两种方式：空时块码(STBC)和空时分组码(STGC)。
其中，STBC是在时间和空间两个方向进行数据编码，以此提高传输可靠性，适用于多径效应较强的无线环境；STGC则是在时间和频域两个方向进行数据编码，以此提高传输速率，适用于高速无线通信环境。
空间复用技术则主要有两种方式：空分多路复用(SDM)和空时多路复用(STDM)。
其中，SDM是通过将数据进行分割，然后分别发送到多个天线上，以此提高系统的吞吐量；STDM则是通过将不同的数据序列分成多个时间片段，在不同天线上传输，以此降低多径效应和干扰对系统的影响。
mimo技术
mimo技术MIMO技术是一种通信技术，全称是多输入多输出技术。
它的发展历程源于20世纪末名为MIMO的信息论研究，而现代MIMO技术则发源于20世纪末至21世纪初的通信领域中，通过研究多输入多输出天线（Multiple Input Multiple Output, MIMO）系统而取得的技术。
MIMO技术的出现是由于在现代通信中，信道的扩散带宽越来越窄，导致信噪比变低，从而降低信息的传输速率和可靠性。
而MIMO技术则可以克服这个问题，其主要目的是增加无线信号的传输速率和稳定性。
其核心思想是通过多个天线之间的异构性来增加数据的传输信道数，从而提高信道的传输带宽和信号品质。
MIMO技术的基本原理是通过在发送端和接收端采用多个天线，利用多个天线之间的异构性，将数据分成多个子流，经过不同的天线发射，在接收端进行合并，从而增加信道的容量和传输速率。
其中，MIMO技术主要可以分为两个方向：空间多路复用技术（Spatial Multiplexing，SM）和空间分集技术（Spatial Diversity，SD）。
空间多路复用技术（SM）是一种利用空间供给多个用户同步进行的数据传输技术。
在SM技术中，发送端会将不同的数据流分别经过不同的天线发射，接收端则通过接收到不同天线上的信号，将其分别解调和合成，最终得到原始数据流。
SM 技术主要适用于有限的发射功率和不断增加的用户量的信道。
空间分集技术（SD）则是一种通过在发射端或接收端增加多个天线的技术，通过差异化的传输，让接收端可以同时接收多个信号，从而降低噪声干扰和提高信号质量。
SD技术可以分为多种形式，包括时空分集、时度分集等技术，主要适用于复杂的移动环境以及需要高速可靠数据传输的场景。
MIMO技术的应用有很广泛。
在无线通信领域中，MIMO技术已被广泛应用于Wi-Fi、蓝牙、LTE、5G等技术的研究和应用中。
同时，在雷达探测、无线电广播、智能交通系统等领域中，MIMO技术也得到了广泛应用。
MIMO技术概述
迫零波束成型实际上是先进行用户调度然后再进行功率分配，最优功 率分配则可以使用功率注水使容量最大化
MIMO-OFDM
OFDM是一种多载波传输技术，通过串并转换把高速串行数据分散到N个相互 正交的子载波上进行传输，各个子载波的符号速率减为高速数据符号速率的 N分之一，子载波的符号持续时间可以增大为串行数据符号的N倍，时延扩展 与符号周期的比值也降低为原来的N分之一。通过在OFDM符号之间插入持续 时间大于信道最大传输延迟时间的循环前缀CP(Cyclic Prefix)，就可以有效的 消除符号间干扰(Inter-Symbol Interference，ISI)
分层空时结构
V-BLAST接收机结构：
简单接收机结构： 匹配滤波器：利用接收天线阵列对数据流的接受空间进行波束成形， 在低信噪比时的性能接近于容量 解相关器：将接收信号投影到与其他所有数据流的接收信号特征图相 互正交的子空间上。 MMSE：实现不活感兴趣的数据流能量与消除数据间干扰的最优折中 的线性接收机，在低信噪比时和高信噪比时均接近最优性能 串行消除：利用译码运算后的结构对数据流进行顺序译码，从而消除 译码数据流对接收信号的影响
MIMO-OFDM
系统框图
MIMO-OFDM
系统框图
最新进展
MIMO技术是第三代和未来移动通信系统实现高数据速率、 大系统容量，提高传输质量的重要途径。
其中，基于分立式多天线的MIMO技术中的分层空时结构 和空时分组码都成为近年来移动通信领域的研究热点。 空时分组码译码的低复杂度使其成为最广泛应用的一种空 时编码，3GPP就以其作为发送分集的一种方式。 分层空时结构可以获得极高的数据速率，是未来移动通信 系统中为了获得大系统容量而极有可能采用的方案之一， 3GPP标准已将其作为MIMO技术中的一个重要提案
MIMO天线各种技术分析
MIMO天线各种技术分析多入多出(MIMO)系统指在发射端和接收端同时使用多个天线的通信系统。
研究证明，MIMO技术非常适用于城市内复杂无线信号传播环境下的无线宽带通信系统，在室内传播环境下的频谱效率可以达到20～40 bit/s/Hz;而使用传统无线通信技术在移动蜂窝中的频谱效率仅为1～5 bit/s/Hz，在点到点的固定微波系统中也只有10～12 bit/s/Hz。
通常，射频信号多径会引起衰落，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技术作为提高数据传输速率的重要手段得到人们越来越多的关注，被认为是新一代无线通信技术的革命。
1 MIMO系统的3种主要技术当前，MIMO技术主要利用发射分集的空时编码、空间复用和波束成型等3种多天线技术来提升无线传输速率及品质。
1.1 发射分集的空时编码基于发射分集技术的空时编码主要有2种，即空时分组码(STBC)和空时格码(STTC)。
虽然空时编码方案不能直接提高数据率，但是通过这些并行空间信道独立、不相关地传输信息，从而使信号在接收端获得分集增益，为数据实现高阶调制创造条件。
1.1.1 空时分组码(STBC)STBC在发射端对数据流进行联合编码以减小由于信道衰落和噪声所导致的符号错误率，它通过在发射端增加信号的冗余度，使信号在接收端获得分集增益，空时分组码是将同一信息经过正交编码后从多根天线发射出去。
MIMO系统的原理如图1所示，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个信息子流由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。
特别是这N个子流同时发射信号，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不相关，则多入多出系统可以创造多个并行空间信道。
宽带无线通信中MIMO技术的研究
a1
TX RX
b2
RX
输入 数据
串 并 变 换
a
2
TX RX TX RX
b3
a3
V-BLAST 信号处理
输出 数据
am
TX
RX
发射天线数：m 接受天线数：n t 向量符号： a [ a1 a 2 ...a m ]
RX
bn
图2 VBLAST系统框图
5、MIMO-OFDM系统（1）
•
MIMO-OFDM系统中的空频分组编码（SFBC）技术： 空频分组码，他是在空域和频域两维方向上进行编码的一 种联合编码技术 ，空频分组码设计的码子也要求满足正 交性，因此空频分组码的码子形式与空时分组码是完全一 样的。 • MIMO-OFDM系统根据编码技术的不同可以分为以下几类： （1）空时分组码OFDM（STBC-OFDM） （2）空时网格码OFDM（STTC-OFDM） （3）垂直分层空时码OFDM（VBLAST-OFDM） （4）空频分组码OFDM系统（SFBC-OFDM）
a1
OFDM 调制
TX
RX RX
OFDM解调 V-BLAST OFDM解调 信号处 理和解 码器 接 收 数 据
输 入 数 据
向 量 编 码 器
a2
OFDM 调制
TX
RX
am TX
OFDM解调
OFDM 调制
信道估计
图4. VBLAST-OFDM系统框图
5、MIMO-OFDM系统（6）
（3）SFBC-OFDM系统
4、MIMO系统中的空时编码技术 （2）
• （2）空时分组码：空时网格码虽然能获得很大的编码增 益和分集增益，但是由于在接收端采用维特比译码，其译 码复杂度随着天线数和网格码状态数的增加成指数增加， 因此在实际中应用有些困难。这就有了空时分组编码的出 现。 空时分组码则是根据码子的正交设计原理来构造空时码 子 ，空时分组码最早由Alamouti提出的。其设计原则就是 要求设计出来的码子各行各列之间满足正交性。 接收时 采用最大似然检测算法进行解码，由于码子之间的正交性， 在接收端只需做简单的线性处理即可。
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MIMO技术杂谈（二）：犹抱琵琶半遮面--MIMO信道中隐藏的秘密犹抱琵琶半遮面--MIMO信道中隐藏的秘密
无线通信中，最让人难以捉摸的，就是那看不见，摸不着的无线信道了。
但是，正因为它的变化莫测，才让无线通信具有了独特的魅力。
正如Tse在他的大作《无线通信基础》（Fundamentalof Wireless Communication）中说的：衰落和干扰，让无线通信的研究变得有趣。
然而衰落本身来无影，去无踪，研究中，我们也只能通过概率统计的方法，才能捕获它扑朔的身影。
无线信道根据其自身特点和研究需要，可以建模成多种模型。
其中最经典的，江湖人称“独立同分布模型（independentlyand identically distribute，简称i.i.d）”。
比如在介绍一个传播环境时，我们说“……在一个4x1的MISO系统中，假设每条路径的传输成功率都是1/2……”描述的就是这种模型。
其中“独立”和“同分布”俩个名词都源自概率论。
“独立”是说每条路径的传输成功与否，相互之间并不影响；而“同分布”表示概率分布相同，即成功率都是1/2。
我们已经知道，对付这种信道最有效的方法之一就是分集，获得的分集增益越多，传输的可靠性就越高。
但是，分集技术的应用并没有让江湖太平多久，“衰落相关性”的出现，又在江湖上掀起了一阵波澜。
为了更好的理解相关性的概念，我们先来看一个例子。
比方说我们有一车货物要从A地运到B地，有3条路可以选择，分别经过城市X，Y，Z。
但X市和Y市的地理位置非常接近。
在出发前我们听到天气预报说X市会有大雨，那我们一定会选择绕道走Z市，而不选择Y市。
为什么？答案很简单，X与Y市离得那么近，若X市大雨，Y市天气也好不到哪去，这种天气间相互影响的现象就说明X市与Y市的天气具有相关性。
所以用一句话概括相关性，就是“他好，我也好”。
原来我们有3条路可选，但因为X与Y市天气条件近似，实则只有两条路线可选，其中一条神秘的“消失”了，这种现象对MIMO系统会产生什么样的影响呢？
在MIMO系统中，“衰落相关性”扮演者同样的角色。
先来看一个2x1的MISO系统，为了保证传输质量，我们采用发送分集技术。
从上一篇文章《鱼与熊掌能否兼得？--浅谈分集与复用的权衡》中我们已经知道，2x1的MISO 系统有两条传播路径，最大分集增益是2。
现在考虑下面的环境：假设发送端到接收端的距离特别远，远远大于A与B的天线间距，这时我们突然发现，两条传播路径几乎平行到达天线C，并且这两条传播路径挨得特别近。
此时，如果沿这个传播方向上发生严重的衰落，两条传播路径上的信号会同时受到影响，这便是“衰落相关性”的厉害。
既然两条路径挨得如此近，又经历相同的衰落，我们干脆把它们合并成一条，2x1的MISO系统退化成了1x1的SISO系统！
怪哉，怪哉，我们使用了两根发送天线，效果居然和单天线系统相当，这太令人失望了。
那好，我们在接收端也使用2根天线，组成2x2的MIMO系统，别忘了，2x2的MIMO系统拥有的分集增益可是4。
现在的情况又如何呢？我们依然考虑上述传播环境，奇怪的事情再次发生，4条传播路径纠缠在一起，几乎无法区分。
同样，若这个传播方向上的衰落很严重的话，4条传播路径将无一幸免。
2x2的MIMO系统也退化成了SISO系统！
不可思议，连武功高强的MIMO系统也败下阵来，这就好比被人连点了“檀中”、“百会”、“命门”三大要穴的武林高手，纵有千般本领，也施展不出。
难道MIMO系统的一世英名终将毁在“衰落相关性”手上？正所谓魔
高一尺，道高一丈，小小的“衰落相关性”不至于成为MIMO技术的绊脚石，待我们仔细分析分析它的特性，定能找到破解之法。
现在困扰我们最大的问题，就是传播路径纠缠在一起，若能分离出各条路径，问题也就迎刃而解了。
我们回到2x2的MIMO系统上，灵感来了，如果我们加大天线间的距离，不就能区别出传播路径了么？沿着这个思路，我们首先拉大两个发送天线的间距。
现在，尽管路径1和2，3和4之间还无法区分，但两天线间的路径已经明显分离了，换言之，我们恢复出了两个分集增益，成功了第一步。
接下来，我们再拉大接收天线间的距离，现在，4条路径都清晰可辨，MIMO系统获得了重生！
通过加大天线间间距来恢复分集增益的做法，看似有效，实则有些“简单粗暴”。
试想，若我们的手机将来装配了多天线，为了保证MIMO系统的性能，难道让手机顶着牛角一样分叉的天线么？那么除了增大天线间距离的办
法，还有没有别的思路呢？我们再看下面的传播环境：发送端到接收端的传播距离依然很远，且天线间保持小间距，不同的是，这次在周围有很多反射体存在。
本来天线小间距的分集特性就不好，现在又有反射体来捣乱，形式不容乐观。
但是，奇妙的事情发生了，原来令我们头疼的反射体，这一次却阴差阳错的帮了我们的大忙。
正是由于它们的存在，清晰的分离出了4条传播路径，居然让小天线间距的2x2MIMO系统同样获得了4个分集增益。
看来“真气所至，草木皆为利刃”。
无线通信中，如何发现并利用一切可能的资源，实现“变废为宝”，实乃一大学问。
我们来分析一下刚才的例子。
虽然天线间间距很小，但大量反射体的存在实际上打乱了信号的传播路径，让信号从“不同”的角度到达接收端，间接的实现了路径分离的效果。
所以总结以上发现，我们找到了破解“衰落相关性”的秘籍，那就是：增大天线间距，或者差异化信号的发射角度（DoD，Direction of Departure），到达角度（DoA，Direction of Arrival）。
现实中MIMO通信网络的部署也能从上述分析中得到启示：在一个典型的小区蜂窝网中，基站往往架设在较高的地方，四面开阔，极少有反射体和遮挡物，所以基站的发射信号角度范围相对集中，为了保证MIMO系统享有较好的性能，通常在基站侧要拉大天线间的间距（至少为5到10倍波长）；而在用户侧情况就不同了。
我们周围充斥着大量的建筑，墙体，用户本身就处在天然的，丰富的反射体包围中，所以用户设备一般不需要太大的天线间距就可以满足性能的需求了（一般为波长的0.5倍到1倍），现在你不用担心将来的手机长着像牛角一样分叉的天线了。
闲话：
随着MIMO技术的广泛应用，多天线间的空间相关性问题逐渐引起了研究人员的高度重视。
理论上，我们主要的分析方法还是建立合适的传播模型，用数学的方法进行推导，得出各参数间的相互关系，从而对实际通信系统的设计做出建议。
比如，图表9中画出的模型，就是经典的“One-Ring”一环模型。
它能够形象的表现出角度扩展（AS，Angle Spread），传播距离，发射角度，到达角度，天线间距等等因素之间的关系，为我们的分析提供了方便。
随着研究的深入，人们发现，70%以上的通信量都发生在室内，在典型的室内环境中，除了四周的墙体，天花板和地板也是不可忽视的反射体，“一环”模型已再不满足室内环境研究的需求，于是，“一球”模型孕育而生，信道模型从二维迈入了三维（3D）时代。
再后来，无线用户数量爆棚，运营商不得不通过分裂的小区等措施，来容纳更多的用户数。
微小区（Micro-cell），微微小区（Pico-cell），微微微小区（Femto-cell）……的概念也不断被提出。
现在无线路由器已经深入到千家万户，也许在不久的将来Femto基站也要入住室内空间，这样，发送端与接收端将同时处在丰富的反射体包围中，所以，发送端也需要建模成“3D球体”，我们可以亲切的称这种模型为“二球”模型。
结束语：既然无线信道如此难以捉摸且变化多端，如果我们能掌握住它的动向，在它出招之前，以一招“未卜先知”首先克制住对方，对于我们岂不大为有利？这就是下一回将讨论的内容：“知己知彼，百战不殆 -- 信道信息的获取和应用”。