3.9 多入多出(MIMO)技术
多入多出(MIMO)技术
信源 二进制
1
S/P 1
2
1至L L
……
OFDM 调制
信号 映 射（M-
QAM）
1
2 S/P
2
S/P 1至N
1至L L
……
OFDM 调制
……
1
N S/P
2
1至L L
OFDM 调制
图3-39 MIMO+OFDM实现框图
MIMO+OFDM系统，经过在OFDM传播系统中采用天 线阵列来实现空间分集，以提升信号质量，是MIMO与 OFDM相结合而产生旳一种新技术。它采用了时间、频率 结合空间三种分集措施，使无线系统对噪声、干扰、多径 旳容限大大增长。深刻揭示了MIMO+OFDM系统旳技术 原理与理论基础。
阵n表达，其元素是独立旳零均值高斯复数变量，各个接
受天线旳噪声功率均为 2 ；ρ为接地端平均信噪比。此时 ，发射信号是M维统计独立，能量相同，高斯分布旳复向 量。发射功率平均分配到每一种天线上，则容量公式为：
C log2[det(I N（式M 3H-H35H）)]
固定N，令M增大，使得
1 M
HH
MIMO系统在发射端和接受端均采用多种天线和多种 通道，如图3-37所示。
Hale Waihona Puke 发射天线接受天线R1(K) C1(K)
信
SI(K)
空 时
源
编
码
天 线 阵
CM(K) RM(K)
空 时 编 码
信 宿
图3-37 MIMO系统原理
传播信息流S（k）经过空时编码形成M个信息子流
Ci (k),i ，1, 2这,...M, M个子流由M个天线发送出去，经空间信道 后由N个接受天线接受，多天线接受机能够利用先进旳空
mimo(多入多出multiple-input multiple-output)原理
mimo(多入多出multiple-input multiple-output)原理1. 引言1.1 概述在现代通信领域，无线通信技术的快速发展使得越来越多的设备需要同时传输和接收大量数据。
然而，传统的单个天线的通信系统在满足高速、高容量要求上面临着很大的挑战。
为了解决这一问题，研究人员引入了多入多出（Multiple-Input Multiple-Output，简称MIMO）技术。
MIMO技术是一种利用多天线进行数据传输和接收的技术。
通过同时使用多个发射天线和接收天线，MIMO技术可以显著提高通信系统的性能和容量。
相比于传统单天线系统，采用MIMO技术可以提供更快的数据传输速率、更好的抗干扰能力以及更广范围的覆盖。
1.2 文章结构本文将详细介绍MIMO原理及其应用。
首先，在第2部分中我们将介绍MIMO 的基本概念、系统架构以及常见的MIMO技术应用。
然后，在第3部分我们将探讨MIMO技术所带来的优势以及所面临的挑战。
接下来，在第4部分中我们将重点讨论MIMO在通信领域的广泛应用，包括在无线通信中的应用以及在5G 通信中的应用。
最后，在第5部分我们将对MIMO原理及其应用进行总结，并展望未来发展的方向。
1.3 目的本文旨在系统地介绍MIMO技术的原理、应用和发展趋势，帮助读者深入了解该技术的重要性和潜力。
通过阅读本文，读者将能够全面掌握MIMO技术在通信领域的作用，并且为未来相关研究提供参考和思路。
同时，本文也将引发读者对MIMO技术在不同领域中可能产生的创新和影响的深入思考。
2. MIMO原理2.1 MIMO基本概念MIMO，即多入多出（Multiple-Input Multiple-Output），是一种无线通信技术，在一个通信系统中同时使用多个发射天线和接收天线进行数据传输。
相比于传统的单输入单输出（SISO）系统，MIMO系统能够显著提高频谱效率和系统容量。
在MIMO系统中，每个发射天线和接收天线被视为一个独立的通信信道，并且这些通信信道之间是相互独立的。
MIMO技术原理、概念、现状简介
MIMO技术原理、概念、现状简介/2021-01-28 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那么是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，在室内试验中到达了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开展。
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。
如何进行通信技术中的多输入多输出处理
如何进行通信技术中的多输入多输出处理多输入多输出（MIMO）是一种通信技术，可以有效地提高无线通信系统的容量和可靠性。
本文将介绍MIMO的基本原理、优势以及在通信技术中的应用。
MIMO是一种利用多个天线进行数据传输和接收的技术。
与传统的单输入单输出（SIMO）和单输入多输出（SISO）相比，MIMO可以同时利用多个发送和接收天线进行数据传输，从而提高了信号传输速率和系统性能。
MIMO技术的核心原理是利用信号在不同的天线之间通过多路径传播的特点，从而提高信号传输的可靠性和容量。
具体而言，MIMO利用了信号之间的独立性，通过在不同的天线上发送不同的信号，并通过接收端的线性组合来提取出原始信号。
通过这种方式，MIMO可以在相同的频谱和功率条件下实现更高的传输速率和更可靠的通信。
MIMO技术在无线通信中有许多显著的优势。
首先，MIMO可以提高信号传输的可靠性。
由于利用了多个天线进行传输和接收，MIMO可以在存在信号衰落或干扰的环境中提供更好的信号覆盖和通信质量。
其次，MIMO可以提高通信系统的容量。
通过利用多个天线进行并行传输，MIMO可以在不增加带宽或功率的情况下提高系统的数据传输速率，从而增加系统的容量。
此外，MIMO还可以提供空间分集和空间复用的功能，进一步提高系统性能和容量。
MIMO技术在许多通信领域都有广泛的应用。
在无线局域网（WLAN）中，MIMO被广泛应用于IEEE 802.11n和IEEE 802.11ac等无线标准中，以提供更高的传输速率和更可靠的连接。
在移动通信中，MIMO被应用于4G LTE和5G等移动通信标准中，以提高系统容量和用户体验。
此外，MIMO还被应用于无线传感器网络、雷达和无线电广播等领域，以提高系统性能和覆盖范围。
在实现MIMO技术时，有几个关键的考虑因素。
首先，天线之间的距离和布局将影响系统性能。
通常情况下，天线之间的距离越远，系统的分集和复用性能越好。
其次，天线的数量将影响系统的容量和速率。
多输入-多输出系统的模型简化
多输入-多输出系统的模型简化的报告，800字
多输入-多输出（MIMO）系统是一种模型简化技术，它提供
了一种可靠的方法来理解复杂系统和满足不同目标。
简单地说，它可以将多个输入变量（可能不相关）和多个输出变量（也可能不相关）映射到一起，用于确定系统的运行特性。
MIMO系统利用建模过程，通过数据关联、回归分析等手段
来更好地理解系统特性，并能够对其优化。
目前，MIMO系
统的应用非常广泛，用于多个行业，如电子系统、控制系统、金融、市场分析、复杂信号处理等领域。
模型简化是一种重要的MIMO技术，它使用数学工具和技术
把复杂系统简化为更加容易理解的模型。
这种技术非常重要，因为它可以帮助我们更好地理解复杂的系统，并且能够迅速预测系统的行为，以便做出更好的决策。
模型简化的技术可以帮助开发人员快速设计出高效且适合复杂系统的控制算法。
MIMO系统和模型简化技术是互相联系的，有助于开发复杂
系统的控制解决方案。
它们可以帮助我们更快更好地理解系统运行机理，并带来更高效的系统参数设置，以满足不同目标的要求。
因此，MIMO系统和模型简化技术可以作为系统设计
的重要工具，有效的支持综合的系统。
mimo多线多传技术
现状与展望
无线通信领域 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)已经在标准中加入了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。
谢谢!
MIMO （多入多出技术）
什么是MIMO技术？
那么究竟什么是MIMO技术呢？通俗的说就是为了提升无线信号的 传输质量，而利用多个天线将无线信号进行同步收发的无线技术。 MIMO（Multi-input Multi-output，多输入多输出）技术在维基百科中定 义是一种用来描述多天线无线通信系统的抽象数学模型，能利用发射端 的多个天线各自独立发送信号，同时在接收端用多个天线接收并恢复原 信息。 在现在主流的802.11n无线产品中，MIMO架构是标志性的无线 技术之一。在无线通信领域中，MIMO技术中的智能天线技术是具有相 当重要意义的，该技术能在不增加带宽的情况下成倍地提高通信系统的 吞吐量、传送距离和频谱利用率。 应该说，一个无线通信系统只要其发射端和接收端同时都采用了多 个天线（或者天线阵列），就构成了一个无线MIMO系统。MIMO技术采 用空间复用技术对无线信号进行处理后，数据通过多重切割之后转换成 多个平行的数据子流，数据子流经过多副天线同步传输，在空中产生独 立的并行信道传送这些信号流；为了避免被切割的信号不一致，在接收 端也采用多个天线同时接收，根据时间差的因素将分开的各信号重新组 合，还原出原本的数据。
mimo技术
其中，Hi为第l径道衰落矩阵。
1.2MIMO系统容量
系统容量定义为在保证误码率任意小的条件下的最大发射速率。假设信道矩阵在发射端未知，在接收端已知。MIMO单径情况下对H矩阵进行奇异值分解（SVD）
H=UDVH ……(1.2.1)
……(2.1.1)
输入的高速信息比特流经串变换为M（发射天线数）个长度相同的并行低速比特流，这些低速比特流分别输入M个编码器。然后，编码比特流经过向量编码器，映射到对应的发射天线。向量编码器的作用是决定比特流与发射天线的对应关系，每一个独立子信息流称为一层。BLAST结构中，各天线发射的信号同时占用整个系统的带宽，且在收发天线位置合适时，每对收发天线对之间的信道特性会产生较大差异，接收时可以提高系统性能。系统所能达到的频带利用率和传输速率是别的无线系统所无法比拟的。
其中，D为N x M非负对角矩阵，U和V分别是N x M的酉矩阵。D的对角元素是矩阵HHH的特征值的非负平方根。把（1.2.1）代入(1.1.1)得：
r=UDVHs+u ……(1.2.2)
引入下列变换：
r’=UHr
在H-BLAST编码结构中，信息序列首先被编码，然后分离为M个子数据流。每路子流分别经调制、交织，最后分配到一根发送天线上。其编码结构图（2.2.1）如下：
mimo技术有什么用_mino技术原理解析
mimo技术有什么用_mino技术原理解析所谓的MIMO，就字面上看到的意思，是MulTIple Input MulTIple Output（多入多出）的缩写，大部分您所看到的说法，都是指无线网络讯号通过多重天线进行同步收发，所以可以增加资料传输率。
然而比较正确的解释，应该是说，网络资料通过多重切割之后，经过多重天线进行同步传送，由于无线讯号在传送的过程当中，为了避免发生干扰起见，会走不同的反射或穿透路径，因此到达接收端的时间会不一致。
为了避免资料不一致而无法重新组合，因此接收端会同时具备多重天线接收，然后利用DSP重新计算的方式，根据时间差的因素，将分开的资料重新作组合，然后传送出正确且快速的资料流。
由于传送的资料经过分割传送，不仅单一资料流量降低，可拉高传送距离，又增加天线接收范围，因此MIMO技术不仅可以增加既有无线网络频谱的资料传输速度，而且又不用额外占用频谱范围，更重要的是，还能增加讯号接收距离。
所以不少强调资料传输速度与传输距离的无线网络设备，纷纷开始抛开对既有Wi-Fi联盟的兼容性要求，而采用MIMO 的技术，推出高传输率的无线网络产品。
mimo技术的作用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 技术的应用，使空间成为一种可以用于提高性能的资源，并能够增加无线系统的覆盖范围。
提高信道的容量MIMO接入点到MIMO客户端之间，可以同时发送和接收多个空间流，信道容量可以随着天线数量的增大而线性增大，因此可以利用MIMO信道成倍地提高无线信道容量，在不增加带宽和天线发送功率的情况下，频谱利用率可以成倍地提高。
提高信道的可靠性利用MIMO信道提供的空间复用增益及空间分集增益，可以利用多天线来抑制信道衰落。
多天线系统的应用，使得并行数据流可以同时传送，可以显著克服信道的衰落，降低误码。
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MIMO系统在发射端和接收端均采用多个天线和多个 通道，如图3-37所示。
发射天线
R1(K) C1(K)
接收天线
信 源
SI(K)
空 时 编 码
CM(K)
天 线 阵
RM(K)
空 时 编 码
信 宿
图3-37
MIMO系统原理
传输信息流S（k）经过空时编码形成M个信息子流 ，这M个子流由M个天线发送出去，经空间 信道后由N个接收天线接收，多天线接收机能够利用先进 的空时编码处理技术分开并解码这些数据子流，从而实现 最佳处理。MIMO是在收发两端使用多个天线，每个收发天 线之间对应一个MIMO子信道，在收发天线之间形成 信道矩阵H，在某一时刻t，信道矩阵如（式3-34）所示。
MIMO技术的应用方案 3.9.2 MIMO技术的应用方案
前面分析指出MIMO技术优势明显，但对频率选择性衰 落无能为力，而OFDM技术却有很强的抗频率选择性衰落的 能力。因此将两种技术有效整合，便成为最佳的实用方案 ，如图3-38所示。图中，数据进行两次串并转换。首先将 数据分成N个并行数据流，将这N个数据流中的第n（n [1 ，N]）个数据流进行第二次串并转换成 L个并行数据流， 分别对应L个子载波，接着对这L个并行数据流进行IFFT变 换，再将信号从频域转换到时域，然后从第 n（n [1， N]）个天线上发送出去。这样共有NL个M-QAM（正交振幅 调制）符号被发送。整个MIMO系统假定具有N个发送天线 ，M个接收天线。在接收端第m（m [1，M]）个天线接收
在实际的通信环境中，信号往往是通过周围物体的多 次反射和散射才到达接收天线的，这被称为径，信号的多 径传送会产生多径干扰，从而引起信号的衰落，因而一直 被认为是不利信号准确传输的有害因素。克服的方法是采 用分集的方法——它含有“分散”和“集合”二重含义， 一方面它将载有相同信息的几路信号通过相对独立的途径 （利用多发射天线）分散传输，另一方面设法将分散传输 到接收点的几路信号最有效地收集起来（利用多接收天 线），因为安排恰当的多副天线提供的多个空间信道，不 会全部同时受到衰落，因此有降低信号电平的衰落幅度的 作用，具有优化接收的含义。
MIMO技术原理 3.9.1 MIMO技术原理
MIMO技术的实质是为系统提供了空间复用增益和空间 分集增益。 信号在传送中遇到物体发生反射和散射，产生多条路 径，MIMO技术将这些路径变为传送信息子流的“虚拟信道 ”。在接收端可用单一天线，也可用多个天线进行接收， 当然每个接收天线接收到的是所有发送信号与干扰信号的 叠加，MIMO的空时解码系统利用数学算法拆开和恢复纠缠 在一起的传输信号并将它们正确地识别出来。
3.9 多入多出 (MIMO)技术
学习目标
掌握多输入多输出系统（MIMO）的基本原理 掌握多输入多输出系统（MIMO）的核心技术与应用方案
3.9 多入多出 (MIMO)技术
3.9.1 MIMO技术原理 3.9.2 MIMO技术的应用方案
MIMO（Multiple Input-Multiple output）即多入 多出技术，是无线通信领域智能天线技术的重大突破，它 扩展了一维智能天线技术，具有极高的频谱利用率，能在 不增加带宽的情况下成倍提高通信系统的容量，且信道可 靠性大为增强，是新一代无线通信系统（即所谓的Beyond 3G/4G）采用的核心技术之一。目前，世界各国学者都在 对MIMO的理论、性能、算法和实现等各方面进行着广泛的 研究，MIMO技术已成为通信技术发展中最为炙手可热的课 题。 MIMO是指信号系统发射端和接收端，分别使用了多 个发射天线和接收天线，因而该技术被称为多发送天线和 多接收天线（简称多入多出）技术，它可看着是分集技术 的一种衍生。
固定N，令M增大，使得 量的近似表达式：
，这时可以获得到容 （式3-36）
det代表行列式， 代表M维单位矩阵， 表示的共扼转 置。 从上式可以看出，此时的信道容量随着天线数的增加而 线性增大。即可以利用MIMO信道成倍地提高无线信道容量， 在不增加带宽和天线发射功率的情况下，频谱利用率可以成 倍地提高，充分展现了MIMO技术的巨大优越性。
到的第l（l [1，L]）个子载波的接收信号为： （l=1，….，L） （式3-37） 其中 是第l个子载波频率上的从第n个发送天线到第m 个接收天线之间的信道矩阵，并且假定该信道矩阵在接收端 是已知的， 是第l个子载波频率上的从第n个发送天线发送 的符号， 是第l个子载波频率上的从第m个接收天线接收到 的高斯白噪声。这样在接收端接收到的第l个子载波频率上 的N个符号可以通过V-BLAST算法进行解译码，重复进行L 次 以后，NL个M-QAM符号就可以被恢复出来。
（式3-34） 其中H的元素是任意一对收发天线之间的增益。
M个子流同时发送到信道，各发射信号占用同一个频 带，因而并未增加带宽。若各发射天线间的通道响应独立 ，则MIMO系统可以创造多个并行空间信道。通过这些并行 的信道独立传输信息，必然可以提高数据传输速率。对于 信道矩阵参数确定的MIMO信道，假定发射端总的发射功率 为P，与发送天线的数量M无关；接收端的噪声用 矩阵 n表示，其元素是独立的零均值高斯复数变量，各个接收 天线的噪声功率均为 ；ρ为接地端平均信噪比。此时 ，发射信号是M维统计独立，能量相同，高斯分布的复向 量。发射功率平均分配到每一个天线上，则容量公式为： （式3-35）
1 S/P 1 1至L 2……来自OFDM 调制L
1 2 信源 二进制 信号 映 射（MQAM） S/P 1至N S/P 1至L 2
……
OFDM 调制
L
图3-39 MIMO+OFDM实现框图
…… …
1 N S/P 1至L 2 L OFDM 调制
MIMO+OFDM系统，通过在OFDM传输系统中采用天线阵列 来实现空间分集，以提高信号质量，是MIMO与OFDM相结合 而产生的一种新技术。它采用了时间、频率结合空间三种 分集方法，使无线系统对噪声、干扰、多径的容限大大增 加。深刻揭示了MIMO+OFDM系统的技术原理与理论基础。