多天线技术和信道编码讲述
通信中的多天线技术分析
通信中的多天线技术分析随着科技的不断进步和应用，多天线技术也逐渐成为通信领域的一项重要技术。
在通信领域中，多天线技术对于提高信号传输质量、降低通信时延、提高频谱效率和加强通信安全具有不可替代的作用。
一、多天线技术简介多天线技术又称为MIMO技术，是多输入多输出技术的缩写。
多天线技术是利用多个天线在信道中同时传输多个信号，接收端在接收到这些信号后，利用信道矩阵解决多个信号之间的干扰问题。
多天线技术不仅提高了信号传输质量，还能实现空间多路复用，即在同一时间、同一频段中，利用多个天线传输不同的数据流，从而提高频谱效率。
二、多天线技术的工作原理多天线技术的工作原理可以归纳为两个关键点，即空时编码和空时解码。
1. 空时编码空时编码是利用多个天线同时发送不同的信号，并且对这些信号进行特殊的编码处理，从而使得接收端能够将这些信号进行有效地解码。
空时编码的核心在于利用线性代数中的矩阵理论，将多个信号通过编码矩阵进行线性组合，从而形成多个信道，实现多路传输。
2. 空时解码空时解码是将接收到的多个信道进行解码，从而还原出原始信号。
空时解码的核心技术是矩阵分解，即将接收到的信道矩阵进行分解，拆解出原始信号，实现多信号传输。
三、多天线技术的应用多天线技术在通信领域的应用非常广泛，以下是多天线技术在几个关键领域中的应用。
1. 5G通信5G通信是一个高速发展的领域，而多天线技术在5G通信中占据着非常重要的地位。
5G通信利用多天线技术可以大幅提高信号传输质量和频谱效率，实现更快速、更可靠的通信。
2. 无线局域网无线局域网是指用无线电波实现本地网络互连的一种技术，而多天线技术可以大大提高无线局域网的传输速度和信号覆盖范围，实现更广泛的无线网络覆盖。
3. 无人机通信无人机通信是指利用无人机实现信号的传输和通讯的一种技术。
由于无人机需要在复杂的环境中进行通信，多天线技术可以提高信号传输的稳定性和可靠性。
四、多天线技术的挑战和前景多天线技术的主要挑战在于实现成本的问题。
5G通信中的多天线技术与信道估计
5G通信中的多天线技术与信道估计随着科技的发展，无线通信已经从早期的1G发展到了现在的4G网络。
而今日的科学家们正在致力于研究更为先进的5G通信技术，其中一个被广泛应用的技术便是多天线技术。
本篇文章将着重探讨多天线技术与信道估计。
多天线技术（MIMO）是指在同一频率，通过利用多个天线来传输和接收信号。
它不仅能够提高通信速度、可靠性和网络容量，而且相比传统通信技术更为高效和优越。
多天线技术的优势在于它不会增加频谱和功率的使用，而是通过增加天线数目来提高它的性能。
因此，MIMO技术被广泛运用于诸如无线局域网（WLAN）和移动通信的应用中。
然而，多天线技术不可避免地需要信道估计来获得信道状态信息（CSI），从而使其在通信系统中的性能得到了改善。
信道估计指的是通过观察信号参数来推测信道状态。
这是通过发送已知信号序列并测量接收信号序列后的反馈来完成的。
然而，信道估计需要解决的问题是信道时变性，因为信号在传输时会遇到信道衰减和噪音等问题。
这会导致信道状态随时间变化，从而需要在较短的时间内对信道状态进行估计。
此外，在MIMO信道中，由于多个天线间的关联，信道矩阵的纬度也会迅速提高，这使得信道估计变得更为复杂和困难。
目前的信道估计方法可分为频域和时域两类。
在频域信道估计中，信道状态信息是通过协方差矩阵得到的。
协方差矩阵是由从多个发射天线发送的一组预定义的信号序列和接收到的一组信号序列计算得出的。
在时域信道估计中，信道状态信息是通过多径传输信号模型来估算。
多路径传输信号模型可帮助预测在接收端的信号参数和信噪比。
尽管信道估计在MIMO通信系统中是至关重要的，但由于其易受信号衰减和某些天线之间的干扰，使得其精度有所下降。
因此，如何创新性地设计改进的信号处理算法和天线编码技术是研究人员所面临的核心问题。
总的来说，多天线技术和信道估计是5G通信网络中必须的技术之一，即使面临一系列挑战，仍受到了科学家们的广泛关注。
未来，相信在诸如深度学习等前沿技术的积极推进下，MIMO技术及其信道估计方法还将进一步得到改进和完善，并在5G通信网络中发挥更大的作用。
无线电通信实现远距离传输的关键技术
无线电通信实现远距离传输的关键技术无线电通信作为一种无线传输信息的技术，已经被广泛应用于现代社会，实现了远距离传输。
本文将介绍无线电通信实现远距离传输的关键技术。
一、频谱管理技术频谱管理技术是实现无线电通信的基础。
频谱是指无线电波在时间和频率上的分布。
由于频谱有限，需要进行合理的管理以避免频率冲突和干扰。
现代无线电通信采用频谱分配、频率规划和频段划分等手段来实现频谱管理。
二、调制解调技术调制解调技术是无线电通信中的核心技术，它是将要传输的信息信号转换成适合传输的无线电信号，以便在接收端将无线电信号恢复成原始信息信号。
实现远距离传输需要采用高效的调制解调技术，如频移键控（FSK）、相位键控（PSK）和正交频分复用（OFDM）等。
三、信道编码技术信道编码技术是为了提高无线电通信传输的可靠性和抗干扰性而引入的。
信道编码技术通过在发送端对信息进行编码，使得接收端可以根据编码信息进行解码，进而实现差错检测和纠正。
常见的信道编码技术有海明码、RS码和卷积码等。
四、天线技术天线技术在无线电通信中起着至关重要的作用，它是将无线电信号转换为电磁波的装置。
实现远距离传输需要采用高增益和定向性较强的天线，以增加发射功率和减少信号传输损失。
五、多径衰落和均衡技术在无线电通信中，信号在传输过程中会受到多径衰落的影响，导致信号传输质量下降。
因此，采用均衡技术可以在接收端对接收到的信号进行处理，以抵消多径衰落的影响，提高信号的稳定性和抗干扰性。
六、功率控制技术功率控制技术是为了在无线电通信中控制信号的传输功率，以避免干扰其他设备和频段的无线信号。
通过合理的功率控制能够实现远距离传输的稳定信号，同时减少能耗和电磁辐射。
七、调频技术调频技术是无线电通信中常用的调制技术。
通过改变载波信号的频率，将要传输的信息信号调制到不同的频率上，实现信息信号的远距离传输。
调频技术具有较好的抗干扰性和传输质量，被广泛应用于无线电通信系统中。
总结：无线电通信实现远距离传输的关键技术包括频谱管理技术、调制解调技术、信道编码技术、天线技术、多径衰落和均衡技术、功率控制技术以及调频技术等。
多天线技术和信道编码
单用户/多用户波束赋形示意图
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TD-LTE下行多天线传输模式
下行多天线传输模式
单天线传输（port0） 传输分集 发送分集模式两天线用SFBC模式，4天线用SFBC+FSTD模式。 开环空间复用 开环复用模式依据信道矩阵Rank进行判断，如果RI=1,此时变成发送分 集模式，如果RI>1, 使用大时延CDD进行空间复用。
Fi F
Fi F
最大容量准则（MC-SC，Maximum Capacity Criterion） H H Fi arg max log 2 det I NS Fi H HFi NS Fi F 最大似然准则（ML-SC，Maximum Likelihood Criterion）
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空间复用技术
闭环预编码MIMO方案：
– 单用户SU-MIMO – 多用户MU-MIMO 受限于应用场景和终端的尺寸及天线数量，单个用户往往难以支持高rank 数据传输。而当系统的用户数较多时，一般基站总是可以找到信道空间独立性 较强的两个用户，这时如果基站配备多天线，则可以利用波束赋形的信号空间 隔离度实现对多个用户的并行传输，即MU-MIMO技术。
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发送分集技术
主要的发送分集类型：
– 延迟发射分集
发送端使用多个天线进行传输，人为地为不同的天线上发射的信号引入不 同延迟，使各个延迟路径的信号在统计意义上相互独立。
延迟发射分集原理框图
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发送分集技术
主要的发送分集类型：
– 循环延迟发射分集
各个天线支路的信号经过循环移位后并行发送，各天线支路的信号间不存 在真正的延迟，因而不会产生码间干扰的问题，循环偏移量也不会受到循环前 缀长度的限制。
通信技术中的多天线技术与信道估计
通信技术中的多天线技术与信道估计多天线技术在通信技术中扮演着重要角色，它通过利用多个天线来提高无线通信系统的性能。
在无线通信系统中，信道估计也是一项关键技术，它用于获得信道状态信息，从而实现数据的可靠传输和无线资源的有效分配。
本文将介绍通信技术中的多天线技术以及与之相关的信道估计。
在传统的通信系统中，通信会受到多径效应、衰落和干扰等因素的影响，从而导致信号的传输质量下降。
为了克服这些问题，研究者们提出了多天线技术，通过增加发送和接收天线的数量来提高系统性能。
多天线技术主要有两种形式：多输入多输出（MIMO）和大规模多输入多输出（Massive MIMO）。
MIMO技术是一种在发送和接收端分别配备多个天线的技术。
通过利用发送天线上的空间分集和接收天线上的空间复用，MIMO系统可以获得更高的传输速率和更好的抗干扰能力。
在MIMO系统中，通过使用空间信道矩阵进行信道估计，可以获得准确的信道状态信息，从而实现更高的传输速率和更可靠的通信。
Massive MIMO技术是一种在基站端配备大量天线的技术。
相比于传统的MIMO技术，Massive MIMO系统可以支持更多的用户同时进行通信，并显著提高系统的容量和覆盖范围。
在Massive MIMO系统中，由于天线数量的增加，信道估计变得更加复杂。
为了减小信道估计的开销，研究者们提出了基于极小化方差和基于非线性压缩感知的信道估计算法，这些算法可以有效地估计大规模MIMO系统中的信道状态信息。
除了多天线技术，信道估计也是无线通信系统中一项重要的技术。
信道估计可以用于获取信道状态信息，包括频率选择性和时变的特性。
准确的信道估计有助于提高数据的可靠传输和无线资源的有效分配。
在无线通信系统中，常用的信道估计方法包括最小二乘法、最大似然法和卡尔曼滤波等。
这些方法可以根据接收到的信号数据来对信道进行估计，并得到信道状态信息。
为了进一步提高信道估计的准确性，研究者们提出了一些先进的信道估计算法。
无线网络中的多天线技术和信道编码
无线网络中的多天线技术和信道编码随着现代社会信息化的不断推进，无线网络也变得越来越重要。
对于无线网络的通信效率，技术的发展是不可或缺的。
目前，多天线技术和信道编码技术已经成为无线网络中的重要技术手段，本文将从技术原理、应用场景、未来发展等多个方面进行探讨。
一、多天线技术多天线技术，又称为MIMO（Multiple-Input Multiple-Output），指的是在无线信号传输中，发送端和接收端都配备有多个天线，以此提高信号传输的效率和质量。
多天线技术的核心是将信号分成多个分支，从而让多个天线同时发送或接收信息。
这样，不仅可以提高了无线信号的传输率，还可以降低误码率。
在多天线技术应用中，需要涉及到信号的合并与分离，通常可以通过矩阵运算来实现，这样便可以将多个信号合并成一个信号，或者将一个信号分解成多个信号。
同时，由于多天线技术可以利用空间多样性的特性来提高信噪比，从而提升信号的传输质量，因此在无线网络中得到了广泛的应用。
二、信道编码技术信道编码技术指的是将数据进行编码，并在传输时添加冗余信息进行校验，以此保证数据传输的完整性和准确性的技术。
信道编码技术的本质是在发送端对数据进行处理，使其在传输过程中具备纠错能力，即使在传输过程中出现一些瑕疵也能保证数据的正确性。
应用场景很多，基本上所有的无线通信系统都需要信道编码技术，包括数字电视、移动通信、卫星通信等。
在具体应用中，还需要考虑各种不同的因素，例如，需要保证不同编码技术相互兼容，同时能够适应不同的传输分辨率，以及能够支持异构系统的互联等。
三、多天线技术和信道编码技术的结合多天线技术和信道编码技术是可以结合使用的。
因为在实际应用中，如果只使用单一的技术手段，可能会存在一些显性或隐性的问题。
例如，多天线技术可以提高信号传输的效率和质量，但在实际传输过程中，如果信号出现了一些问题，例如噪声干扰等，还是会导致传输出现问题。
因此，为了进一步提高无线网络的通信质量和可靠性，结合使用多天线技术和信道编码技术是很有必要的。
无线通信系统中的信号处理技术
无线通信系统中的信号处理技术无线通信系统的快速发展离不开先进的信号处理技术。
信号处理技术是指将原始信号通过各种算法和方法进行处理，以提取出有用的信息，并进行传输、解码和重建等操作。
在无线通信系统中，信号处理技术的应用十分广泛，它不仅可以提高通信的可靠性和效率，还可以满足不同场景的通信需求。
本文将介绍几种常见的无线通信系统中的信号处理技术，并探讨其应用领域和优势。
一、调制与解调技术调制与解调技术是在无线通信系统中广泛应用的信号处理技术之一。
调制是指将原始信号转换为适合传输的调制信号，而解调则是将接收到的调制信号还原为原始信号。
调制技术有多种类型，常见的有频移键控（FSK）、相移键控（PSK）、正交频分复用（OFDM）等。
这些技术可以根据不同的传输环境和需求选择合适的调制方案，提高无线通信系统的传输效率和可靠性。
二、信道编码与纠错技术信道编码与纠错技术是在无线通信系统中保证可靠性的重要手段。
在信号传输过程中，会受到多路径传播、干扰和噪声等因素的影响，导致信号质量下降，容易出现误码。
信道编码技术可以通过添加冗余信息，提高抗干扰能力和纠错能力，从而减少误码率；纠错技术则可以在接收端通过对收到的信号进行纠错，提高信号质量。
常见的信道编码与纠错技术有卷积码、Turbo码、LDPC码等，它们在无线通信系统中起到了重要的作用。
三、多天线技术多天线技术是在无线通信系统中提高通信容量和抗干扰能力的一种重要技术。
通过在发送端和接收端增加多个天线，可以利用空间自由度提高通信信道的容量。
在多天线技术中，有两种常见的方式：空时编码（STC）和空间复用（MIMO）。
空时编码通过将原始信号进行线性组合，并在接收端进行解码，从而提高系统的可靠性；空间复用则是利用多个天线同时传输不同的信号，从而提高系统的传输容量。
多天线技术已在4G和5G等无线通信系统中得到了广泛应用。
四、自适应调制与动态频谱分配自适应调制与动态频谱分配是在无线通信系统中提高频谱利用效率的有效手段。
(完整版)LTE多天线技术
个人也是学习中，算不上高手，说下我的理解：1、最早的多天线技术出现在接收端多天线接收，由于在接收端有多天线，可以形成多条接收通道,从而可以对抗无线信道的深度衰落，显然嘛：多条接收通道同时处于深度衰落的可能性肯定是小于单条接收通道处于深度衰落的可能性，这样就能改善传输质量，提高无线传输的可靠性。
这种技术又叫“收分集”技术，可以应用在基站或手机侧，而且显然由于不涉及到互操作，所以也不用标准化。
从而最先在无线系统中使用。
因为不用标准化，所以在LTE中我们就没有看到这方面的内容。
2、“收分集”技术的应用又给了人们启发：如果手机接收端部署多天线，显然对手机的成本和复杂度是有提高的。
能否把多天线部署在发射端来提高接收端的信道可靠性呢？这样一来：手机只用单个天线，复杂度和成本都在基站一侧，由系统侧承担，岂不乐哉?然而问题随之而来：如果发射端单纯的用多天线发射相同的数据流，它们实际上是相互干扰的，不但起不了分集的作用，而且可能会相互抵消！要多天线发射起到提供增益，而不相互打架，就需要特别的信号处理技术。
(以下都两天线发射为例，H表示复数的共轭,exp()表示一个复数，）牛人1: Alamouti天线1发射{x1, x2, .......}天线2发射{-H(x2),H(x1), .......}这种发射编码方案相当于在形成2个正交的信道(为啥？)，从而可以提高传输可靠性这种发射编码方案被用在LTE中就是Mode 2“发射分集”方案牛人2: 无名天线1发射{x1, x2, .......}天线2发射{x1*exp(b1),x2*exp(b2), .......}这种发射编码方案天线1正常发射，天线2把数据加上一个大的相位偏移后再发射相当于在信道中人为造成多径效应(为啥？)，从而可以提高传输可靠性这种发射编码方案被用在LTE中就是CDD“分集”方案，LTE中CDD不单独使用，只和空间复用技术结合在一起使用。
牛人3: 无名天线1发射{x1, x2, .......}天线2发射{x1*exp(B1),x2*exp(B2), .......}这种发射编码方案天线1正常发射，天线2把数据加上一个相位偏移后再发射。
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空时处理技术背景
多天线技术分类（根据天线形态）：
SISO
MISO
SIMO
SU-MIMO MU-MIMO
MIMO
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空时处理技术背景
多天线技术分类（根据传输方案）：
– 发送分集技术 – 空间复用技术 – 波束赋形技术（智能天线）
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LTE系统的天线配置
下行 – 利用公共天线端口，LTE系统可以支持单天线发送（1x），双天线发送
，因此空间复用技术主要适用于传播环境中散射体较丰富且信道质量较好的场
景中。
h11
h12
x1
h21
r1
发送端
x2
h22
h2nT
r2
h1nT
h h nR 2 nR1
接收端
xnT
hnR nT
rnR
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空间复用技术
空间复用MIMO原理：
非相关准静态平坦Rayleigh衰落信道中，使用 M个天线等功率发送并使用 N 个天线接收的MIMO系统信道容量：
空间发射分集通过在发射端对所要发射的信号进行预处理，以引入接收端 可以利用的分集，在接收端通过检测算法获得该分集。为了改善发射分集的性 能，可以将编码与发射分集结合。通过编码，在空间和时间（频率）域内引入 冗余。由于对编码和发射分集进行了联合优化设计，空时编码在不牺牲带宽的 情况下，可以同时获得发射分集与编码增益，空时编码还可以与多天线接收一 起来对抗多径衰落，提高信道容量。
多天线技术和信道编码
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目录
多天线技术
信道编码
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空时处理技术背景
背景情况： 空时处理始终是通信理论界的一个活跃领域。在早期研 究中，学者们主要注重空间信号传播特性和信号处理，对 空间处理的信息论本质探讨不多。上世纪九十年代中期， 由于移动通信爆炸式发展，对于无线链路传输速率提出了 越来越高的要求，传统的时频域信号设计很难满足这些需 求。工业界的实际需求推动了理论界的深入探索。
进一步表示为：
C
log
2
det
I
N
M
HH
H
C
MS i 1
log
2
1
M
2 i
MIMO信道可以等效为多个并行的子信道。MIMO系统所能支持的最大数据流 数 由信道矩阵的秩决定，而每个数据流的传输能力由与之对应的奇异值 决定。 在非相关信道中，当信噪比足够高时MIMO信道容量近似随 k minM, N 线性增 长。
FSTD
Antenna 1
time Antenna 2
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发送分集技术
主要的发送分集类型：
– 空时（频）编码 将发送分集与编码结合，在利用发射分集的基础上，近可能地提升传输数 据速率。主要方式包括ST(F)BC、分层空时码和空时格码(STTC)。
STBC Encoder
STBC
SFBC
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发送分集技术
主要的发送分集类型：
– 延迟发射分集
发送端使用多个天线进行传输，人为地为不同的天线上发射的信号引入不 同延迟，使各个延迟路径的信号在统计意义上相互独立。
延迟发射分集原理框图
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发送分集技术
主要的发送分集类型：
– 循环延迟发射分集
各个天线支路的信号经过循环移位后并行发送，各天线支路的信号间不存 在真正的延迟，因而不会产生码间干扰的问题，循环偏移量也不会受到循环前 缀长度的限制。
）
BS
MS
无线移概述：
分集技术通常用于对抗衰落、提高链路可靠性。分集技术需要接收端接收 到多个重复的发射信号，这些发射信号携带同样的信息，其衰落在统计上有较 低的相关性。分集的基本思想是，如果能够传输多个独立衰落的信号，从统计 意义来说，合成信号的衰落比每一路信号衰落要降低很多。这是因为在独立衰 落的假设下，当一些信号发生深衰落时，可能另一些信号的衰落较轻，各路信 号同时发生深衰落的概率是很低的，从而合成信号发生深衰落的概率也被大大 降低。
k+1
TX1
S1
k Sub-carrier
S2
TX2
S2*
S1*
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发送分集技术
TD-LTE下行采用的发送分集技术：
– 两天线采用SFBC方案 – 4天线采用SFBC+FSTD结合方案
k+3 k+2 k+1 k
Sub-carrier
TX1
S1 S2 0 0
TX2
0 0 S3 S4
TX3
S2* S1* 0 0
TX4
0
0
S
* 4
S3*
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发送分集技术
TD-LTE上行行采用的发送分集技术：
– 发射天线选择（TAS：Transmit Antenna Selection） 包括：开环和闭环方式，TDD主要采用开环，而FDD主要采用闭环。
– PUCCH信道的发送分集方案： SORTD（Spatial orthogonal resources transmit diversity，空间正交资源发送分集）
Format 1/1a/1b
正交资源0 (n_cs_0, n_occ_0, n_prb_0)
正交资源1 (n_cs_1, n_occ_1, n_prb_1)
Format 2/2a/2b
(n_cs_0, n_prb_0)
(n_cs_1, n_prb_1)
d(0) 调制符号
d(0) d(0)
正交资源0 正交资源1
（2x）以及4天线发送（4x），从而提供不同级别的传输分集和空间复 用增益 – 利用专用天线端口以及灵活的天线端口映射技术，LTE系统可以支持更 多发送天线，比如8天线发送，从而提供传输分集、空间复用增益同时 ，提供波束赋形增益
上行 – LTE系统上行支持发送分集和空间复用技术（最大4层数据流并行传输
循环延迟分集原理示意框图
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发送分集技术
主要的发送分集类型：
– 切换发射分集
按照预定模式进行发射天线的切换，包括时间切换发射（TSTD）分集和频 率切换发射（FSTD）分集。
TSTD
FSTD
Sub-carrier Sub-carrier
TSTD time
Antenna 1 Antenna 2
端口200
天线虚 端口201 拟化
Ant 1 Ant m
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空间复用技术
空间复用技术概述：
空间复用通过在发送端和接收端采用多根天线进行发送和接收。空间复用 通过利用无线传输信道的多径可分性特性，通过相同时频资源上发送并行传输 的数据流，可以大大的提高数据的峰值速率和传输效率。
MIMO信道所能支持的数据流数量取决于信道的空间相关性以及信噪比情况