4G通信之MIMO技术

MIMO技术
MIMO的基本原理
MIMO信道是在收发两端使用多个天线，每个 收发天线之间形成一个MIMO子信道，假定发送端 存在nR个发送天线，接收端有nT个接收天线，系统 框图如图所示：
MIMO技术
MIMO的基本原理
每个收发天线之间形成一个MIMO子信道，在收 发天线之间形成 nR × nT 信道矩阵H，如下：
Tx 2
Tx1
h1 h2
Rx
n1 , n2

ˆ h 1 ˆ h 2
ห้องสมุดไป่ตู้
信道估计
ˆ h 1 ˆ h 2
信号合并
x1 x2
最大似然译码器
ˆ1 x
ˆ2 x
两发一收的Alamouti STBC译码器结构
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STBC译码 假设在接收端可以获得理想的信道估计， 且每个信号落到信号星座图上的概率是等概 的，则最大似然译码算法要求在信号星座图 上选择一对信号 来最小化与接收信号 之间的欧氏距离，即
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STBC编码 天线1发送信号矩阵X的第一行，天线2发送 信号矩阵的第二行。 STBC是在时域和空域上进 行编码。令天线1和天线2的发送信号矢量分别为
可以明显地看出两根天线发送的信号矢量是 相互正交的，即
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STBC译码
在接收端采用最大似然译码器进行译码，其结构如图：
x1 * x2 x2 * x1
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MIMO的基本原理 考虑满秩MIMO信道，秩为n，且矩阵H是单 位阵, 可以得到容量公式：

n
n
C log 2 det( I n
I n ) log 2 (1
i 1

n
) n log 2 (1

n
)
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MIMO的基本原理
假定信道为独立的瑞利衰弱，则信道容量C近似为： C=[min(M,N)]Blog2(ρ/2) 其中 B为信号带宽 ρ为接收端平均信噪比 min(M,N)为M，N的较小者 上式表明，功率和带宽固定时，多入多出系统的最大 容量或容量上限随最小天线数的增加而线性增加。
4G通信之MIMO技术
在4G时代，数据业务成为运营商最主要收入的来源
MIMO技术
一、MIMO技术简介 二、基本原理 三、空时编码 四、 MIMO-OFDM
MIMO技术
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
MIMO技术
MIMO信道容量累计分布图
MIMO技术
MIMO的编码技术
目前MIMO技术领域的研究热点之一是空时编码，空时 编码技术真正实现了空分多址。空时码利用空间和时间 上的编码实现一定的空间分集和时间分集，从而降低信 道误码率。总之MIMO技术有效利用了随机衰落和多径传 播力量，在同样的带宽条件下为无线通信的性能带来改 善。
MIMO技术
空时编码 空时编码：空间传输信号和时间传输信号的结合，实
质上就是空间和时间二维的处理相结合的方法。
空间上：采用多发多收天线的空间分集来提高无线通
信系统的容量和信息率
时间上：把不同信号在不同时隙内使用同一个天线发
射，使接收端可以分集接收。
MIMO技术
空时编码
空时块编码（STBC）
具有良好的分集增益 。
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MIMO技术
STBC译码 将
代入可得最大似然译码准则为
MIMO技术
MIMO-OFDM MIMO同OFDM结合 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，便能成为最佳的实用方案，即构成 MIMO-OFDM系统
MIMO技术
MIMO-OFDM系统模型发射端原理图
MIMO技术
MIMO-OFDM MIMO和OFDM技术结合
1 有效对抗了MIMO系统中的频率选择性衰落
2 提高了OFDM系统中的系统容量和频谱利用率
MIMO技术
结束语
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大研究 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，并对其产生深远的影响！
空时格码（STTC）
不仅具有优良的分集增益，还具有良好 的编码增益 。
分层空时码（LST）
可获得较高的复用增益。
MIMO技术
STBC编码
空时块编码（STBC）能使MIMO系统获得良好的 分集增益
编码实现： 将信号经过正交编码后由多根天线发送，由于经 过正交编码后的信号相互独立，所以在接收端可以很 容易的将信号区别开来。
译码实现： 在接收端只需进行简单的线性合并即可获得发送 信号。
MIMO技术
STBC编码 信源发出的二进制比特信息首先进行数字调 制，调制为M=2m进制的符号。然后Alamouti STBC编码器选取连续的两个符号，根据下式映 射为发送信号矩阵。
MIMO技术
STBC编码
以双天线为例，又称为Alamouti STBC编 码器，其结构如下图所示。
MIMO技术
MISO系统
SIMO系统
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MIMO的技术特点
采用空时处理技术进行信号处理，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，堪称现 代通信领域的重要技术突破。
技术概念简单，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。