第四代移动通信系统中的多输入多输出智能天线技术
浅析第四代移动通信关键技术
浅析第四代移动通信关键技术在当今科技飞速发展的时代，移动通信技术的不断革新为人们的生活带来了极大的便利。
从最初的简单语音通话到如今的多媒体信息传输，移动通信技术的每一次进步都深刻地改变着我们的沟通方式和生活习惯。
其中，第四代移动通信技术（4G）的出现更是具有里程碑式的意义。
4G 移动通信技术并非一蹴而就，它是在之前几代通信技术的基础上逐步发展而来。
与以往的通信技术相比，4G 具有更高的数据传输速率、更低的延迟、更好的频谱利用率以及更强大的多媒体支持能力。
首先，正交频分复用（OFDM）技术是 4G 移动通信中的关键技术之一。
OFDM 技术将高速的数据流分解为多个低速的子数据流，并通过多个相互正交的子载波进行并行传输。
这种方式有效地对抗了多径衰落，提高了频谱利用率。
简单来说，就好比把一条宽阔的高速公路分成了许多条并行的小道，车辆（数据）可以在这些小道上同时行驶，从而提高了通行效率。
多输入多输出（MIMO）技术也是 4G 中的核心技术。
MIMO 技术通过在发射端和接收端使用多个天线，实现了空间分集和空间复用。
空间分集可以增加信号的可靠性，降低误码率；空间复用则能够大大提高数据传输速率。
想象一下，多条信息通道同时传输数据，就像多条管道同时输水，自然能提高整体的传输量。
智能天线技术在 4G 中也发挥着重要作用。
智能天线能够根据信号的到达方向自适应地调整天线波束，从而增强有用信号，抑制干扰信号。
这就好像一个智能的信号接收和发送“指挥官”，能够准确地指挥信号的流向，提高通信质量。
软件无线电技术的应用为4G 通信带来了更大的灵活性和可扩展性。
软件无线电通过软件来定义和控制无线通信系统的功能，使得不同的通信标准和协议可以在同一硬件平台上实现。
这意味着运营商可以更轻松地升级和维护网络，用户也能够在不同的网络环境中实现无缝切换。
此外，链路自适应技术也是 4G 通信的重要组成部分。
链路自适应技术能够根据信道条件实时调整传输参数，如调制方式、编码速率等，以实现最佳的传输性能。
智能天线在5G移动通信系统中的应用
智能天线在5G移动通信系统中的应用随着科技的不断发展，5G移动通信系统已经开始逐渐普及，其在速度、延迟、连接密度、网络能力等方面都比4G有了质的飞跃。
而作为5G移动通信系统中的重要组成部分，智能天线的应用也将发挥着越来越重要的作用。
智能天线是5G移动通信系统中的关键技术之一，它通过自动化和智能化的方式，可以根据具体的通信环境和需求，动态调整自身的辐射特性和辐射图案，以适应不同的通信场景，提高网络容量和覆盖率，提高通信质量和数据传输速度。
智能天线还能够实现波束赋形技术，进一步提高了系统的性能和效率。
在5G移动通信系统中，智能天线的应用将主要体现在以下几个方面：1. 多输入多输出（MIMO）技术：智能天线可以实现更灵活的波束赋形，在信号传输时能够根据接收器位置和通信环境等因素，动态调整波束方向，从而最大化地利用信道资源，提高数据传输速率和通信质量。
2. 多用户多址（MU-MIMO）技术：通过智能天线，可以实现对多个用户同时进行数据传输，提高了系统的容量和效率，能够满足大规模用户同时连接的需求。
3. 蜂窝网络优化：智能天线可以根据实际的网络负载和用户分布情况，实现对蜂窝网络的动态优化调整，提高网络的覆盖范围和信号覆盖强度，降低信号干扰，达到更好的通信效果。
4. 移动通信小区化部署：通过智能天线的应用，可以实现对移动通信小区的精细化管理，可以根据用户密度、用户需求等因素，动态调整小区边缘的覆盖范围和功率，提高了小区的容量和覆盖效果。
5. 终端定位和跟踪：智能天线可以通过波束赋形技术，实现对终端设备的定位和跟踪，从而为网络优化和资源分配提供更精准的数据支持。
6. 窄波束天线技术应用：通过智能天线，可以实现更为精细化的波束赋形，将信号更准确地定向发送给特定终端，提高了通信系统的能效和频谱利用率。
智能天线在5G移动通信系统中的应用，将极大地推动通信系统的发展和优化。
它不仅可以提高通信系统的数据传输速度、通信质量和用户体验，还可以提高网络容量、覆盖范围和能效，从而更好地满足日益增长的移动通信需求。
4G通信中的MIMO智能天线技术
4G通信中的MIMO智能天线技术智能天线通常也称作自适应天线阵列，可以形成特定的天线波束，实现定向发送和接收，主要用于完成空间滤波和定位。
从本质上看，它利用了天线阵列中各单元之间的位置关系，即利用了信号的相位关系克服多址干扰及多径干扰，这是它与传统分集技术的本质区别。
MIMO系统是指在发射端和接收端同时使用多个天线的通信系统，其有效地利用随机衰落和可能存在的多径传播来成倍地提高业务传输速率。
其核心技术是空时信号处理，即利用在空间中分布的多个时间域和空间域结合进行信号处理。
因此，可以被看作是智能天线的扩展。
智能天线系统在移动通信链路的发射端/或接收端带有多根天线，根据信号处理位于通信链路的发射端还是接收端，智能天线技术被定义为多入单出（MISO，MultipleInputSingleOutput）、单入多出（SIMO，Single Input Multiple Output）和多入多出（MIMO，Multiple Input Multiple Output）等几种方式。
二、多入多出智能天线收发机结构及研究进展从图1可以看出，比特流在经过编码、调制和空时处理（波束成行或空时编码）后，映射成不同的信息符号，从多个天线同时发射出去；在接收端用多个天线接收，进行相应解调、解码及空时处理。
图1 多输入多输出智能天线收发机结构MIMO系统中的空时处理技术主要包括波束成形（beamforming）、空时编码（space-timecoding）、空间复用（spacemultiplexing）等。
波束成形是智能天线中的关键技术，通过将主要能量对准期望用户以提高信噪比。
波束成形能有效地抑制共道干扰，其关键是波束成行权值的确定。
1.MIMO系统的发射方案MIMO系统的发射方案主要分为两种类型：最大化数据率的发射方案（空间复用SDM）和最大化分集增益的发射方案（空时编码STC）。
最大化数据率发射方案主要通过在不同天线发射相互独立的信号实现空间复用。
浅析第四代移动通信
第四代移动通信(4G)的技术分析与发展前景贾爱军(中铁十一局集团电务工程有限公司武汉 430071)摘要：文章介绍了第四代移动通信的概念，主要应用的技术以及4G的发展前景。
关键词：移动通信4G 正交频分复用OFDM 多输入多输出技术MIMOThe Future and The Brief Analysis of 4G MobileCommunication Systems【Abstract】:The article describes the conception of 4G mobile communication system ,especially the the main technology and the future.【Key words】: mobile communication system, 4G, orthogonal frequency division multiplexing multiple input multiple output,1 引言第四代移动通信技术可称为广带(Broadband)接入和分布网络。
国际电信联盟（ITU）目前已经开始研究制订第四代移动通信标准，把移动通信系统同其他系统（例如商业无线网络、局域网、蓝牙、广播、电视卫星通信）结合起来，产生4G技术。
4G的一个主要目标是提供移动用户超宽带的多媒体服务,其标准将在2010年前后出台，2010年之前使数据传输速率达到100Mbps,比目前的拨号上网快2000倍，上传的速度也能达到20Mbp。
其主要特点有：（1）技术基础先进，通信速率高，数据传输速率超过UMTS。
（2）以移动数据为主，面向因特网大范围覆盖高速移动通信网络。
（3）可在不同的接入技术之间进行全球漫游及互通，实现无缝通信。
（4）4G系统能自适应分配资源，处理变化的业务流和信道条件。
（5）发射功率比现有移动通信系统降低10到100倍，能够较好地解决电磁干扰问题。
第四代移动通信系统中的多输入多输出智能天线技术
算 法是 非 线 性 算 法 。在 ＳＭ０或 者 ＭＩ 通 信链 路 Ｉ ＭＯ 的接收端 ， 收机 或者 均衡 器 利 用多 径信 号 重构 发射 接
最 大 比合并 （ Ｃ． ｘｍｕ Ｒ ｔ ｏ ｉｉｇ ； 对 ＭＲ Ｍａ ｉ ｍ ａ ｏＣ ｍｂ ｎ ） 而 ｉ ｎ
Ｍ０． ｌｐｅＩ ｐ ｔ ｌｐｅＯｕｐ ｔ 。 Ｍｕｔ ｌ ｕ ｔ ｌ ｉ ｎ Ｍｕ ｉ ｔｕ ）
ＭＩ ＭＯ系统 的发 射方 案主 要 分为 两种 类 型 ： 大 最
化 数据 率 的放射 方 案 （ 间 复用 Ｓ Ｍ ） 空 Ｄ 和最 大 化分集
增 益 的发射方 案 （ 空时编 码 Ｓ Ｃ） 最大化 数据 率发 射 Ｔ 。 方 案 主 要通 过 在不 同天 线 发射 相 互 独 立 的信 号 实 觋
线接 收 ， 行相应 解调 、 进 解码 及空 时处 理 。
成 空 间滤波 和定位 。从本 质上 看 ， 它利 用 了天线 阵 列
巾各单 元之 间 的位 置 关 系 ． 即利用 了信 号 的相 位 关系
克 服多址 干 扰及 多径 干扰 ， 是 它与传 统 分集 技术 的 这
本质 区别 。
ｌ 引 言
智能 天线 通 常也 称作 自适 应天 线 阵列 ， 以形 成 可 特 定 的 天线 波束 ， 现定 向发送 和接 收 ． 实 主要 用 于 完
时处 理 （ 波束成 行 或空 时编码 ） ， 后 映射成 不 同 的信 息
符号 ， 多个 天线 同时 发射 出去 ； 接 收 端用 多个 天 从 在
马 骁 周 围
（ 庆 邮 电 大学 ， 重 重庆 ４ ０ ６ ） ０ ０ ５
摘 要： 绍 了基 于 ＭＩ 介 ＭＯ 的 智 能 天 线 收发 机 结 构 及 最 新 进展 及 其 优 点 ． 讨 了 下一 代 移 动 通信 系 统 智 能天 线技 术 探 的发 展 趋 势 以及 所 面 临的 问题 关键 词 ： 能 天线 ＭＩ 智 ＭＯ 分 集 波 束 赋 形
4g技术原理
4g技术原理4G技术原理。
4G技术，即第四代移动通信技术，是指在3G技术基础上进一步发展的移动通信技术。
它具有更高的数据传输速率、更低的延迟、更高的网络容量和更好的覆盖范围等特点，为用户提供更快速、更稳定的移动通信体验。
那么，4G技术的原理是什么呢？接下来，我们将从技术原理的角度来解析这个问题。
首先，4G技术的核心原理之一是正交频分复用技术（OFDM）。
OFDM技术通过将信号分成多个窄带子载波进行传输，有效提高了信号的传输效率和抗干扰能力。
在4G网络中，通过使用多载波调制技术，可以实现更高的数据传输速率，从而满足用户对高速数据传输的需求。
其次，多输入多输出技术（MIMO）也是4G技术的重要原理之一。
MIMO技术利用多个天线进行信号传输和接收，通过空间复用技术提高了信号的传输速率和系统的容量。
在4G网络中，MIMO技术可以实现更高的频谱效率和更好的覆盖范围，提升了网络的整体性能。
此外，4G技术还采用了分时复用技术（TDD）和频分复用技术（FDD）。
TDD技术和FDD技术分别在不同的频段和时间段进行信号的传输，有效提高了信号的传输效率和网络的容量。
通过这些复用技术的应用，4G网络可以实现更高的频谱利用率和更稳定的信号传输质量。
除此之外，4G技术还应用了智能天线技术和高效的调度算法。
智能天线技术可以根据用户的位置和信道条件进行自适应调整，提高了信号的覆盖范围和传输速率。
而高效的调度算法可以根据网络的负载情况和用户的需求进行动态调度，实现了资源的最优分配和利用。
综上所述，4G技术的原理主要包括OFDM技术、MIMO技术、TDD和FDD 技术、智能天线技术以及高效的调度算法等。
这些原理的应用使得4G网络具有了更高的数据传输速率、更低的延迟、更高的网络容量和更好的覆盖范围，为用户提供了更快速、更稳定的移动通信体验。
希望通过本文的介绍，读者对4G技术的原理有了更清晰的了解，也能够对未来移动通信技术的发展有更深入的思考。
OFDM—第四代移动通信核心技术分析
OFDM—第四代移动通信核心技术分析随着社会的飞速发展，不仅科学技术水平得以提高，通信技术的发展也是空前的。
目前使用的第三代移动通信（3G），3G是在上一代移动通信的基础上加上了不同种类的宽带业务，较之第二代移动通信，在宽带上业务上有明显的先进性，但是智能化程度还不够。
所以在3G时代还未结束之时，全球通信行业就已经开始了第四代移动通信技术--4G的研究。
标签：4G移动通信核心技术OFDM技术一、引言迄今为止，移动通信已经经历了三代的发展，第四代移动通信的基本标准也基本上确立了。
第一代移动通信（1G）主要采用FDMA（模拟技术和频分多址技术）技术，这种技术只能提供区域性语音业务，而且通话效果差、保密性能也不好，用户的接听范围也是很有限。
第二代移动通信（2G）采用GSM（数字语音传输技术）技术，相较于第一代模拟移动通信具有较高的通信质量。
第三代移动通信（3G）采用了TD-SCDMA技术、智能天线技术、WAP技术、快速无限IP技术、软件无线电技术、多载波技术和多用户检测技术。
3G服务能够同时传送声音（通话）及数据信息（电子邮件、即时通信等），代表特征是提供高速数据业务。
虽然第三代移动通信技术较前两代有了很大进步，但是其自身还是存在诸多缺陷。
如采用电路交换，而不是纯IP方式；所能提供的最高速率不能满足对移动通信系统的速率要求；不能充分满足移动流媒体通信（视频）的完全需求；没有达成全球统一的标准等。
基于3G以上缺陷，4G的研发工作已经开始进行了。
二、第四代移动通信技术概述4G（第四代移动通信技术）的概念可称为宽带接入和分布网络，具有非对称的超过2Mb/s的数据传输能力。
它包括宽带无线固定接入、宽带无线局域网、移动宽带系统和交互式广播网络。
第四代移动通信标准比第三代标准具有更多的功能。
第四代移动通信可以在不同的固定、无线平台和跨越不同的频带的网络中提供无线服务，可以在任何地方用宽带接入互联网（包括卫星通信和平流层通信），能够提供定位定时、数据采集、远程控制等综合功能。
第4代移动通信技术
第4代移动通信技术摘要：自有近代通信以来，人们就一直追求通信的自由。
无线通信的大众化，如第1 代移动通信（1G）、第2 代移动通信（2G）部分的满足了人们的这种愿望。
但随着互联网和多媒体技术的兴起，人们对移动通信提出了更高的要求。
于是第3 代移动通信（3G）引弓待发，而第4代移动通信（4G）的理论与实践方面的报道已可谓热烈。
关键词：4G；移动通信；技术1 前言4G 也称为广带接入和分布网络。
具有超过2Mb/s 的非对称数据传输能力，对高速移动用户能提供150Mb/s 的高质量的影像服务，并首次实现三维图像的高质量传输。
它包括广带无线固定接入、广带无线局域网、移动广带系统和互操作的广播网络(基于地面和卫星系统)。
4G 是集多种无线技术和无线LAN 系统为一体的综合系统，也是宽带IP 接入系统。
在这个系统上，移动用户可以实现全球无缝漫游，享用更多的服务，可以通过智能服务向导，轻轻松松地在服务空间畅游。
因此，第四代移动通信系统应该是以用户为中心的移动通信系统。
2 移动通信技术的发展状况2.1第一代———模拟移动通信系统第一代(即1G，是the first generation 的缩写) 移动通信系统的主要特征是采用模拟技术和频分多址(FDMA)技术、有多种制式。
我国主要采用TACS，其传输速率为2.4kbps，由于受到传输带宽的限制，不能进行移动通信的长途漫游，只是一种区域性的移动通信系统。
第一代移动通信系统在商业上取得了巨大的成功，但是其弊端也日渐显露出来，如频谱利用率低、业务种类有限、无高速数据业务、制式太多且互不兼容、保密性差、易被盗听和盗号、设备成本高、体积大、重量大。
所以，第一代移动通信技术作为20 世纪80 年代到90 年代初的产物已经完成了任务退出了历史舞台。
2.2第二代———数字移动通信系统第二代(即2G，是the second generation 的缩写) 移动通信系统是从20 世纪90 年代初期到目前广泛使用的数字移动通信系统，采用的技术主要有时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)两种技术，它能够提供9.6- 28.8kbps 的传输速率。
移动通信中的MIMO技术
移动通信中的MIMO技术在当今数字化和信息化飞速发展的时代，移动通信已经成为人们生活中不可或缺的一部分。
从简单的语音通话到高清视频流，从即时通讯到物联网应用，我们对移动通信的速度、质量和稳定性的要求越来越高。
而 MIMO 技术（MultipleInput MultipleOutput，多输入多输出）的出现，无疑为满足这些需求提供了强大的支持。
MIMO 技术的核心原理其实并不复杂，但却极其精妙。
简单来说，它就是通过在发射端和接收端同时使用多个天线，来实现更高效的数据传输。
想象一下，传统的通信方式就像是一条单车道的公路，车辆只能依次通过，速度和流量都受到很大限制。
而 MIMO 技术则像是将这条公路拓宽成了多条车道，允许更多的车辆同时并行，大大提高了交通的效率和容量。
在具体的实现过程中，MIMO 技术主要有两种工作模式：空间复用和空间分集。
空间复用模式下，多个独立的数据信息流可以同时在不同的天线上传输，从而在相同的频谱资源下大大提高了数据传输速率。
比如说，在一个 2×2 的 MIMO 系统中，如果每个天线的传输速率是100Mbps，那么通过空间复用，总的传输速率可以达到 200Mbps。
而空间分集模式则是通过在多个天线上发送相同的数据，然后在接收端通过合并处理来提高信号的可靠性和抗衰落能力。
这就好比我们在邮寄重要信件时，为了确保对方能够收到，会同时通过多个不同的渠道发送相同的内容，只要有一个渠道成功，信件就能送达。
MIMO 技术为移动通信带来了诸多显著的优势。
首先，它大幅提升了频谱效率。
频谱资源就像土地一样，是有限且珍贵的。
通过 MIMO技术，我们能够在相同的频谱带宽内传输更多的数据，这就相当于在有限的土地上建造出了更高的建筑，实现了资源的更高效利用。
其次，MIMO 技术增强了系统的可靠性和稳定性。
在复杂多变的无线环境中，信号容易受到衰减、干扰和多径衰落等影响。
而 MIMO 系统通过多个天线的协同工作，可以有效地抵抗这些不利因素，保证数据的准确传输。
我国第四代移动通信的发展和应用
浅谈我国第四代移动通信的发展和应用摘要 21世纪移动通信技术和市场飞速发展，在3g大规模商用以后，多媒体服务与应用得到广泛推广，而3g在速率、服务质量、无缝传输等方面的局限性也日益凸显起来，在新技术和市场需求的共同作用下，4g移动通信技术呈现：网络业务数据化、分组化，移动互联网逐步形成；网络技术数字化、宽带化；网络设备智能化、小型化；移动网络的综合化、全球化、个人化；各种网络融合的高速率，高质量，低费用。
关键词移动通信 4g 信号处理中图分类号：tn929 文献标识码：a1引言所谓移动通信就是在运动中实现的信息传输和交换，是指通信双方或至少有一方处于运动状态。
随着电子技术的发展，特别是半导体、集成电路和计算机技术的发展，移动通信得到了迅速的发展。
随着其应用领域的扩大，和对性能要求的提高，促使移动通信在技术上和理论上向更高水平发展。
20世纪80年代以来移动通信已成为现代通信网中不可缺少并发展最快的通信方式之一。
2我国4g的核心技术与应用2.1 4g的关键技术2.1.1软件无线电技术软件无线电是将标准化的、模块化的硬件功能单元通过一个通用的硬件平台（比如用总线方式连接），再通过用软件加载方式来实现各种类型的无线电通信系统的一种开放式结构。
软件无线电代表的是一个软件可重构的无线电体系，它的可重塑性主要体现在其射频（rf），中频（if）以及基带信号处理可以通过软件的编程来控制和实现。
2.1.2正交频分复用技术正交频分复用（ofdm）技术是一种多载波扩频技术，是第4代移动通信（4g）技术的基础。
从移动通信系统提供的传输速率来看，如果直接对速率这么高的数据进行传输，它的时间周期将非常小，很容易引起频率选择性衰落，外加上多径效应，这是不同信号间的延迟很容易大于信号的时间周期，所以会存在较严重的符号间干扰（isi）。
因此，人们开始关注ofdm技术，希望通过这种方法来解决高速信息流在无线信道中的传输问题，从而实现对带宽要求更高的多种多媒体业务和更快的网络浏览速度。
移动通信4G技术(两篇)
引言概述：随着移动通信技术的不断发展，人们对于更快速、更稳定的通信网络有着越来越高的需求。
4G技术作为现代移动通信技术的重要一环，为人们提供了更快速的数据传输速度、更广阔的网络覆盖范围以及更好的用户体验。
本文将继续探讨移动通信4G技术的相关内容，包括多载波技术、智能天线技术、无线资源管理、应用场景以及未来发展方向等五个大点来详细阐述。
正文内容：一、多载波技术1.频域多址技术2.正交频分复用技术3.空间分集技术4.多用户多输入、多输出技术（MUMIMO）5.多速场技术（MST）二、智能天线技术1.多输入、多输出技术（MIMO）2.波束赋形技术3.自适应调制与编码技术4.天线阵列技术5.各向同性发射器（TIISP）三、无线资源管理1.基站接纳控制2.资源分配与调度3.链路适应性调度4.功率控制技术5.信道状态反馈四、应用场景1.移动宽带通信2.移动增强型宽带通信3.车载通信4.物联网通信5.虚拟现实与增强现实应用五、未来发展方向1.5G技术的概述2.5G与4G的比较3.5G技术带来的新机遇4.4G与5G技术的融合5.5G技术的应用前景总结：移动通信4G技术在多载波技术、智能天线技术、无线资源管理、应用场景以及未来发展方向等方面取得了长足的发展。
多载波技术通过频域多址技术、正交频分复用技术、空间分集技术等手段提高了数据传输效率和频谱利用率。
智能天线技术通过多输入、多输出技术、波束赋形技术等手段提高了无线信号覆盖范围和传输质量。
无线资源管理则优化了基站接纳控制、资源分配和调度等关键任务。
4G技术的应用场景有移动宽带通信、车载通信、物联网通信等，不仅提供了更好的无线通信体验，也为未来的应用发展奠定了基础。
随着5G技术的迅速崛起，4G技术也面临着转型发展的挑战。
为了适应5G时代的到来，4G技术需要与5G技术进行融合，共同推进移动通信技术的发展。
最终，移动通信4G技术作为移动通信领域的重要技术，为人们提供了更快速、更稳定的通信服务，同时也为未来移动通信技术的发展奠定了坚实的基础。
第四代移动通信关键技术
第四代移动通信关键技术在当今信息时代，移动通信技术的发展日新月异，给人们的生活带来了翻天覆地的变化。
其中，第四代移动通信技术（4G）以其高速、高效、高质量的特点，成为了通信领域的重要里程碑。
4G 技术的实现依赖于一系列关键技术的支持，这些技术的协同作用使得我们能够享受到更加流畅的视频通话、快速的文件下载以及丰富多样的移动互联网应用。
一、正交频分复用（OFDM）技术OFDM 技术是 4G 通信中的核心技术之一。
它通过将高速的数据流分解成多个并行的低速子数据流，并将这些子数据流分别调制到不同的正交子载波上进行传输。
这种方式有效地对抗了无线信道中的多径衰落，提高了频谱利用率。
多径衰落是指信号在传输过程中，由于经过多条不同的路径到达接收端，导致信号的幅度和相位发生变化，从而影响通信质量。
而OFDM 技术将宽带信道划分为多个窄带子信道，每个子信道上的信号传输速率较低，使得信号的持续时间相对较长，从而减小了多径时延扩展对系统的影响。
此外，OFDM 技术还具有较强的抗频率选择性衰落能力。
由于不同的子载波在频域上相互正交，它们之间的干扰很小。
即使某些子载波受到频率选择性衰落的影响，也不会对其他子载波上的信号造成太大干扰，从而提高了系统的可靠性。
二、多输入多输出（MIMO）技术MIMO 技术是 4G 通信中的另一个关键技术。
它通过在发送端和接收端使用多个天线，实现了空间分集和空间复用，从而提高了系统的容量和性能。
空间分集是指利用多个天线发送或接收相同的信息，通过不同的路径传输，使得接收端能够获得多个独立衰落的信号副本。
这些副本经过适当的合并处理，可以有效地提高信号的可靠性，降低误码率。
空间复用则是指在不同的天线上同时发送不同的数据流，从而在相同的带宽和时间内传输更多的数据，提高了系统的频谱效率和数据传输速率。
在实际应用中，MIMO 技术可以根据信道条件和系统需求，灵活地选择空间分集或空间复用模式，以达到最佳的通信效果。
4g 常用知识点
4g 常用知识点一、概述4G技术，即第四代移动通信技术，是集3G与WLAN于一体，能够传输高质量视频图像，且图像传输质量与高清晰度电视不相上下的技术。
它标志着移动通信技术从语音和低速数据服务向高速、宽带和多媒体服务的重要转变。
二、主要特征1、通信速度快：4G网络的最大数据传输速率超过100Mbit/s，是3G网络速率的几十倍，能够满足用户对于高速数据传输的需求。
2、网络频谱更宽：相比前几代技术，4G网络使用了更宽的频谱资源，提高了数据传输的效率和容量。
3、兼容性好：4G网络能够支持多种通信协议和设备，实现了全球范围内的无缝漫游和互联互通。
4、多类型用户共存：4G网络支持多种业务和应用，能够满足不同用户群体的需求，实现多类型用户的共存和互通。
5、智能性能高：4G网络采用了多项先进技术，如智能天线、多输入多输出（MIMO）等，提高了网络的智能化水平和用户体验。
三、关键技术1、OFDM（正交频分复用）技术：OFDM技术通过将信道划分为多个子信道，实现并行传输，提高了数据传输的效率和频谱利用率。
2、MIMO（多输入多输出）技术：MIMO技术通过在发射端和接收端使用多个天线，提高了数据传输的可靠性和速率。
3、智能天线技术：智能天线技术能够自动调整天线的方向和增益，优化信号传输路径，提高信号质量和覆盖范围。
4、软件无线电技术：软件无线电技术通过软件来定义无线电功能，实现了硬件资源的灵活配置和升级，降低了成本并提高了系统的灵活性。
四、应用领域4G网络的应用领域非常广泛，包括但不限于以下几个方面：1、移动互联网：4G网络为移动互联网提供了高速、稳定的数据传输环境，支持用户随时随地访问互联网和进行各种在线应用。
2、高清视频传输：4G网络的高速数据传输能力使得高清视频传输成为可能，用户可以享受流畅的在线视频观看体验。
3、远程医疗：4G网络为远程医疗提供了可靠的数据传输通道，医生可以实时获取患者的医疗信息并进行远程诊断和治疗。
第四代移动通信系统中的多天线技术
第 四代移 动通信 系统 中的多天线技术
李钊 韦玮
一
、
引言
（） ４ 软件无线 电技术 ； （） Ｉ Ｏ和智能 天线 技术 ； ５ ＭＭ （） 于公共 Ｉ ６基 Ｐ网的开放结构 。 研究表明， 在基于 Ｃ Ｍ Ｄ Ａ技术的 存 在 ３）
先进 的波 束 转 换 技 术 （ｗｔ ｅ ｅｍ ｔ ｈ ｓｉｈｄｂａ ｃ ｃ ｅ ｎｌ ｙ 和 自适 应 空 间数 字 处理 技术 （ｄｐ ｏ ｇ） ｏ ａａ—
ｔ ｅｓａ ａ ｄｇ ａ ｐｏｅｓ ｇｔ ｈ ｏ ｇ ） 判 ｉ ｔ ｌ ｉ ｔ ｒ ｓ ｎ ｃ ｎｌ ｙ ， ｖ ｐ ｉ ｉｌ ｃ ｉ ｅ ｏ
充容 量的需要 。
．
（） ３ 多址接入方案（ Ｃ—Ｃ Ｍ Ｍ Ｄ Ａ和 Ｆ Ｈ
—
Ｏ Ｃ ＭＡ） ＦＤ ；
２ ． ７
维普资讯
１基本原 理和结构 ． 智能 天线 利用数字信 号处理技术 ， 采用
转换 系统实现 比较经济 ， 自适应天线相 比 与 结构 简单 ， 无需迭代 ， 快 ， 响应 鲁棒性好 。但
天线 （ｄｐｉ ｒ ｙａｔ ｎ ） ａａｔ ｅａ ａ ｎ ｎ ａ ｏ ｖ ｒ ｅ
（） １ 波束转换智 能天线
波束转换智 能天线具有有 限数 目的、 固
定 的、 预定义 的 方 向 图 ， 它利 用 多个并 行 窄 波束 （５ 一 Ｏ 水 平波束 宽 度 ） 盖 整个用 １。 ３ 。 覆 户区 ， 每个波 束 的指 向是 固定 的 ， 束宽 度 波 也随天线元 的数 目而确 定 （ 图 ２ 。波 束 见 ）
维普资讯
３％ ， ０ 如此看来 ， 我国的宽带 （ 固定和无线） 用户发展潜力还很可观 ， 但是 在这里需要大
移动通信系统中的多输入多输出智能天线技术
关 键 词 ：智 能 天 线 ； Ｉ Ｍ ＭＯ； 间分 集 ； 时 编 码 空 空 中 图 分 类 号 ：Ｔ ２ ． 文 献 标 识 码 ：Ｂ Ｎ９ ９５
文 章 编 号 ：１ ７ — １ １２ ０ ） ５ ０ ５ ０ ６ ３ １３（０ ８０ —４ — ３
Ｃ ｕｉＮ ａ ｎ Ｘ ｕ ｉ ｎｌ ｎｇ Ｘ ａ ｉ
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理 技 术 （ｄ ｐ ｉｅ ｓ ｔａ ｉ ｉａ ｒ ｃ ｓ ｉ ｅ ｈｎ ｌｇ ａ ａ ｔｖ ｐａｉｌｄ ｇ ｔｌｐ ｏ ｅ ｓｎｇ ｔｃ ｏｏ ｙ）判
成 能 力 的 天 线 阵 列 ． 用 数 字 信 号 处 理 技 术 产 生 空 间 定 向 利 波 束 ， 天 线 波 束 对 准 期 望 用 户 信 号 到 达 方 向 ， 瓣 或 零 陷 使 旁 对 准 干扰信 号 到达 方向 ． 到充 分利 用 移动 用户 信 号 并删 达 除 抑 制 信 号 的 目的 。 能 天 线 对 于 移 动 通 信 的 贡 献 在 于 能 智 够 成 倍 地 提 高通 信 系统 的 容 量 ． 效 地 抑 制 各 种 干 扰 ， 衰 有 抗 落 ， 低 成本 ， 改善通信 质量 。 降 并
4G中的MIMO_OFDM原理及关键技术
CHINA NEW TELECOMMUNICATIONS December 2009CHINA NEW TELECOMMUNICATIONS1引言4G 移动通信在描绘高速的数据传输，提供从语音到多媒体业务丰富业务美好前景的同时，也面临着两大挑战：多径衰落和带宽利用率。
OFDM 技术通过将频率选择性多径衰落信道在频域内转化为平坦信道，减小了多径衰落的影响。
而M IMO 技术能够在空间上产生独立的并行信道并同时传输多路数据流，在不增加系统带宽的情况下增加频谱利用率，有效的提高了系统的传输速率。
因此，将OFDM 技术和MIMO 技术结合成为4G 中的核心技术。
2OFDM 技术正交频分复用的基本原理是把高速的数据流通过串并变换，分配到传输速率相对较低的若干子信道中进行传输，在频域内将信道划分为若干互相正交的子信道，每个子信道均拥有自己的载波分别进行调制，信号通过各个子信道独立传输。
如果每个子信道的带宽被划分得足够窄，每个子信道的频率特性就可近似看作是平坦的，即每个子信道都可看作无符号间干扰（ISI）的理想信道，这样在接收端不需要使用复杂的信道均衡技术即可对接收信号可靠地解调。
在OFDM 系统中，在OFDM 符号之间插入保护间隔来保证频域子信道之间的正交性，消除OFDM 符号之间的干扰[1]。
OFDM 技术有很多独特的优点：①频谱利用率很高，频谱效率比串行系统高近一倍；②抗多径干扰与频率选择性衰落能力强；③通过各子载波的联合编码，可具有很强的抗衰落能力；④基于离散傅立叶变换的OFDM 有快速算法，可采用IFFT 和FFT 来实现调制和解调，易用DSP 实现。
尽管有如此优点，OFDM 还是具有本身难以克服的缺点，如对频偏和相位噪声敏感，功率峰值与均值比（PAPR ）大，所采用的自适应技术以及负载算法会增加发射机和接收机的复杂度。
3MIMO 技术MIM O （多输入多输出）技术利用多天线来抑制信道衰落[2]。
MIMO技术百科
MIMOMIMO属于空间分集简介MIMO(Multiple-Input Multiple-Out-put)系统是一项运用于802.11n的核心技术。
802.11n是IEEE继802.11b\a\g后全新的无线局域网技术，速度可达600Mbps。
同时，专有MIMO技术可改进已有802.11a/b/g网络的性能。
该技术最早是由Marconi于1908年提出的，它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。
概述MIMO 表示多输入多输出。
读/maimo/或/mimo/，通常美国人读前者，英国人读后者，国际上研究这一领域的专家较多的都读/maimo/。
在第四代移动通信技术标准中被广泛采用，例如IEEE 802.16e (Wimax)，长期演进(LTE)。
在新一代无线局域网(WLAN)标准中，通常用于 IEEE 802.11n，但也可以用于其他 802.11 技术。
MIMO 有时被称作空间分集，因为它使用多空间通道传送和接收数据。
只有站点（移动设备）或接入点（AP）支持 MIMO 时才能部署 MIMO。
优点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。
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。
多天线系统的应用，使得多达 min(Nt,Nr)的并行数据流可以同时传送。
同时，在发送端或接收端采用多天线，可以显著克服信道的衰落，降低误码率。
一般的，分集增益可以高达Nt*Nr。
第四代移动通信系统中的多输入多输出智能天线技术
（ｐｃ ｌｐｅｉ ） ｓａｅｍｕｔ ｌ ｎ 等。波 束成 形 是智 能天 线 中 的关 键 技 ｉ ｘｇ
术 ， 过将 主要 能量 对准 期望用 户以提高信 噪 比， 通 它能 有效
地抑制共道干扰 ， 其关键是波束成 行权 值的确定 。
图 １ 多输入多输出智能天线收发机结构
ＭＩ ＭＯ系 统 中 的 空 时 处 理 技 术 主 要 包 括 波 束 成 形
（ｅｍｆｒ ｎ 、 时 编 码 （ｐｃ－ｎ ｏ ｉ 、 间 复 用 ｂａ ｏｍｉ ｇ） 空 ｓａｅ ｉｍ ｃｄｎ 空 ｔ ｇ）
空间复用是指在发射端发射相互 独立的信号 ， 接收端 在 用 Ｚ ＭＭＳ ＭＬ Ｖ— Ｌ Ｓ ［ ］ 方法 进行 解码。它能 最 Ｆ， Ｅ， ， Ｂ Ａ Ｔ ３ 等 大化 ＭＩ ＭＯ系统的平 均发射速 率 ， 可牺牲 一些数 据率 获得
率 的放射方案（ 间复用 Ｓ Ｍ） 空 Ｄ 和最 大化分集增益 的发 射方 案（ 空时编码 Ｓ Ｃ） Ｔ 。最 大化数据率 发射方 案主要通过 在不 同天线发 射相互独立 的信 号实现空 间复用 。空时编码 的方 案是指在发射端对数据 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 ， 而使信号在接收端 获得分 从 集增 益 ， 但空时编码方案不能提高数据率。
１ １ ＭＩ ． ＭＯ系统 的发射方案
ＭＩ ＭＯ系统 的发 射方案主要分为两种类 型 ： 最大化数据
将空间复用和空时编码相结合 ， 在保证每个数据 流获得
＊ 基金项 目： 重庆 邮电大学 ４ Ｇ移动通信 专项资金（ ２ ０ —０ 和重庆 邮电大学青年教 师基金（ ２ Ｏ —０ 资助课题。 ４ ． ０ ４７ ） Ａ ０ ５３ ）
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3基金项目:重庆邮电大学4G 移动通信专项资金(A2004270)和重庆邮电大学青年教师基金(A2005230)资助课题。
收稿日期:2006-06-27 第一作者 马骁 男 27岁 硕士研究生第四代移动通信系统中的多输入多输出智能天线技术3马骁 周围(重庆邮电大学,重庆400065)摘 要:介绍了基于MIMO 的智能天线收发机结构及最新进展,探讨了下一代移动通信系统智能天线技术的发展趋势以及所面临的问题。
关键词:智能天线;MIMO ;分集;波束赋形中图分类号:TN821.91 文献标识码:A0 引言智能天线通常也称作自适应天线阵列,可以形成特定的天线波束,实现定向发送和接收。
从本质上看,它利用了天线阵列中各单元之间的位置关系,克服多址干扰及多径干扰,这是它与传统分集技术的本质区别。
MIMO 系统是指在发射端和接收端同时使用多个天线的通信系统,它的核心技术是空时信号处理,因此,可以被看作是智能天线的扩展。
智能天线系统在移动通信链路的发射端/或接收端带有多根天线,根据信号处理位于通信链路的发射端还是接收端,智能天线技术被定义为多入单出(MIS0,Multiple InputSingle Output )、单入多出(SIM0,Single Input Multiple Out 2put )和多入多出(MIMO ,Multiple Input Multiple Output )。
1 多入多出智能天线收发机结构及研究进展从图1可以看出,比特流在经过编码、调制和空时处理(波束成行或空时编码)后,映射成不同的信息符号,从多个天线同时发射出去;在接收端用多个天线接收,进行相应解调、解码及空时处理。
图1 多输入多输出智能天线收发机结构MIMO 系统中的空时处理技术主要包括波束成形(beamforming )、空时编码(space 2time coding )、空间复用(space multiplexing )等。
波束成形是智能天线中的关键技术,通过将主要能量对准期望用户以提高信噪比,它能有效地抑制共道干扰,其关键是波束成行权值的确定。
1.1 MIMO 系统的发射方案MIMO 系统的发射方案主要分为两种类型:最大化数据率的放射方案(空间复用SDM )和最大化分集增益的发射方案(空时编码STC )。
最大化数据率发射方案主要通过在不同天线发射相互独立的信号实现空间复用。
空时编码的方案是指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,从而使信号在接收端获得分集增益,但空时编码方案不能提高数据率。
1.1.1 空时编码一些文献中给出了大量的发射机制,这些机制分别可以使频谱效率最大、速率最高、信噪比(SNR ,Signal to NoiseRatio )最大,但它们都依赖信道状态信息(CSI ,Channel State Information )在发射端和接收端的已知程度。
CSI 在接收端通过信道估计可以获得,然后通过反馈可以通知发射端。
对于发射端不需要CSI 的发射机制,引入空时编码或者采用空间复用增益来利用空间维数。
空时编码主要分为空时格码和空时块码,接收到的信号通过最大似然(ML ,Maxi 2mum Likelihood )译码器进行检测。
最早的空时编码是空时格码STTC (Space 2Time Trellis Code )其分集等于发射天线的数目,编码增益取决于码字的复杂度而无需牺牲带宽效率,但接收端需多维维特比算法。
空时分组编码(STBC ,Space 2Time Block Code )可提供与STTC 相同的分集增益,且STBC在译码时只需要线性处理,因此通常使用STBC 。
空时编码技术一般假设CSI 在接收端是完全已知的,当CSI 在两端都未知时,提出了酉空时编码和差分空时编码。
1.1.2 空间复用空间复用是指在发射端发射相互独立的信号,在接收端用ZF ,MMSE ,ML ,V 2BLAST[3]等方法进行解码。
它能最大化MIMO 系统的平均发射速率,可牺牲一些数据率获得更高的分集增益。
1.1.3 空间复用和空时编码结合将空间复用和空时编码相结合,在保证每个数据流获得山西电子技术2006年第5期 通信技术最小分集增益的条件下,最大化平均数据率。
目前将空间复用和空时编码相结合的方案主要有两种,链接编码和块码映射的自适应MIMO系统。
链接编码方案是指在内部使用空时编码,外部使用传统的信道纠错码(TCM,卷积码,RS码)的编码方案[4],此方案既能提供分集增益,又能提高系统容量。
因信道间的相关性将影响多天线系统的频谱效率,当信道处于理想状态或信道间相关性小时,发射端采用空间复用的发射方案,当信道间相关性大时,采用空时编码的发射方案。
1.2 MIMO的接收分集技术MIMO系统在接收端的解码算法主要有ZF算法, MMSE算法,判决反馈解码算法,最大似然解码算法,分层空时处理算法(bell labs layered space2time,BLAST)。
其中,迫零算法,MMSE算法是线性算法,而判决解码算法,最大似然解码算法和分层空时处理算法是非线性算法。
在非频率选择SIM0信道下,最优接收机制是最大比合并(MRC, Maximum Ratio Combining);而对于频率选择SIMO信道,最优接收机制是ML检测。
ZF均衡器通过信道的逆可消除符号间干扰ISI(InterSymbol Interference),但其代价是对噪声产生了放大。
MMSE接收机可在噪声放大和ISI消除之间进行折衷。
由于存在多流干扰(MSI,Multistream)会导致多个数据流之间的相互干扰,非线性连续抵消均衡器或者V2 BLAST均衡器可将MIMO信道转换成一些并行信道,但是该机制可能存在差错传播现象。
1.3 MIMO系统中的波束成形技术1.3.1 特征波束成形MIMO系统的系统模型为r=Hs+n,将信道矩阵H进行奇异值分解,如果发射端已知信道信息,通过发射端的特征波束成形和接收端的线性处理,可将MIMO信道分成平行的子信道。
如果发射端不知道信道状态信息,在多用户的环境下,可以采用随机波束成形方法实现多用户分集。
1.3.2 波束成形与空时编码结合大多数情况下,假设CSI的部分信息在发射端已知是合理的,因而提出了空时编码和波束成形相结合的混合机制。
空时编码和波束成形是两种不同的发送分集技术。
空时编码属于开环分集技术,在发送端不需信道信息;阵列波束成形属于闭环分集技术,波束成形的权值在保证接收端达到信噪比和误码率要求的条件下,由反馈信道信息决定。
当发送端获得部分信道状态信息时(如信道均值或信道协方差矩阵),可根据信道信息选择发射策略(波束成形或空时编码[5]。
文献[6][7]结合功率分配,波束成形和空时编码对发射机进行联合优化,在不增加设备复杂度和损失发射速率的条件下,提供了比传统空时编码更好的性能。
总之,描述多入多出智能天线收发机特征的性能度量为均方误差(MSE,Mean Square Error)、SNR、误比特率(BER, Bit Error Rate)、可达吞吐量、需要的发射功率和信道容量。
发射和接收机制都是根据这些准则进行优化的。
设计它的收发机要特别关注以下4个关键参数:1)在发射端和接收端CSI的可靠性;2)发射信号的特征(调制、复用和训练信息);3)要优化的性能度量;4)计算复杂度的大小。
2 未来移动通信系统中的智能天线技术未来移动通信系统需要可以适用于各种通信环境的信号处理技术,因此未来智能天线设计的初始阶段必须认真地考虑在性能和复杂度之间折衷地优化。
2.1 物理层的可重配置性为了使移动通信通信收发机可以工作在多参数连续改变的环境中,需要在收发机中采用可重新配置的自适应技术来调节结构,从而获得最好的性能。
智能天线收发机中的可重配置性可看作在各种不同环境中收发机结构的智能切换。
2.2 不同层之间的优化OSI(Open System Interconnection,开放系统互连)模型定义的高层之间的相互作用可以提高整个系统的性能。
通过结合物理层、链路层、网络层的参数设计智能天线,即考虑到各层之间相互关系来设计。
实践表明,单独考虑一层的设计方法性能评估是低效的。
例如,当引入调度后,通过空时编码所得到的增益将会减小,甚至会消失。
OSI不同层之间交换的信息可以归类如下:1)CSI:需要估计出信道脉冲响应、定位信息、车载速度、信号强度、干扰强度、干扰模型等。
2)QoS相关的参数:包括时延、吞吐量、误比特率、分组差错率(PER,Packet Error Rate)等。
3)物理层资源:包括空间处理机制、天线阵列的数目、电池电量的损耗等。
考虑层之间的优化准则是非常重要的。
在实际系统中,智能天线的链路质量不仅取决于采用的数据检测方法,而且还取决于特定的编码机制以及在链路层采用的媒体接入控制(MAC,Medium Access Control)功能,和高层采用的协议栈性能。
因此,在设计时应该综合考虑上述因素,而不是单独考虑某一个因素。
对于时延不敏感业务,将智能天线技术如V2BLAST同混合自动请求重复(H2ARQ,Hybrid Automatic Repeat Request)机制结合。
2.3 实际的性能评估在未来移动通信系统中,采用智能天线主要依赖两种研究的结果:1)在未来系统的设计阶段就要考虑到智能天线和移动通信环境的特性,如传播特性、天线阵列配置、业务模式、干扰情况、信号带宽的有效性,从而保证兼容性;2)根据与未来系统相关的关键参数,通过链路级仿真和系统级仿真的优化折衷来评估智能天线的实际性能。
3 小结本文采用智能天线与MIMO系统结合,给出了多输入多输出智能天线收发机空时信号处理方案,讨论了智能天线的优点和未来智能天线的发展趋势同时也阐述了设计中会遇到的问题。
总之,合理地使用智能天线技术将大大地提高未来移动通信系统的性能。
16第5期 马骁,等:第四代移动通信系统中的多输入多输出智能天线技术参考文献[1] 李钊,韦玮.第四代移动通信系统中的多天线技术[J].数字通信世界,2005(11).[2] 杨宁,毕敏.MIMO中智能天线技术的应用研究[J].重庆邮电学院学报(自然科学版),2005(6).[3] G olden G D,Foachini GJ,Valenzuela R A,et al.Wol2niansky,Detection Algorithm and Initial Laboratory Re2 sults Using V2BLAST Space2time Communication Archi2 tecture,Electronics Letters,1999,35(1).[4] Naguib A,Seshadri N,Calderbank R.Increasing DateRate Over Wireless Channel[J].IEEE Signal Processing Mag,2000,17(5):76-92.[5] Visotsky E,Madhow U.S pace2Time Transmit Precod2ing With Imperfect Feedback[J].IEEE Trans InformTheory,2001,47(9):2632-2639.[6] Zhou S,G B.Optimal Transmitter Eigen2Beamformingand STBC Based on Channel Mean Feedback[J].IEEE Trans Signal Processing,2002.[7] Zhou S,G B.Optimal Transmitter Eigen2Beamformingand STBC Based on Channel Correlations[J].IEEE Trans Information,2003.[8] G J,M bining Beamforming and OrthogonalSTBC[J].IEEE Trans Information,2002.Smart Antenna in MIMO B ased on the Fourth G enerationMobile T elecommunication SystemMa Xiao Zhou Wei(Chongqing U niversity of Post and Telecom m unications,Chongqing400065,China) Abstract:In this paper,the recent development of the transmitter and receiver space signal processing using smart antenna based MIMO(Multiple2input Multiple2output)is introduced,it is also going to discuss the developing trend and problems by considering smart antenna for next generation telecommunication system.K ey w ords:smart antenna;MIMO;diversity;beamform(上接第26页)式中:f c———最低截止频率,Hz;d———圆波导管内直径,cm;b———矩形波导管内宽边长,cm。