LTE移动通信系统第3章 MIMO多天线技术
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
LTE移动通信系统第3章 MIMO多天线 技术
西安电子科技大学
第3章 MIMO多天线技术
➢ MIMO的引入
➢空间分集技术
➢MIMO空时编码技术
➢MIMO空间复用技术
➢MIMO预编码技术
➢MIMO与OFDM技术的结合
➢MIMO其他相关技术
西安电子科技大学
第3章 MIMO多天线技术
➢ MIMO的引入
MIMO技术利用空间的随机衰落和延迟扩展，对达到用户 平均吞吐量和频谱效率要求起着至关重要的作用，是实现高速 无线数据传输的关键技术。
西安电子科技大学
3.1 MIMO的引入
MIMO概述
多输入多输出(Multiple Input Multiple Output)技术 是一种用描述多天线无线通信系统的抽象数学模型。
分集技术：接收端对收到的携带同一信息的多个衰 落特性相互独立的信号按一定规则进行合并，从而获得 信号噪声功率比的改善。
在无线移动通信中广泛使用分集技术来减小多径衰 落的影响。
西安电子科技大学
3.2 空间分集技术
(1) 时间分集
同一信号，多次发送，当两次发送信号的时间间隔足 够大时，每次发送信号的衰落将是相互独立的。通常要求 重传的时间间隔满足以下关系：
3.2 空间分集技术
1
射频前端
2 射频前端
...
N 射频前端
选 择 合 输出信号 并 器
图3.5 选择合并方案图
西安电子科技大学
3.2 空间分集技术
(2) 最大比合并 最大比合并是一种线性合并方法，它对各路信号分别进
图3.1 频率分集接收示意图
1
相关带宽通常按下式计算：
其中， 为时延扩展。
Bc
2
西安电子科技大学
(3) 空间分集
3.2 空间分集技术
在移动环境中，同一时间不同地点的信号衰落是不同 的，当相距的距离足够远时，信号的衰落特性是相互独立的。 这种利用多径衰落空间独立性的分集方式称为空间分集。
不同天线信号的相关系数随着天线间距离的增加而呈 波动衰减。当相关系数小于0.2时，可以近似地认为两个信 号是不相关的。
1
发送信号 发送端 M 图3.3 MISO系统
...
接收信号 接收端
西安电子科技大学
3.2 空间分集技术
多输入多输出(MIMO) 系统： MIMO系统在无线链路的两端都使用多根天线，与SIMO
和MISO系统相比，可以取得巨大的信道容量。
1
发送 信号 发送 端
1
接收 信号 接收 端
... ...
M
N
T
1 2fm
1
2v
f m 是最大多普勒频移，v 是移动速度， 是工作波长
西安电子科技大学
3.2 空间分集技术
(2) 频率分集
移动通信中，当频率间隔大于相关带宽时，两个信 号的衰落是不相关的。利用这种多径衰落的频率独立性 可以实现频率分集。
发送信号
发射机1 发射机2
f1
（
）
f2
接收机1 接收机2
接收信号
➢空间分集技术
➢MIMO空时编码技术
➢MIMO空间复用技术
➢MIMO预编码技术
➢MIMO与OFDM技术的结合
➢MIMO其他相关技术
西安电子科技大学
3.1 MIMO的引入
20世纪80年代以来，无线移动通信发展迅速，由单 纯的模拟语音通信系统发展到数字语音、基于IP的多媒 体数据通信系统。
LTE项目是3G的演进，它改进并增强了3G的空中接 入技术，采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一 标准。
空间分集分为分集发送和分集接收。
西安电子科技大学
3.2 空间分集技术
(4) 极化分集
定向双极化天线：把垂直极化和水平极化两副接收 天线集成到一个物理实体中，通过极化分集接收来达到 空间分集接收的效果。 双极化天线的要求： 空间上的位置分离 正交特性 水平跟踪特性 较高的交叉极化分辨率 隔离度
发射端：输入的串行码流通过某种方式（编码、调 制、加权、映射）转换成并行的多路子码流，通过不 同的天线同时同频发送出去。
接收端：利用信道传输特性与发送子码流之间一定 的编码关系，对多路接收信号进行处理，从而分离出 发送子码流，最后转换成串行数据输出。
西安电子科技大学
3.1 MIMO的引入
MIMO技术发展历史
西安电子科技大学
3.2 空间分集技术
3.2.2 多天线分集技术
单输入多输出(SIMO) 系统：
采用接收分集技术，可以提高接收端的信噪比，从而提 高信道的信道容量和频谱利用率。
1
发送信号 发送端
接收信号 接收端
...
N
图3.2 SIMO系统
西安电子科技大学
3.2 空间分集技术
多输入单输出(MISO)系统 ： MISO系统采用发射分集技术，同样可以提高系统的性能。
1908年 Marconi提出通过使用多根天线来抑制信道衰落 70年代 提出将MIMO技术用于通信系统 1995年 Teladar给出了在衰落情况下的MIMO容量 1996年 Foshini提出了对角分层空时(D-BLAST)算法 1998年 Tarokh等讨论了用于多入多出的空时码 1998年 Wolniansky等人采用垂直分层空时(V-BLAST)算
LTE系统可以实现上行峰值达到50Mbps、下行峰值 达到100Mbps的目标，极大的提高了传输速率和频谱利 用率。
西安电子科技大学Fra Baidu bibliotek
3.1 MIMO的引入
3GPP LTE/LTE-A国际标准中提出的几种研究方案和拟解决技术
MIMO增强技术 OFDM技术 多点协作(CoMP) 中继(Relay) 异构网络(HetNet)
法建立了一个MIMO实验系统
西安电子科技大学
第3章 MIMO多天线技术
➢ MIMO的引入
➢空间分集技术
➢MIMO空时编码技术
➢MIMO空间复用技术
➢MIMO预编码技术
➢MIMO与OFDM技术的结合
➢MIMO其他相关技术
西安电子科技大学
3.2 空间分集技术
3.2.1 分集技术概述
多径衰落：无线电波在传播过程中，由于受到周围 障碍物和反射体的反射、绕射和散射作用，所以接收端 接收到的信号是来自不同传播路径的多个信号的叠加。
图3.4 MIMO系统
西安电子科技大学
3.2 空间分集技术
3.2.3 分集接收合并方法
分集接收即在接收端将不相关的信号副本进行组合。 常用的分集合并方法： 选择合并 最大比合并 等增益合并
西安电子科技大学
(1) 选择合并
接收机对多 个接收分支一直进 行扫描，从中选择 每个信号间隔处具 有最大瞬时信噪比 的信号作为输出信 号。
西安电子科技大学
第3章 MIMO多天线技术
➢ MIMO的引入
➢空间分集技术
➢MIMO空时编码技术
➢MIMO空间复用技术
➢MIMO预编码技术
➢MIMO与OFDM技术的结合
➢MIMO其他相关技术
西安电子科技大学
第3章 MIMO多天线技术
➢ MIMO的引入
MIMO技术利用空间的随机衰落和延迟扩展，对达到用户 平均吞吐量和频谱效率要求起着至关重要的作用，是实现高速 无线数据传输的关键技术。
西安电子科技大学
3.1 MIMO的引入
MIMO概述
多输入多输出(Multiple Input Multiple Output)技术 是一种用描述多天线无线通信系统的抽象数学模型。
分集技术：接收端对收到的携带同一信息的多个衰 落特性相互独立的信号按一定规则进行合并，从而获得 信号噪声功率比的改善。
在无线移动通信中广泛使用分集技术来减小多径衰 落的影响。
西安电子科技大学
3.2 空间分集技术
(1) 时间分集
同一信号，多次发送，当两次发送信号的时间间隔足 够大时，每次发送信号的衰落将是相互独立的。通常要求 重传的时间间隔满足以下关系：
3.2 空间分集技术
1
射频前端
2 射频前端
...
N 射频前端
选 择 合 输出信号 并 器
图3.5 选择合并方案图
西安电子科技大学
3.2 空间分集技术
(2) 最大比合并 最大比合并是一种线性合并方法，它对各路信号分别进
图3.1 频率分集接收示意图
1
相关带宽通常按下式计算：
其中， 为时延扩展。
Bc
2
西安电子科技大学
(3) 空间分集
3.2 空间分集技术
在移动环境中，同一时间不同地点的信号衰落是不同 的，当相距的距离足够远时，信号的衰落特性是相互独立的。 这种利用多径衰落空间独立性的分集方式称为空间分集。
不同天线信号的相关系数随着天线间距离的增加而呈 波动衰减。当相关系数小于0.2时，可以近似地认为两个信 号是不相关的。
1
发送信号 发送端 M 图3.3 MISO系统
...
接收信号 接收端
西安电子科技大学
3.2 空间分集技术
多输入多输出(MIMO) 系统： MIMO系统在无线链路的两端都使用多根天线，与SIMO
和MISO系统相比，可以取得巨大的信道容量。
1
发送 信号 发送 端
1
接收 信号 接收 端
... ...
M
N
T
1 2fm
1
2v
f m 是最大多普勒频移，v 是移动速度， 是工作波长
西安电子科技大学
3.2 空间分集技术
(2) 频率分集
移动通信中，当频率间隔大于相关带宽时，两个信 号的衰落是不相关的。利用这种多径衰落的频率独立性 可以实现频率分集。
发送信号
发射机1 发射机2
f1
（
）
f2
接收机1 接收机2
接收信号
➢空间分集技术
➢MIMO空时编码技术
➢MIMO空间复用技术
➢MIMO预编码技术
➢MIMO与OFDM技术的结合
➢MIMO其他相关技术
西安电子科技大学
3.1 MIMO的引入
20世纪80年代以来，无线移动通信发展迅速，由单 纯的模拟语音通信系统发展到数字语音、基于IP的多媒 体数据通信系统。
LTE项目是3G的演进，它改进并增强了3G的空中接 入技术，采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一 标准。
空间分集分为分集发送和分集接收。
西安电子科技大学
3.2 空间分集技术
(4) 极化分集
定向双极化天线：把垂直极化和水平极化两副接收 天线集成到一个物理实体中，通过极化分集接收来达到 空间分集接收的效果。 双极化天线的要求： 空间上的位置分离 正交特性 水平跟踪特性 较高的交叉极化分辨率 隔离度
发射端：输入的串行码流通过某种方式（编码、调 制、加权、映射）转换成并行的多路子码流，通过不 同的天线同时同频发送出去。
接收端：利用信道传输特性与发送子码流之间一定 的编码关系，对多路接收信号进行处理，从而分离出 发送子码流，最后转换成串行数据输出。
西安电子科技大学
3.1 MIMO的引入
MIMO技术发展历史
西安电子科技大学
3.2 空间分集技术
3.2.2 多天线分集技术
单输入多输出(SIMO) 系统：
采用接收分集技术，可以提高接收端的信噪比，从而提 高信道的信道容量和频谱利用率。
1
发送信号 发送端
接收信号 接收端
...
N
图3.2 SIMO系统
西安电子科技大学
3.2 空间分集技术
多输入单输出(MISO)系统 ： MISO系统采用发射分集技术，同样可以提高系统的性能。
1908年 Marconi提出通过使用多根天线来抑制信道衰落 70年代 提出将MIMO技术用于通信系统 1995年 Teladar给出了在衰落情况下的MIMO容量 1996年 Foshini提出了对角分层空时(D-BLAST)算法 1998年 Tarokh等讨论了用于多入多出的空时码 1998年 Wolniansky等人采用垂直分层空时(V-BLAST)算
LTE系统可以实现上行峰值达到50Mbps、下行峰值 达到100Mbps的目标，极大的提高了传输速率和频谱利 用率。
西安电子科技大学Fra Baidu bibliotek
3.1 MIMO的引入
3GPP LTE/LTE-A国际标准中提出的几种研究方案和拟解决技术
MIMO增强技术 OFDM技术 多点协作(CoMP) 中继(Relay) 异构网络(HetNet)
法建立了一个MIMO实验系统
西安电子科技大学
第3章 MIMO多天线技术
➢ MIMO的引入
➢空间分集技术
➢MIMO空时编码技术
➢MIMO空间复用技术
➢MIMO预编码技术
➢MIMO与OFDM技术的结合
➢MIMO其他相关技术
西安电子科技大学
3.2 空间分集技术
3.2.1 分集技术概述
多径衰落：无线电波在传播过程中，由于受到周围 障碍物和反射体的反射、绕射和散射作用，所以接收端 接收到的信号是来自不同传播路径的多个信号的叠加。
图3.4 MIMO系统
西安电子科技大学
3.2 空间分集技术
3.2.3 分集接收合并方法
分集接收即在接收端将不相关的信号副本进行组合。 常用的分集合并方法： 选择合并 最大比合并 等增益合并
西安电子科技大学
(1) 选择合并
接收机对多 个接收分支一直进 行扫描，从中选择 每个信号间隔处具 有最大瞬时信噪比 的信号作为输出信 号。