深入剖析mimo系统

《深入剖析mimo系统》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、射頻/無線欲打印此文章，從您的瀏覽器菜單中選擇“文件”後再選“打印”。深入剖析MIMO系統上網時間:2006年10月13日對更高網路容量和更高無線網路性能的需求是不變的。MIMO系統能大幅改善頻譜效率，將在很多未來的無線通訊系統中扮演重要角色。本文將概述MIMO系統的原理和這些系統的標準化。過去幾年，無線服務重要性日益提升，對更高網路容量和更高性能的需求不斷成長。幾種選擇方式如更高頻寬、最佳化的調變方式甚至程式碼多工系統實際上提高頻譜效率的潛力有限。多輸入多輸出(MIMO)系統透過採用天線陣列，利用空間多工技

2、術來提高所使用頻寬的效率。MIMO系統利用來自一個訊息通道的多個輸入和多個輸出。這些系統是用空間分集和空間多工定義的。空間分集分為Rx和Tx分集。訊號的副本從另外一個天線發送或在多個天線處接收。採用空間多工，系統能在一個頻率上同時傳輸一個以上的空間數據串流。MIMO是在802.11n、802.16-2004和802.16e以及3GPP中制訂的。包含MIMO的更新標準是IEEE802.20和802.22。本文將概述MIMO系統的原理以及這些系統的標準化，以及WCDMA、OFDM和天線陣列的基礎知識。MIMO訊息

3、通道非MIMO系統用幾個頻率透過多個訊息通道鏈接。MIMO訊息通道具有多個鏈路，工作在相同的頻率。該技術的挑戰是所有訊號路徑的分離和均衡。訊息通道模型包括具有直接和間接訊息通道分量的H矩陣。直接分量(例如h11)描述訊息通道平坦度，而間接分量(例如h21)代表訊息通道隔離。發送訊號用s代表，接收訊號用r代表。時間不變的窄頻訊息通道定義為：瞭解H對於解碼來說是必要的，並透過一個已知的訓練序列估計。如果接收器將訊息通道近似值發送到發送器，則可以用來進行預編碼。預編碼能改善MIMO性能。香農理論可計算理論訊息通道容

4、量。它包括了傳輸頻寬fg和訊息噪音比。大多數訊息通道容量的改善都是基於頻寬擴展或者其他調變。這些因素並不能很大地提高頻譜效率。MIMO系統的香農容量又決定於天線的數量。M是最小的MT(發送天線的數量)或MR(接收天線的數量)，表示空間資訊串流的數量。例如，一個2x3的系統只能支援兩個空間數據串流，這個結果同樣適用於2x4的系統。對於MIMO，以下公式提供了容量的計算方法：MIMO容量隨著天線數量呈線性增加。不對稱的天線星座分佈(例如1x2或2x1)被稱為接收或發送分集。在這些情況下容量(CTx/Rx)隨天線的

5、數量呈對數成長。空間多工透過一個以上的天線發送多組數據串流稱為空間多工。有兩種類型必須考慮。第一種類型為V-BLAST(VerticalBell實驗室分層空間-時間)，它發送空間未編碼的數據串流，不需要考慮在接收器上對訊號進行均衡處理。第二種類型是透過空間-時間編碼實現的。與V-BLAST相較，空間時間編碼提供正交編碼方式，因此是獨立的數據串流。V-BLAST方法不能分離數據串流，因此會出現多個數據串流的干擾(MSI)。這會使傳輸變得不穩定，而前向糾錯編碼並非總是能解決這個問題。空間-時間編碼訊號的檢測基於一

6、種簡單的線性處理，並獲得合理的結果。空間多工的優勢是，容量的增加與發送天線的數量線性相關。空間分集空間多工可提供更高容量，但訊號品質並無改善。空間多工不僅沒有提高訊號品質，反而使訊號品質降低了。空間分集能改善訊號品質，並在接收端達到更高的訊息噪音比。特別是在廣大的網路區域，空間多工技術達到了自身的極限。網路環境越大，訊號強度就必須越高。分集原理依賴於結構化冗餘的傳輸。這種冗餘可以在任何時間，從任何天線、透過任何頻率，或以任何極化方式傳輸。而目前在MIMO技術中並沒有考慮後一種方法。因此必須考慮兩種空間分集：1

7、.Tx分集，一個訊號的副本從另外一個天線發送(例如2x1)；2.Rx分集，接收到的訊號進行多次評估(例如2x1)。第一種可以與單聲道和立體聲訊號相較。如果是立體聲訊號，人耳可以感受到更好的聲音效果。第二種分集類似於兩隻耳朵，所聽到的效果比單隻耳朵更好。圖1：MIMO物理信道的空間-時間編解碼為利用Tx分集，可以採用所謂的Alamouti空間-時間編碼(見圖3)。它可以獲得完全的分集，只使用一個接收天線。透過採用比發送天線更多的接收天線和一種合適的組合演算法，可以使用Rx分集。交換組合或最大定量組合是兩個演算法

8、的例子。如果訊息通道矩陣已知，這些演算法與分集類型無關。用於空間分集的接收器演算法見圖2。透過近場空間多工和遠場空間分集，可以實現無線通訊系統的最佳性能和覆蓋範圍。圖2：圖2用於空間分集的接收器算法，A和B為相同的信號空間-時間編碼空間-時間編碼改善了性能，並使空間分集可以使用。訊號的副本不僅從另外一個天線發送，而且在另外的時間發送。這種延遲發送稱為延遲分集。空間-時間編碼結合了空間和時間訊號副本，