LTE移动通信系统第3章MIMO多天线技术

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1、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其他相关技术第3章MIMO多天线技术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。LTE系统可以实现上行峰值达到

2、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。3.1MIMO的引入3GPPLTE/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)3.1MIMO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。MIMO概述多输入多输出(MultipleInputMultipleOutput)技术是一种用描述多天线无线通信系统的抽象数学模型。发射端：输入的串行码流通过某种方式（编码、调制、加

3、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。3.1MIMO的引入MIMO技术发展历史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)算法建立了一个MIMO实

4、验系统3.1MIMO的引入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其他相关技术第3章MIMO多天线技术3.2.1分集技术概述3.2空间分集技术多径衰落：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。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。(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

5、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空间分集技术是最大多普勒频移，是移动速度，是工作波长(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。相关带宽通常按下式计算：其中，为时延扩展。3.2空间分集技术图3.1频率分集接收示意图(3)空间分集在移动环境中，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，

6、可以近似地认为两个信号是不相关的。空间分集分为分集发送和分集接收。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。3.2空间分集技术图3.2SIMO系统多输入单输出(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。3.2空间分集技术图3.3M

7、ISO系统多输入多输出(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。3.2空间分集技术图3.4MIMO系统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3.2空间分集技术(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。3.2空间分集技术图3.5选择合并方案