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1、课程论文（设计）题目移动通信系统中的MIMO技术分析院系专业学生姓名学号指导教师二Ｏ一四年五月二十八日移动通信系统中的MIMO技术分析摘要:随着无线移动通信系统的飞速发展,需要更好的服务质量和更高的数据传输速率,所以使得对系统容量的需求日益增长。新型无线宽带移动通信系统中的关键技术-多输入多输出(MultipleInputMultipleOutput,MIMO)技术可以极大地提高系统容量,同时还可以提供阵列、分集、复用等增益[1]。文章从技术的发展,原理,系统结构,主要技术,应用以及标准化进展几方面详细探讨MIM
2、O无线通信技术,为以后深入认识和研究MIMO技术奠定基础。关键词:移动通信系统；MIMO；技术发展；应用1引言随着无线通信的迅速发展,如何利用有限的频谱资源提供高速率、高质量的移动通信服务已成为关注的重点。常规的单天线收发通信系统已经无法解决新一代无线通信系统的大容量、高可靠性的需求问题,面临着严峻挑战。结合空时处理技术的多输入多输出(MIMO)技术,能成倍的提升系统容量和可靠性无需增加系统带宽。2MIMO技术概念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。MIMO技术实
3、质上是为系统提供空间复用增益和空间分集增益,目前针对MIMO信道所进行的研究也主要围绕这两个方面。2.1MIMO技术的发展MIMO无线通信技术是天线分集与空时处理技术相结合的产物,它源于天线分集与智能天线技术,具有二者的优越性,属于广义的智能天线的范畴。MIMO的早期概念在70年代就被提出了；1985年,贝尔实验室的JackSalz和JackWinters发表了波束成型(beamforming)论文；1993年,ThomasKailath和ArogyaswamiPaulraj提出了利用MIMO的空分复用(Spat
4、ialmultiplexing)概念；1996年,GerardJ.Foschini提出了贝尔实验室分层空时(BLAST:Belllaboratorieslayeredspace-time)技术；1998年,贝尔实验室演示了第一台空分复用实验室原型机；2001年后,多家公司开发出了基于MIMO技术的WiFi或WiMAX商用系统；至今,所有第四代移动通信(4G)候选标准都将采用MIMO技术。虽然MIMO技术已取得了一定程度的发展与进步,但是MIMO技术的理论结合实践应用还是存在一定的差距,因此对MIMO技术的深层次研
5、究,对MIMO技术的发展有着重要意义[2]。就目前看,MIMO技术还需要在下面几个问题上深入研究与发展:(1)信道建模和信道容量的问题。(2)信号设计及处理问题。(3)MIMO技术在4G网络中的应用和发展。(4)有效解决MIMO技术中多径效应的方法与措施。2.2MIMO系统原理多输入多输出(MIMO)系统是指在通信链路的两端均使用多个天线的无线传输系统[1]。nT×nR的MIMO系统框图如下图1所示。发送端有nT根发送天线,接收端有nR根接收天线。其中Xj表示来自第j根发送天线的信号,hij表示从第j根发送天线到
6、第i根接收天线的信道衰落系数,yi表示第i根接收天线的信号。假设MIMO系统信道模型为分组衰落模型,信道矩阵元素服从独立同分布的复高斯型瑞利衰落。此时MIMO系统模型可表示为:y=Hx+n其中，y=y1,y2,…,ynRT是nR×1维接收信号向量,T表示向量信道矩阵转置,H是nR×nT信道矩阵,x=x1,x2,…,xnRT是nT×1维发射信号向量,n=n1,n2,…,nnRT是nR×1维噪声向量。图1MIMO系统框图2.3MIMO关键技术MIMO技术的关键技术通常是指空分复用、空间分集、波束赋形、预编码[2]。(
7、1)空分复用(SpatialMultiplexing):是利用多天线通过多个独立的空间信道同时发送多个独立的数据流。在发射端,高速率的数据流被分割为多个较低速率的子数据流,不同的子数据流在不同的发射天线上在相同频段上发射出去。Foschini等人提出的“贝尔实验室分层空时”(BLAST:Belllaboratorieslayeredspace-time)技术是最早提出的空分复用方法。空分复用基本框图如图2所示。图2空间复用基本框图(2)空间分集(SpatialDiversity):是将信号在多个独立的空间信道中传
8、输,并在接收端对多份接收信号进行处理,从而减轻深衰落的影响,有效降低错误概率,提高系统可靠性。空间分集可分为接收分集和发射分集。LTE的多天线发送分集技术选用SFBC(SpaceFrequencyBlockCode)作为基本发送技术,图3为SFBC发送分集基本框图。图3SFBC发送分集基本框图(3)波束赋形(Beam-forming):是一种基于天线阵列的信号处理技术,由
