浅谈mimo技术讲解学习.ppt

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1、浅谈mimo技术MIMO(Multiple-InputMultiple-Output)即是多输入多输出技术，是指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，信号通过发射端和接收端的多个天线传送和接收，从而改善每个用户的服务质量（误比特率或数据速率）。MISO系统SIMO系统早在1908年马可尼就提出用它来抗衰落。在70年代有人提出将多入多出技术用于通信系统，但是对无线移动通信系统多入多出技术产生巨大推动的奠基工作则是由AT&TBell实验室学者完成的。MIMO的发展历史1995年Teladar给出了在衰落情况下的MIMO容量；19

2、96年Foshinia给出了一种多入多出处理算法——对角-贝尔实验室分层空时(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-贝尔实验室分层空时(V-BLAST)算法建立了一个MIMO实验系统，在室内试验中达到了20bit/s/Hz以上的频谱利用率。MIMO的发展历史至2010年年底，IEEE数据库收录该领域的研究论文已达上万篇，从MIMO无线通信技术的理论研究到实验验证，再到商用化的各个方面。目前，国际上很多科研院校与商业机构都争相对MIMO通信技术进行深入研究。

3、MIMO的发展历史MIMO的技术特点采用空时处理技术进行信号处理，在不增加带宽的情况下成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率，使得系统能在有限的无线频带下传输更高速率的数据业务。技术概念简单，任何一个无线通信系统，只要其发射端和接收端均采用了多个天线或者天线阵列，就构成了一个无线MIMO系统。MIMO的技术特点点到点的固定微波系统中也只有10~12bit/s/HzMIMO技术在室内传播环境下的频谱效率可以达到20~40bit/s/Hz传统无线通信技术在移动蜂窝中的频谱效率仅为1~5bit/s/Hz一、MIMO技术简介二、基本原理三、空时

4、编码四、应用及展望MIMO信道是在收发两端使用多个天线，每个收发天线之间形成一个MIMO子信道，假定发送端存在nR个发送天线，接收端有nT个接收天线，系统框图如图所示：MIMO的基本原理在系统的每一个符号周期内，发送信号可以用一个nT×1的列向量x=[x1x2⋅⋅⋅xi⋅⋅⋅xnT]T表示，其中xi表示在第i个天线上发送的数据。发送信号的协方差可以表示为MIMO的基本原理发送信号的功率可以表示为MIMO的基本原理MIMO系统的信道用一个nR×nT的复数矩阵H描述，其中hij表示从第i个发送天线到第j个接收天线的信道衰落系数。MIMO的

5、基本原理接收信号和噪声可以分别用两个nR×1的列向量y和n表示。n均值为0，功率为σ2。通过这样一个线性模型，接收信号可以表示为接收信号的功率可表示为MIMO的基本原理对于分别配有nT根发射天线和nR根接收天线的MIMO信道，发射端在不知道传输信道的状态信息条件下，如果信道的幅度固定，则信道容量可以表示为式中的min为nT和nR的最小数，ς为信噪比，矩阵Q的定义如下：MIMO的基本原理（1）全“1”信道矩阵的MIMO系统如果接收端采用相干检测合并技术，那么经过处理后的每根天线上的信号应同频同相，这时可以认为来自nT发射天线上的信号都相

6、同，si=s,i=1,2,…,nT，第j根天线接收到的信号可表示为rj=nTsi=nTs,j=1,2,…,nR，且该天线的功率可表示为MIMO的基本原理则在每根接收天线上取得的等效信噪比为nTς，因此在接收端取得的总信噪比为nTnRς。此时的多天线系统等效为某种单天线系统，但这种单天线系统相对于原来纯粹的单天线系统，取得了nTnR的分集增益，信道容量可以表示为MIMO的基本原理如果接收端采用非相干检测合并技术，由于经过处理后的每根天线上的信号不尽相同，在每根接收天线上取得的信噪比仍然为接收端取得的总信噪比为nRς，此时等效的单天线系统

7、与原来纯粹的单天线系统相比，获得了nR倍的分集增益，信道容量表示为MIMO的基本原理（2）正交传输信道的MIMO系统对于正交传输的MIMO系统，即多根天线构成的并行子信道相互正交，单个子信道之间不存在相互干扰。为方便起见，假定收发两端的天线数相等（nR＝nT＝L），信道矩阵可以表示为：IL为L×L的单位矩阵MIMO的基本原理信道容量为：与原来的单天线系统相比，信道容量获得了L倍的增益，这是由于各个天线的子信道之间的耦合的结果。MIMO的基本原理如果信道系数的幅度随机变化，MIMO信道的容量为一随机变量，它的平均值可以表示为式中，r为信

8、道矩阵H得秩，r=min(nR,nT)下图是MIMO信道容量累计概率分布曲线图，它反映了信道容量累计分布与发射和接收天线数得变换关系。MIMO的基本原理MIMO的基本原理目前MIMO技术领域的研究热点之一是空时编码，空时