MIMO多天线个人总结.ppt

特种光纤与光接入网重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地（上海大学） 报告人：樊登峰 多天线技术 特种光纤与光接入网重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地（上海大学） 多天线技术 罗塞塔石碑 在这块1799年被世人发现 的石碑上，分别用埃及象 形文，埃及草书与古希腊 文三种文字刻着埃及国王 托勒密五世诏书。这种记 录方式对现代的研究者来 说简直是福音，只要有一 种文字能够被识别，诏书 的内容就得以保存。 特种光纤与光接入网重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地（上海大学） 多天线技术 随着无线通信技术的快速发展，频谱资源的严重不足 已经日益成为无线通信事业发展的瓶颈，如何充分开发利用 有限的频谱资源，提高频谱利用率，是当前通信界研究的热 点课题之一。 影响无线通信中信息传输可靠性的主要障碍： A. 多径效应引起的时延展宽 B. 信道时变性引起的频谱展宽 C. 空间相关引起的角度展宽 多天线技术通过对发射与接收信号的空域和时域上的 处理，能提高系统的容量和质量。 特种光纤与光接入网重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地（上海大学） 多天线技术 多天线技术的概念： 多天线又叫陈列天线。它由在空间按照一定的几何形状 排列的多个阵元组成。每个阵元都可以独立地接收和发射信 号。更确切地说是对发射与接收信号进行空域的处理，如果 与时域相结合，变成为空时信号处理技术，通过空时信号的 处理来提高系统的容量与质量。随着移动通信中服务用户的 增多，频率资源的日趋紧张，用户速度需求的逐渐增加，传 统的FDMA 、TDMA和CDMA这些时频域的信号处理技术已 经不能满足需求。所以引入了多天线技术。 特种光纤与光接入网重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地（上海大学） 多天线技术 多天线技术分类： 智能天线技术：有效抵抗多径衰落的影响，提高通信质量; 并能够克服多用户间干扰，通过空分多址增加频谱效率与 信道容量; 对功率的控制也可以通过在网络建设初期增加基 站的覆盖范围来实现。 MIMO技术：MIMO 技术是在3G 向LTE 演进中被引入，由 于与OFDM( 正交频分复用技术) 的结合而在LTE 中具有了 举足轻重的地位。 主要区别： 空间排列方式、后续信号处理的结构和方法以及工作原理 特种光纤与光接入网重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地（上海大学） MIMO技术的发展 特种光纤与光接入网重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地（上海大学） MIMO技术的研究方向 1）MIMO 系统所适用的无线信道模型。 信道建模从一般的相关性信道和ULA的MIMO 信道建模向更接近实际情况的各 种无线通信环境和可能使用的不同天线配置方式的信道建模方向发展，信道模 型更接近真实的无线环境。 2）从信道容量的角度对MIMO 的信息论研究。 容量分析从独立信道和一般的相关性MIMO 信道的容量分析向具体使用不同发 射方案在各种MIMO信道条件下的容量分析方向发展，这种容量分析更准确。 3） MIMO 空时信号处理算法及应用。 目前已经有了大量关于MIMO 空时信号处理的算法。从空间复用到空间分集都 形成了丰富的系列。MIMO 系统的应用与信道容量随着无线信道环境的不同而 发生着变化。针对不同的信道条件产生最优的MIMO 设计成为目前的研究方向 。 4）移动终端的MIMO 系统的研究 真正的MIMO 系统要发挥它的优势必须在发射端和接收端同时使用MIMO 技术 。但移动终端由于本身的几何尺寸和使用上的限制,使得MIMO 技术在移动终端 目前难以实现,因此今后必须对在移动终端如何使用MIMO 技术进行深入研究。 特种光纤与光接入网重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地（上海大学） 多天线模型 SISO系统模型: 以Ts进行抽样 特种光纤与光接入网重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地（上海大学） SISO信道容量 特种光纤与光接入网重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地（上海大学） SIMO模型 特种光纤与光接入网重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地（上海大学） MISO模型 信道容量： 特种光纤与光接入网重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地（上海大学） MIMO模型 MIMO系统模型 特种光纤与光接入网重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地（上海大学） MIMO模型 同样我们考虑到窄带平坦衰落信道的假设，有 矩阵表示： 以Ts进行抽样 特种光纤与光接入网重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地（上海大学） MIMO信道的典型模型 典型模型： ISTM ETRA 计划模型 C. Xiao 模型 “one ring”模型 “two ring”模型 特种光纤与光接入网重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地（上海大学） “two ring”模型 特种光纤与光接入网重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地（上海大学） 多天线技术 SISO系统 时间分集 MIMO系统 空间分集 然而，我们很快就发现了一个问题：不管在时间上还是空间上的 分集，传输的效率并不高。比如在右图中，尽管我们有4根发送天 线，但由于发送内容相同，一个时刻（t1）实际上只传输了一个 符号（X）。要知道，如果在不同的天线上发送不同的数据，我 们一次就可以传输4个符号！ 特种光纤与光接入网重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地（上海大学） 多天线技术 “分集”告诉我们，把数据重复发送多次可以提高传输的可靠性。 “复用”则说，把资源都用来发送不同的数据可以提高传输速率。 衡量空间分集的标准： 分集增益（数看从发送天线到接收天线间有多少条“可辨识”的传播路径 ） 衡量复用的标准：自由度（衡量复用的标准当然是看一个系统每时刻最多 可以发送多少个不同的数据） 特种光纤与光接入网重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地（上海大学） MIMO系统中信道的衰落 无线通信中最让人捉摸不透的就是信道的衰落和干扰 特种光纤与光接入网重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地（上海大学） MIMO系统中信道的衰落 分集增益：4 自由度：2 特种光纤与光接入网重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地（上海大学） MIMO系统中信道的衰落 虽然天线间间距很小，但大量反射体的存在实际上打乱了信号 的传播路径，让信号从“不同”的角度到达接收端，间接的实 现了路径分离的效果。所以总结以上发现，我们找到了破解“ 衰落相关性”的秘籍，那就是：增大天线间距，或者差异化信 号的发射角度，到达角度。 特种光纤与光接入网重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地（上海大学） 2*2MIMO系统 在无线通信系统中，“信道状态信息 （Channel Condition Information，CSI ）”就相当于 “天气信息”，那么如 果我们能够在发送端掌握到及时、准 确的“信道状态信息”，是不是就能 “避开”那些信道条件不好的传播路 径，从而提升通信系统的性能？ 特种光纤与光接入网重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地（上海大学） 2*2MIMO系统 最佳的传输矩阵H 特种光纤与光接入网重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地（上海大学） 2*2MIMO系统 SVD分解：矩阵的奇异值分解 特种光纤与光接入网重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地（上海大学） 总结 介绍了多天线技术的概念分类，通过在单天线系统模型及信道容 量的基础上，主要探讨了多天线系统的模型及其信息论基础，对多天 线系统中信道的建模问题进行了分析，研究分析表明，采用空间分集 技术的多天线系统是对抗无线衰落，提高传输信道容量的一种行之有 效的方法。在相同发射功率和传输带宽下，MIMO系统较SISO系统的 信道容量大大提高，有时