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多输入多输出技术 学院：工商管理学院 班级： B1001 姓名： 刘双龙 学号： 1013100109 多输入多输出技术摘 要：由于多重输入多重输出(multiple-input, multiple-output；MIMO)的技术提供了一个扩展无线区域网络(WLAN)范围的极佳方式，因而最近成为了焦点。MIMO技术始于1985年，但直到现在才应用于晶片层级的装置，以大幅改善传输范围与容量。关键词：MIMO、传输天线正 文：由于MIMO并不是单一概念，而是由多种无线射频技术所组成，因此我们必须充份了解MIMO的运作和效能。当应用于WLAN时，有些MIMO技术能与现时的WLAN标准(如802.11a、802.11b与802.11g)相容，因而能扩充其传输范围；相反，有些MIMO技术则只能用于与一般WLAN标准不相容的MIMO装置。“MIMO”一词泛指任何在传送器部分具有多重输入，与在接收器部分具多重输出的系统，(图1)阐述了其基本概念。根据MIMO改良者Jack Salz在1965年观察发现，虽然MIMO系统可能包含有线连结的装置，但整个系统通常是无线系统，例如多重天线系统、3G行动电话系统(无线系统)中所使用的Code Division Multiple Access(CDMA)系统，甚至是使用多条电话线产生串音(crosstalk)的DSL系统(有线系统)。目前业界已开发出一种独立技术，名为空间多工(spatial multiplexing)(见图6)，在传输器与接收器之间传输两个或更多的独立资料流，进而增加资料传输率。这项技术自1987年开发。由于此技术使用并流的多重独立资料流，而传统系统的设计只能接受单一资料流，因此传统系统出现了无法将讯号解码的问题。要使用空间多工，必须有已知的引导(preamble)或训练序列(training sequence)，让接收器可以学习如何分隔重叠的资料流。此外，大多数系统会将接受器的回应整合至传输器，做为选择适当操作模式的参考。这就是为何使用空间多工的WLAN pre-standard解决方案可能无法与预计于2006年初推出的802.11n标准相容。我们在下一段将进一步说明。此外，根据研究指出【MobPipe04】，当这些装置要以与标准相容的非MIMO模式进行沟通时，将无法相互运作。即使没有这些问题，现行采用802.11a/b/11g标准的WLAN系统，其设计是针对非空间多工标准，因此使用空间多工并无法提升效能。时空编码(space-time coding)则是在传输器不知情的情况下，运用传输与接收器之间不同路径的技术。若传输器与接收器的设计加以配合，时空编码是个较容易执行的机制。此外，时空编码也是3G行动电话系统所使用的技术。但由于此技术不需要了解讯号路径，因此其资料传输率比传输波束成形/MRC以及空间分工还低。时空编码通常需要多个传输天线，而接收天线则是一个或多个皆可。在过去20年来，这些MIMO的衍生技术，不论是个别或整合运用，已大幅改善无线及有线系统的效能。例如行动电话业者便积极推动时空编码，而雷达解决方案与固定无线系统则广泛使用传输波束成形。802.11n将为未来WLAN定义MIMO随著WLAN在全球广泛运用，消费者与企业越来越依赖此网络的运作，进行重要的商业活动或是处理敏感的个人事务。近年来，无线宽带接入网以其可移动性、使用灵活、维护方便、易于扩展和良好的性价比，取得了巨大发展。其中WLAN已成为有线网络的替代方案，IEEE802.11标准已发展成为WLAN的主要标准。但无线宽带接入网的性能与传统有线网相比还有一定距离，因此进一步提高和优化网络性能的需求愈加迫切。一方面，高速增长中的Internet业务、实时业务和多媒体应用，对于网络的带宽、QoS和可扩展性也提出了更高要求。而另一方面，利用无线信道进行通信很容易受到干扰、衰落等因素影响，对于多媒体等应用而言尤为不利。OFDM联手MIMO在无线通信领域，多入多出(MIMO)技术是一项重大突破（尤其在智能天线技术方面）。MIMO技术能在不增加带宽的情况下成倍地提高通信系统容量和频谱利用率。在室内，电磁环境较为复杂，业界普遍认为，多径效应、频率选择性衰落和其他干扰源的存在往往会影响数据传输质量。尽管多径效应会引起衰落，然而对于MIMO系统却可以作为一个有利因素加以利用。MIMO系统在发射端和接收端均采用多天线(或阵列天线)和多通道手段（MIMO的多入多出是针对多径无线信道而言的），通过这些并行的空间信道可以实现信息的独立传输，因此而提高数据率。MIMO将多径无线信道与发射、接收视为一个整体进行优化，从而可实现高的通信容量和频谱利用率。当功率和带宽固定时，MIMO的最大容量或容量上限随最小天线数的增加而线性增加。而在同样条件下，在接收端或发射端采用多天线或天线阵列的普通智能天线系统，其容量仅随天线数的对数增加而增加。因此，对于无线通信系统的容量提升而言，MIMO技术具有极大潜力。为了进一步增加系统的容量，提高系统传输速率，单纯使用OFDM技术的宽带无线通信手段需要大量增加子载波的数量，而这种方法会大幅增加系统的复杂度，并大量占用系统带宽，势必很难适应目前带宽和功率有限的无线局域网应用环境。反之，MIMO技术能在不增加带宽的情况下成倍提高通信系统的容量和频谱利用率，因此将MIMO技术与OFDM技术相结合是适应下一代无线局域网发展要求的趋势。（下转48版）（上接47版）研究表明，在瑞利衰落信道环境下，OFDM系统非常适于通过MIMO技术来提高容量。MIMO+OFDM技术可以通过在OFDM传输系统中采用阵列天线实现空间分集，提高信号质量，属于联合OFDM和MIMO而得到的一种新技术思路。它利用了时间、频率和空间三种分集技术，使无线系统对噪声、干扰、多径的容限大大增加。MIMO+OFDM技术另外的一大技术优势还在于其优秀的自适应性。无线通信在采用了OFDM等宽带调制技术之后，将单一物理信道分割为正交的若干个子信道，以此来实现高速数据传输。多输入多输出（MIMO）技术在发送端和接收端之间定义了多个独立信道。MIMO与OFDM技术结合，可以将无线通信的信号处理从时频分集扩展为时空频分集，进一步分割信道为空时频正交的子信道。这样，我们就需要根据各个子信道的实际传输情况灵活分配发送功率和信息比特。并且由于无线信道的频率选择性和时变性，也需要对信道进行实时检测，以更加有效地利用无线资源。对于所有子载波都使用相同固定调制方案的通信系统来说，其误码率主要由经历衰落