(完整版)4G通信之MIMO技术解析

1、4g通信之通信之mimo技术技术 在4g时代，数据业务成为运营商最主要收入的来源一、一、mimo技术简介技术简介 二、基本原理二、基本原理 三、空时编码三、空时编码四、四、 mimo-ofdm mimo(multiple-input multiple-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miso系统 simo系统 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，堪称现代通信领域的重要技术突破。 技术概念简单，任何一

2、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mimo的基本原理 每个收发天线之间形成一个mimo子信道，在收发天线之间形成 nr nt 信道矩阵h，如下：mimo的基本原理考虑满秩考虑满秩mimo信道，秩为信道，秩为n，且矩阵，且矩阵h是是单位阵单位阵, 可以得到容量可以得到容量公式：公式： 2221lo gd et()lo g(1)lo g(1)nnniciinnnn假

3、定信道为独立的瑞利衰弱，则信道容量c近似为： c=min(m,n)blog2(/2)其中 b为信号带宽 为接收端平均信噪比 min(m,n)为m，n的较小者上式表明，功率和带宽固定时，多入多出系统的最大容量或容量上限随最小天线数的增加而线性增加。 mimo的基本原理mimo信道容量累计分布图 mimo的编码技术 目前mimo技术领域的研究热点之一是空时编码，空时编码技术真正实现了空分多址。空时码利用空间和时间上的编码实现一定的空间分集和时间分集，从而降低信道误码率。总之mimo技术有效利用了随机衰落和多径传播力量，在同样的带宽条件下为无线通信的性能带来改善。 空时编码：空间传输信号和时间传输信

4、号的结合，实质上就是空间和时间二维的处理相结合的方法。 空间上：采用多发多收天线的空间分集来提高无线通信系统的容量和信息率 时间上：把不同信号在不同时隙内使用同一个天线发射，使接收端可以分集接收。 空时编码空时编码空时块编码（stbc）空时格码（sttc）分层空时码（lst） 具有良好的分集增益 。 不仅具有优良的分集增益，还具有良好的编码增益 。可获得较高的复用增益。 stbc编码 空时块编码（stbc）能使mimo系统获得良好的分集增益编码实现： 将信号经过正交编码后由多根天线发送，由于经过正交编码后的信号相互独立，所以在接收端可以很容易的将信号区别开来。译码实现： 在接收端只需进行简单的

5、线性合并即可获得发送信号。stbc编码 信源发出的二进制比特信息首先进行数字调制，调制为m=2m进制的符号。然后alamouti stbc编码器选取连续的两个符号，根据下式映射为发送信号矩阵。 stbc编码 以双天线为例，又称为alamouti stbc编码器，其结构如下图所示。stbc编码 天线1发送信号矩阵x的第一行，天线2发送信号矩阵的第二行。 stbc是在时域和空域上进行编码。令天线1和天线2的发送信号矢量分别为 可以明显地看出两根天线发送的信号矢量是相互正交的，即stbc译码 在接收端采用最大似然译码器进行译码，其结构如图： 两发一收的alamouti stbc译码器结构 假设在接收

6、端可以获得理想的信道估计，且每个信号落到信号星座图上的概率是等概的，则最大似然译码算法要求在信号星座图上选择一对信号 来最小化与接收信号之间的欧氏距离，即 stbc译码 将代入可得最大似然译码准则为 stbc译码 mimo-ofdmmimo同同ofdm结合结合 mimo技术优势明显，但对频率选择性衰落无能为力，而ofdm技术却有很强的抗频率选择性衰落的能力，因此将两种技术有效整合，便能成为最佳的实用方案，即构成mimo-ofdm系统mimo-ofdm系统模型发射端原理图 mimo和和ofdm技术结合技术结合1 有效对抗了mimo系统中的频率选择性衰落 2 提高了ofdm系统中的系统容量和频谱利用率 mimo-ofdm结束语结束语 在频带资源有限而高速数据需求无限增长的现实下，利用增加发射天线来增加空间自由度、改善系统性能、提高频带