【《MIMO技术简介概述》1900字】

MIMO技术简介概述目录TOC\o"1-3"\h\u29918MIMO技术简介概述 1310781.1MIMO系统简介 1175311.2多用户MIMO技术的优缺点 2237801.3瑞利MIMO衰落信道 41.1MIMO系统简介输出信号MIMO技术的主要特色是在发送、接收设备端均采用多天线单元，完成信息的发送和接受，使得空间资源被充分利用，多个并行子信道整合成一条通信链路，极大可能地提高系统的速率和容量，堪称第四代（4G）和第五代（5G）无线通信系统领域的技术核心[10-14]。MIMO系统的优点在于可利用同一时间不同空间信道传输多个数据流，来增强数据传输的效率。MIMO系统图如下图1.1所示。输出信号输入信号空时译码器去交织器检测器交织器调制器并串转换器调制器空时编码器串并转换器输入信号空时译码器去交织器检测器交织器调制器并串转换器调制器空时编码器串并转换器…………调制器调制器调制器调制器调制器……调制器……调制器调制器图1.1MIMO系统图在MIMO系统的传输技术中，如果发送端或接收端准确知道当前信道的状态，那么系统可利用该信道信息带来的自由度，来实现复用的时域资源，增强信号及抑制干扰等优势，从而有效提高系统频谱的利用率、功率及效率，优化信道性能[15]。MIMO系统下图1.MIMO系统接收机发射机接收机发射机………………空间编码技术空间分集技术空间复用技术空间编码技术空间分集技术空间复用技术折中折中折中折中分集增益编码增益复用增益分集增益编码增益复用增益提高数据速率/减少差错率减少差错率提高数据速率/频谱速率提高数据速率/减少差错率减少差错率提高数据速率/频谱速率图1.2MIMO技术原理框图从图1.2所示的MIMO技术原理框图可看出，通过有效的设计，可获得复用增益、分集增益（编码增益）、天线增益，从而提高系统的频率使用效率和信噪比。其分集增益是系统在有分集、无分集情况下的一个对比，是指在同一误码率下，有分集的系统可获得更高的功率增益。而在同一误码率及分集增益下，进行编码的系统又可比无编码的系统获得更高的功率增益，这就是编码增益[16]。为了获得最佳的复用增益和分集增益，必须采有效的编码方法。1.2多用户MIMO技术的优缺点说到MIMO技术，它也分为单用户和多用户，单用户MIMO性能受到很多因素的限制，不能满足人们对移动通信系统速率和服务质量（QualityofService，Qos）的需求。因此，多用户MIMO技术不断得到发展，借助基站和各用户配置多根天线，并利用空间信道差异性来共享频谱资源、实现基站与多个用户同时通信的技术，其上下行的链路模型分别称之为MIMO多址接入信道和MIMO广播信道[17]。如下图1.3所示。…用户1发射机基站…用户1…用户1发射机基站…用户1……用户2…用户2……用户2…用户2………用户K用户K…用户K用户K……MIMO多地址接入通道MIMOMIMO多地址接入通道MIMO广播通道图1.3多用户MIMO系统图相对于单用户而言，多用户MIMO存在许多突出的优点：(1)多用户MIMO能在适当多用户调度策略下，为系统提供多用户分集增益，提升信道容量；(2)多用户MIMO适应更丰富的传输环境，在很多非理想传播环境中，多用户MIMO比单用户MIMO更具有鲁棒性；(3)多用户MIMO对终端天线数目没有限制，只要在基站配置多根天线就能获得充分复用增益，从而大大降低系统成本。可以说，MIMO技术使得通信信道容量得到提升，可在同频率同时间的情况下，通过地理位置不同，来实现对不同终端的通信，通过这种方式，尽可能地提升了频谱率。因MIMO技术的多天线、高增益，所以需要的射频组件也是毫瓦级别的，功率也会有所减少，同样也会使覆盖的范围与功耗改善，终端的复杂度也会随之降低[18]。1.3瑞利MIMO衰落信道在多径衰落和包络阴影效应的相互影响下，接收机的信号也相应地会一定幅度地在包络上发生随机的功率变化，并均匀服从独立多径衰落分量接收瑞利分布中包络线的随机时变统计的特性。当各种移动路径组件的包络功率变化方差相对较小，且到达移动电台终端的数量较大时，因其相位为（0，2π），是均匀服从瑞利分布的，接收端的包络信号就通常可看做由两个互相独立的且方差均值相位系数为0，方差相位系数为σr的正态包络分布，则接收端的包络幅值R的概率密度函数如公式fB在航空和陆地上的移动通信中，移动电台会受到各种障碍物和物体影响，故对到达移动电台的信号，是不同路径的传播总和，信道模型常用来说明如何描述这样一个渠道为瑞利衰落的信道[19]。瑞利衰落信道（Rayleighfadingchannel）是对无线电网络信号在高速传播的环境中功率统计的一个模型，该衰落信道模型的目的是假设电台通过信道后，其幅度、频率都是随机的，显示“衰落”特性，其多径衰落信号可称为瑞利分布，基于多路径的衰落也称为瑞利衰落。该模型描述了短波通道和城市建成区环境。该通道衰落模型提供了能够清晰地准确描述电离层和对流电离层之间经反射的直接短波通道和到达城市建成区的环境。瑞利衰落只是特别适用于有限发射机和无线接收机之间没有直接发射信号的情况。通道模型假设经一个反射（或散射）到达接收天线信号为N个幅值和其相位均随机且统计独立的信号之和。如果信号振幅为r，相位为θ，发射系统的信道容量的值会很高，使得信号发射频谱的利用率大大提高，则其包络概率密度函数的表达式如公式(3-2)所示[20]。Pr相位概率密度函数表达式如公式(3-3)所示。P(θ)=1根据MIMO系统设计的要求、原则及特点,结合新型MIMO系统技术，分析其设计思路，进行分析，重点设计了一种用于MIMO系统的信道容量及性能的仿真。在无线传输的过程中，因多径传输特性会使信号的性能下降，这被认为是影响通信系统性能的不利因素之