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3G移动通信系统笔记整理 3G移动通信16班 老师：刘耕兴 PPT0 MIMO技术 内容提要：MIMO技术的背景，MIMO技术的实质，MIMO的系统模型，MIMO的信道模型 MIMO技术背景 随着3G及后3G移动通信系统高速数据业务的发展，多输入多输出天线技术越来越引起人们的兴趣，尤其在功率、带宽受限的无线信 道越发显现出它的优势。 MIMO技术的实质－空间分集和空间复用 MIMO技术的优点 高数据速率提高系统容量提高传输质量 MIMO系统能够很好的提高系统的抗衰落和抗噪声性能，从而获得巨大的容量。例如：当接收天线和发送天线数目都为8根，且平均信噪比为20dB时，链路容量可以高达42b/s/Hz，这是单天线系统所能达到容量的8倍多,与发送天线数目成线性关系。 有关MIMO技术的标准 1.3GPP标准（WCDMA系统） 空时发送分集（Space-Time Transmit Diversity）闭环发送分集（Closed Loop Transmit Diversity）分层空时结构（Bell Laboratories LayeredSpace-Time） 2.3GPP2标准（cdma2000系统） 空时扩频（Space-Time Spreading）正交发送分集（Orthogonal Transmit Diversity） MIMO技术的实质 1分立式多天线是指各个天线间相互距离足够远，且各个发射天线到各个接收天线间的信号传输可视为互相独立的； 2 MIMO技术是指利用多发射、多接收天线进行空间分集和时间分集的技术，它采用的是分立式多天线，能够有效的将通信链路分解成为许多并行的子信道，从而大大提高容量。 空间分集（1） 基本原理： 在发射端或接收端安置多个天线，如果天线之间相隔足够远，那么可以认为各天线是互不相关的，从而在发射端或接收端之间构筑了多条相互独立的通道。 空间分集 1接收分集 2发送分集 接收分集：是采用多个接收天线实现的空间分集，是移动通信中的传统技术，可以分为选择合并、最大比合并、等增益合并等，一般适用于上行链路。 发送分集：即利用多个发射天线实现空间分集。适用于下行链路中，因为移动台很难具备多根不相关的接收天线，无法采用接收分集。 作用：利用空间分集，信号既没有在时间域内引入冗余，也没有在频率域内引入冗余，但是信号赋予了一定的空间结构，在空间上引入了冗余，因此提高了传输性能。 空时分集 空时分集是将空间和时间结合起来，采用空时联合编码，分别在时域和空间域引入冗余，从而达到提高传输性能的一种分集方法。典型的算法即空时码算法。不但能够带来分集增益还能够带来编码增益。特点是能够抗衰落和抗噪声。 空间复用 空间复用技术是同时在不同发送天线上发送不同数据流，在接收端利用空间丰富的散射性将发送信号分离出来的一种技术。 特点：频谱的利用率很高。受传输环境的影响大。 MIMO系统模型 MIMO信道模型 带有相关性的信道模型： 天线之间的间距，入射波的到达角，入射波的角度扩展 MIMO信道Shannon容量 1.基于前面所述的信道模型， 根据信息论的结论， 此MIMO系统能达到的系统Shannon容量为 其中表示取方阵的行列式， IN是N×N单位矩阵，P为每根接收天线的信噪比，HH表示信道矩阵的共轭转置。 2.由于信道矩阵H是随机的，上式的容量也是一个随机变量。 MIMO信道Shannon容量（4） 在理想情况下，即MIMO信道可以等效为最大数目的独立、等增益、并行的子信道时，得到最大的Shannon容量(为保证系统性能比较是在相同条件下，将发射功率归一化，每根发送天线的发射功率与成比例)当信道列矢量互相正交时可以达到的容量可以看出，对于采用多天线发送和接收技术的系统，理想情况下的信道容量将随着发射天线的数目成线性增长，这就为MIMO的高速数据速率传输奠定了理论基础。 MIMO信道Shannon容量（5） 当接收天线和发送天线数目都为8根，且平均信噪比为2 0 dB时， 链路容量可以高达42b/s/Hz。 2.在大信噪比下，仅仅在链路的一端采用多天线，比两端都采用多天线所取得的容量要小。例如，N=M=2在大信噪比下的容量比N=4, M=1的容量要大。 MIMO系统的实现 结构：接收分集，发送分集，分层空时结构，空时编码，空时扩频，正交发送分集，空时发送分集 接收分集 采用一个发送天线，多个接收天线的分集方式，能够抗衰落和抗噪声 最大比合并算法（MRC） 分集增益为 容量为 发送分集 采用多个发送天线，一个接收天线的分集方式，能够抗衰落如果和接收分集保持相同的总的发送功率，则 每个发送天线的发送功率为发送分集的1/M .分集增益为 分层空时结构 为了充分利用MIMO的信道容量，G..J.Foschini提出了分层空时结构（ BLA