4G通信之MIMO技术解析.ppt

4G 通信之 MIMO 技术 在 4G 时代，数据业务成为运营商最主要收入的来源 MIMO 技术 一、 MIMO 技术简介 二、基本原理 三、空时编码 四、 MIMO-OFDM MIMO 技术 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 MIMO 技术 MISO 系统 SIMO 系统 MIMO 技术 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 技术 MIMO 的基本原理 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 n R 个发送天线，接收端有 n T 个接收天线，系统 框图如图所示： MIMO 技术 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 n R × n T 信道矩阵 H ，如下： MIMO 技术 MIMO 的基本原理 考虑满秩 MIMO 信道，秩为 n ，且矩阵 H 是单 位阵 , 可以得到容量公式： C ? log 2 det( I n ? ? n I n ) ? ? log 2 ( 1 ? i ? 1 n ? n ) ? n log 2 ( 1 ? ? n ) MIMO 技术 MIMO 的基本原理 假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(ρ/2) 其中 B 为信号带宽 ρ 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 技术 MIMO 信道容量累计分布图 MIMO 技术 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。 MIMO 技术 空时编码 空时编码： 空间传输信号和时间传输信号的结合，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。 MIMO 技术 空时编码 空时块编码（ STBC ） 具有良好的分集增益 。 空时格码（ STTC ） 不仅具有优良的分集增益，还具有良好 的编码增益 。 分层空时码（ LST ） 可获得较高的复用增益。 MIMO 技术 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线性合并即可获得发送 信号。 MIMO 技术 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。 MIMO 技术 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。 MIMO 技术 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