多入多出智能天線

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1、多入多出智能天線班級(jí)：電0804—8學(xué)號(hào)：30807001039姓名：楊顯威1、多出技術(shù)的發(fā)展多入多出（MIMO）或多發(fā)多收天線（MTMRA）技術(shù)是無線移動(dòng)通信領(lǐng)域智能天線技術(shù)的重大突破。多入多出技術(shù)能在不增加帶寬的情況下成倍地提高通信系統(tǒng)的容量和頻譜利用率。普遍認(rèn)為，多入多出將是新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)必須采用的關(guān)鍵技術(shù)。早在70年代就有人提出將多入多出技術(shù)用于通信系統(tǒng)，但是對(duì)無線移動(dòng)通信系統(tǒng)多入多出技術(shù)產(chǎn)生巨大推動(dòng)的奠基工作則是90年代由AT&Tell實(shí)驗(yàn)室學(xué)者完成的。1995年Teladar給出了在衰落情況下的MIMO容量；1996年Foshin

2、ia給出了一種多入多出處理算法——對(duì)角—貝爾實(shí)驗(yàn)室分層空時(shí)（D_BLAST）算法;1998年Tarokh等討論了用于多入多出的空時(shí)碼；1998年Wolniansky等人采用垂直—貝爾實(shí)驗(yàn)室分層空時(shí)（V_BLAST）算法建立了一個(gè)MIMO實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),在室內(nèi)試驗(yàn)中達(dá)到了20（it/s/Hz）以上的頻譜利用率，這一頻譜利用率在普通系統(tǒng)中極難實(shí)現(xiàn)。這些工作受到各國學(xué)者的極大注意，并使得多入多出的研究工作得到了迅速發(fā)展。2多入多出概念通常，多徑要引起衰落，因而被視為有害因素。然而研究結(jié)果表明，對(duì)于MIMO系統(tǒng)來說，多徑可以作為一個(gè)有利因素加以利用。MIMO系

3、統(tǒng)在發(fā)射端和接收端均采用多天線（或陣列天線)和多通道。MIMO的多入多出是針對(duì)多徑無線信道來說的。傳輸信息流經(jīng)過空時(shí)編碼形成N個(gè)信息子流。這N個(gè)子流由N個(gè)天線發(fā)射出去,經(jīng)空間信道后由M個(gè)接收天線接收。多天線接收機(jī)利用先進(jìn)的空時(shí)編碼處理能夠分開并解碼這些數(shù)據(jù)子流，從而實(shí)現(xiàn)最佳的處理。原理圖特別是，這N個(gè)子流同時(shí)發(fā)送到信道，各發(fā)射信號(hào)占用同一頻帶，因而并未增加帶寬。若各發(fā)射接收天線間的通道響應(yīng)獨(dú)立，則多入多出系統(tǒng)可以創(chuàng)造多個(gè)并行空間信道。通過這些并行空間信道獨(dú)立地傳輸信息，數(shù)據(jù)率必然可以提高。MIMO將多徑無線信道與發(fā)射、接收視為一個(gè)整體進(jìn)行優(yōu)化，從

4、而可實(shí)現(xiàn)高的通信容量和頻譜利用率。這是一種近于最優(yōu)的空域時(shí)域聯(lián)合的分集和干擾對(duì)消處理。系統(tǒng)容量是表征通信系統(tǒng)的最重要標(biāo)志之一，表示了通信系統(tǒng)最大傳輸率。對(duì)于發(fā)射天線數(shù)為N接收天線數(shù)為M的多入多出。MIMO系統(tǒng)，假定信道為獨(dú)立的瑞利衰落信道，功率和帶寬固定時(shí)，多入多出系統(tǒng)的最大容量或容量上限隨最小天線數(shù)的增加而線性增加。而在同樣條件下，在接收端或發(fā)射端采用多天線或天線陣列的普通智能天線系統(tǒng)，其容量僅隨天線數(shù)的對(duì)數(shù)增加而增加。相對(duì)而言，多入多出對(duì)于提高無線通信系統(tǒng)的容量具有極大的潛力。3空時(shí)碼MIMO通過多天線發(fā)射多數(shù)據(jù)流并由多天線接收實(shí)現(xiàn)最佳處理，

5、可實(shí)現(xiàn)很高的容量。這種最佳處理是通過空時(shí)編碼和解碼實(shí)現(xiàn)的。MIMO空時(shí)碼，其中包括空時(shí)網(wǎng)格碼、空時(shí)分組碼、空時(shí)分層碼。為了實(shí)現(xiàn)分集，接收機(jī)首先應(yīng)將各獨(dú)立信道分開，然后再實(shí)現(xiàn)最優(yōu)結(jié)合。同樣地，為了實(shí)現(xiàn)MIMO處理,各接收機(jī)也必須先將收到的各發(fā)射機(jī)發(fā)來的子流分開再進(jìn)行處理。對(duì)2*2天線（2天線發(fā)射機(jī)和2天線接收機(jī)）情況，采用了一種特殊的發(fā)射編碼方法使接收機(jī)能實(shí)現(xiàn)這種分開。2天線發(fā)射機(jī)和2天線接收機(jī)輸入信息首先分成兩個(gè)符號(hào)一組。在兩個(gè)符號(hào)周期內(nèi)，兩天線同時(shí)發(fā)射兩個(gè)符號(hào)。第1周期，天線1發(fā)c1,天線2發(fā)c2；在第2周期，天線1發(fā)c2，天線2發(fā)c1。如圖所

6、示4多入多出技術(shù)的研究目前，對(duì)于MIMO的理論、性能、算法和實(shí)現(xiàn)的各方面正廣泛進(jìn)行研究。在MIMO系統(tǒng)理論及性能研究方面已有一批文獻(xiàn)，這些文獻(xiàn)涉及相當(dāng)廣泛的內(nèi)容。但是由于無線移動(dòng)通信MIMO信道是一個(gè)時(shí)變、非平穩(wěn)多入多出系統(tǒng)，尚有大量問題需要研究。比如說，各文獻(xiàn)大多假定信道為分段—恒定衰落信道。這對(duì)于寬帶信號(hào)的4G系統(tǒng)及室外快速移動(dòng)系統(tǒng)來說是不夠的，因此必須采用復(fù)雜的模型進(jìn)行研究。已有不少進(jìn)行這方面的工作，即對(duì)信道為頻率選擇性衰落和移動(dòng)臺(tái)快速移動(dòng)情況進(jìn)行研究。再有，均假定接收機(jī)精確已知多徑信道參數(shù)，為此，必須發(fā)送訓(xùn)練序列對(duì)接收機(jī)進(jìn)行訓(xùn)練。但是若移

7、動(dòng)臺(tái)移動(dòng)速度過快，就使得訓(xùn)練時(shí)間太短，這樣快速信道估計(jì)或盲處理就成為重要的研究內(nèi)容。除了假定接收機(jī)完全已知信道參數(shù)之外，一般均假定發(fā)射機(jī)完全未知信道參數(shù)，MIMO處理的空時(shí)編碼是按照假定發(fā)射機(jī)對(duì)信道完全未知的條件設(shè)計(jì)的，顯然若某種方式的發(fā)射機(jī)具有關(guān)于信道的知識(shí)，利用該知識(shí)應(yīng)該能夠改善性能或簡化結(jié)構(gòu)。一些專家研究了發(fā)射機(jī)已知部分信道知識(shí)的情況，并提出了一種基于線性變換的結(jié)合普通發(fā)射數(shù)字波束形成和正交空時(shí)分組碼MIMO處理結(jié)果?？諘r(shí)編碼是MIMO的基本問題。前文中已列舉了一些基本的空時(shí)編碼方法，學(xué)者們正在不斷地提出新的或改進(jìn)的方法，以改善MIMO性能

8、，減少空時(shí)編碼系統(tǒng)復(fù)雜性，更好地適應(yīng)新一代無線通信系統(tǒng)要求和信道實(shí)際情況。這方面已取得了一定的成果。如提出了一種針對(duì)分段,恒定衰落信道的