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论文MIMO技术的发展论文摘要摘要多入多出(MIMO，Multiple-InputMultiple-Out-put)或多发多收天线(MTMRA，MultipleTransmitMultipleReceiveAntenna)技术是无线移动通信领域智能天线技术的重大突破。该技术能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，是新一代移动通信系统必须采用的关键技术。目前，各国已开始或者计划进行新一代移动通信技术（后3G或者4G）的研究，争取在未来移动通信领域内占有一席之地。随着技术的发展，未来移动通信宽带和无线接入融合系统成为当前热门的研究课题，而MIMO系统是人们研究较多的方向之一。本文主要研究了MIMO无线通信技术的原理，分析了MIMO技术的发展历史，国内外研究现状与发展趋势，最后就MIMO技术的应用予以分析介绍，为深入认识与研究MIMO通信技术奠定了基础。关键词：MIMO多输入多输出技术无线移动通信论文摘要ABSTRACTMIMO，whichisshortofMultiple-InputMultiple-Out-putorMTMRA，whichisshortofMultipleTransmitMultipleReceiveAntennaissmartAntennaEngineering'smajorBreakthroughinWirelessMobileCommunicationfield.Suchtechnologycanmultiplythecapacityofcommunicationsystemandthespectrumefficiency,whichisthekeytechnologythatmustbeusedinthenewgenerationofmobilecommunicationsystem.Currently,countrieshavestartedorplantheresearchofthenewgenerationofmobilecommunicationstechnology(3Gor4G)toensurethereisaplaceinthefutureofmobilecommunicationfield.Withthedevelopmentoftechnology,thefuturemobilebroadbandandwirelessaccessfusionsystembecomethehotresearchtopic,andthemultiple-inputmultiple-output(MIMO)systemisoneofthestudydirectionwhichmostpeopleinit.ThispapermainlystudiestheprincipleofMIMOwirelesscommunicationtechnology,analyzestheMIMOtechnologydevelopmenthistory,thedomesticandforeignresearchpresentsituationandthedevelopmenttendency,finallytheMIMOtechnologyapplicationisintroducedandanalyzed,suchlaythefoundationforfurthunderstandingandresearchofMIMOcommunicationtechnology.Keywords:MIMOMultiple-InputMultiple-Out-putWirelessMobileCommunication论文1引言随着移动通信业务规模和种类的迅速发展，如何有效地利用相对贫乏的频谱资源提供更高质量、更高速率的通信服务成为业界关注的焦点。新一代无线通信技术以其高质量、高速率的移动多媒体传输目标让人耳目一新。然而，实现这一振奋人心的通信目标并非易事，常规单大线收发通信系统目前而临着严峻的挑战，即使采用常规发送分集、接收分集或智能大线技术也已小足以解决新一代无线通信系统的大容量与高可靠性需求问题。可庆幸的是，多入多出(MIMO)无线通信技术提供了解决该问题的新途径，它在无线链路两端均采用多大线，分别同时接收与发送，能够充分开发空间资源，在无需增加频谱资源和发送功率的情况卜，成倍地提升通信系统的容量与可靠性。然而，与常规单大线收发通信系统相比，MIMO通信系统中多大线的应用而临大量亟待研究的问题。从2001年10月NTTDoCoMo开始提供3G商用业务以来，一些国家也陆续准备部署3G网络，但与此同时，世界各国也已经开始或者计划开始新一代移动通信技术的研究，争取在未来移动通信领域内占有一片立席之地。这里所提到的新一代移动通信是指后(beyond)3G或者4G。日前普遍认为后3G的最高传输速率将超过100M;能够实现全球无缝漫游;具有非常高的灵话性，能自适应地进行资源分配;支持下一代Internet(IPv6)，而且是全IP网络;当然服务成木低也将是后3G的一个重要特征。随着时势的发展，未来移动通信广带无线移动和无线接入融合系统成为当前热门的研究课题。而MIMO(多进多出)系统是人们研究较多的方向之一。2MIMO技术的概念所谓的MIMO（多入多出），就是指无线网络信号通过多重天线进行同步收发，MIMO系统在发射端和接收端均采用多天线（或阵列天线）和多论文通道，这样可以提高传输率。更确切地说就是信号通过多重切割之后，经过多重天线进行同步传送。由于无线信号在传送的过程当中为了避免发生干扰，会走不同的反射或穿透路径，因此到达接收端的时间会不一致。为了避免被切割的信号不一致而无法重新组合，接收端会同时具备多重天线接收，然后利用DSP重新计算的方式，根据时间差的因素，将分开的各信号重新组合，并且快速正确地还原出原来信号。MIMO技术对于传统的单天线系统来说，能够大大提高频谱利用率，使得系统能在有限的无线频带下传输更高速率的数据业务。MIMO技术大致可以分为两类：发射/接收分集和空间复用。传统的多天线被用来增加分集度从而克服信道衰落。具有相同信息的信号通过不同的路径被发送出去，在接收机端可以获得数据符号多个独立衰落的复制品，从而获得更高的接收可靠性。举例来说，在慢瑞利衰落信道中，使用1根发射天线n根接收天线，发送信号通过n个不同的路径。如果各个天线之间的衰落是独立的，可以获得最大的分集增益为n，平均误差概率可以减小到，单天线衰落信道的平均误差概率为。对于发射分集技术来说，同样是利用多条路径的增益来提高系统的可靠性。在一个具有m根发射天线n根接收天线的系统中，如果天线对之间的路径增益是独立均匀分布的瑞利衰落，可以获得的最大分集增益为mn。智能天线技术也是通过不同的发射天线来发送相同的数据，形成指向某些用户的赋形波束，从而有效的提高天线增益，降低用户间的干扰。广义上来说，智能天线技术也可以算一种天线分集技术。分集技术主要用来对抗信道衰落。相反，MIMO信道中的衰落特性可以提供额外的信息来增加通信中的自由度(degreesoffreedom)。从本质上来讲，如果每对发送接收天线之间的衰落是独立的，那么可以产生多个并行的子信道。如果在这些并行的子信道上传输不同的信息流，可以提供传输论文数据速率，这被称为空间复用。需要特别指出的是在高SNR的情况下，传输速率是自由度受限的，此时对于m根发射天线n根接收天线，并且天线对之间是独立均匀分布的瑞利衰落的。根据子数据流与天线之间的对应关系，空间多路复用系统大致分为三种模式：D-BLAST、V-BLAST以及T-BLAST。D-BLAST:D-BLAST最先由贝尔实验室的GerardJ.Foschini提出。原始数据被分为若干子流，每个子流之间分别进行编码，但子流之间不共享信息比特，每一个子流与一根天线相对应，但是这种对应关系周期性改变，如图1.b所示，它的每一层在时间与空间上均呈对角线形状，称为D-BLAST(Diagonally-BLAST)。D-BLAST的好处是，使得所有层的数据可以通过不同的路径发送到接收机端，提高了链路的可靠性。其主要缺点是，由于符号在空间与时间上呈对角线形状，使得一部分空时单元被浪费，或者增加了传输数据的冗余。如图1.b所示，在数据发送开始时，有一部分空时单元未被填入符号(对应图中右下角空白部分)，为了保证D-BLAST的空时结构，在发送结束肯定也有一部分空时单元被浪费。如果采用burst模式的数字通信，并且一个burst的长度大于M(发送天线数目)个发送时间间隔，那么burst的长度越小，这种浪费越严重。它的数据检测需要一层一层的进行，如图1.b所示：先检测c0、c1和c2，然后a0、a1和a2，接着b0、b1和b2……V-BLAST:另外一种简化了的BLAST结构同样最先由贝尔实验室提出。它采用一种直接的天线与层的对应关系，即编码后的第k个子流直接送到第k根天线，不进行数据流与天线之间对应关系的周期改变。如图所示，它的数据流在时间与空间上为连续的垂直列向量，称为V-BLAST(Vertical-BLAST)。论文由于V-BLAST中数据子流与天线之间只是简单的对应关系，因此在检测过程中，只要知道数据来自哪根天线即可以判断其是哪一层的数据，检测过程简单。考虑到D-BLAST以及V-BALST模式的优缺点，一种不同于D-DBLAST与V-BLAST的空时编码结构被提出：T-BLAST。等文献分别提及这种结构。它的层在空间与时间上呈螺纹(Threaded)状分布，如图2所示。原始数据流被多路分解为若干子流之后，每个子流被对应的天线发送出去，并且这种对应关系周期性改变，与D-BLAST系统不同的是，在发送的初始阶段并不是只有一根天线进行发送，而是所有天线均进行发送，使得单从一个发送时间间隔来看，它的空时分布很像V-BALST，只不过在不同的时间间隔中，子数据流与天线的对应关系周期性改变。更普通的T-BLAST结构是这种对应关系不是周期性改变，而是随机改变。这样T-BLAST不仅可以使得所有子流共享空间信道，而且没有空时单元的浪费，并且可以使用V-BLAST检测算法进行检测。3MIMO技术分类MIMO通信技术包括以下领域：空分复用(partialmultiplexing)工作在MIMO天线配置下，能够在不增加带宽的条件下，相比SISO系统成倍地提升信息传输速率，从而极大地提高了频谱利用率。在发射端，高速率的数据流被分割为多个较低速率的子数据流，不同的子数据流在不同的发射天线上在相同频段上发射出去。如果发射端与接收端的天线阵列之间构成的空域子信道足够不同，即能够在时域和频域之外额外提供空域的维度，使得在不同发射天线上传送的信号之间能够相互区别，因此接收机能够区分出这些并行的子数据流，而不需付出额外论文的频率或者时间资源。空间复用技术在高信噪比条件下能够极大提高信道容量，并且能够在“开环”，即发射端无法获得信道信息的条件下使用。Foschini等人提出的“贝尔实验室分层空时”（BLAST）是典型的空间复用技术。空间分集(spatialdiversity)：利用发射或接收端的多根天线所提供的多重传输途径发送相同的资料，以增强资料的传输品质。波束成型(beamforming)：借由多根天线产生一个具有指向性的波束，将能量集中在欲传输的方向，增加信号品质，并减少与其他用户间的干扰。预编码(precoding）以上MIMO相关技术并非相斥，而是可以相互配合应用的，如一个MIMO系统即可以包含空分复用和分集的技术。4MIMO技术发展历史实际上多进多出（MIMO）技术由来已久，早在1908年马可尼就提出用它来抗衰落。在70年代有人提出将多入多出技术用于通信系统，但是对无线移动通信系统多入多出技术产生巨大推动的奠基工作则是90年代由AT&TBell实验室学者完成的。个通信系统优劣的最主要指标。1994年punlraj等人提出多输入多输出系统(MIMO)概念，即在无线通信系统的发送端