MIMO無(wú)線通信技術(shù)的研究

李梓化

【摘要】 無(wú)線通信技術(shù)經(jīng)過三代發(fā)展，數(shù)據(jù)傳輸速率仍然有待提高，而目前最具潛力的技術(shù)室MIMO技術(shù)，MIMO技術(shù)是指源于天線分集技術(shù)和智能天線技術(shù)的新一代無(wú)線通信技術(shù)，MIMO技術(shù)利用空時(shí)特性的多徑傳播、分流降噪技術(shù)打破shannon容量，極大提高了數(shù)據(jù)傳速率，該技術(shù)的發(fā)展或?qū)⒁I(lǐng)通信革命。

【關(guān)鍵詞】 無(wú)線通信技術(shù) MIMO技術(shù) 原理

一、MIMO無(wú)線通信技術(shù)原理

MIMO無(wú)線通信技術(shù)是科研人員將天線分集和空時(shí)處理技術(shù)相結(jié)合的一種新型技術(shù)，具有天線分集和智能天線二者優(yōu)越性，因其收發(fā)段都是多天線單元，且運(yùn)用最新的無(wú)線傳輸和信號(hào)處理技術(shù)，通過多徑傳播有效利用空間資源，建立起了空間并行的數(shù)據(jù)傳輸通道，突破了Shannon臨界值（最大信息傳送速率C公式：C=Blog2（1+S/N）。其中B為信道帶寬，S為信號(hào)功率，N為噪聲功率）。相比智能天線的抑制多徑傳播的算法而導(dǎo)致的系統(tǒng)容量隨著最小天線數(shù)目對(duì)數(shù)增長(zhǎng)。

MIMO系統(tǒng)對(duì)無(wú)線信道多途徑傳播進(jìn)行了有效利用：如圖1：信息S被沿著多個(gè)路線分流，在調(diào)制和射頻前端處理后再次以相同的頻率分別從發(fā)射裝置發(fā)射出去，經(jīng)過多徑信道的傳遞從不同的分流路徑進(jìn)入接收裝置，然后對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行處理?，F(xiàn)對(duì)于抑制多徑傳播的智能接收天線而言，利用空時(shí)編碼方案進(jìn)行發(fā)射和接收分集，獲得比起常規(guī)系統(tǒng)有顯著的復(fù)用和分集增強(qiáng)信息強(qiáng)度效益，同時(shí)高效的并行信息通道也顯著提升了信道容量，毫無(wú)疑問，MIMO成了最有升值空間的技術(shù)，肩負(fù)著提升信息傳輸速率的重要任務(wù)。

二、MIMO技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

首先，分流數(shù)據(jù)的高效。發(fā)送端的分流數(shù)據(jù)一起發(fā)送，各個(gè)發(fā)射信號(hào)處于統(tǒng)一頻帶，在不耗費(fèi)帶其它帶寬前提下節(jié)約了寶貴的帶寬資源；同時(shí)可以保持發(fā)射端的功率處于恒定狀態(tài)從而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)功率的匹配，不造成系統(tǒng)的發(fā)射功率負(fù)擔(dān)的增加。其次，對(duì)信息干擾的有效處理。MIMO系統(tǒng)將三大通道整體化處理（多徑信道、發(fā)射端通道以及接收端通道）優(yōu)化，可以將空時(shí)兩域的干擾進(jìn)行對(duì)消處理達(dá)到最優(yōu)處理效果。再次，對(duì)空域的高效利用。與以前的天線分集技術(shù)中的定向信道相比，MIMO系統(tǒng)建構(gòu)起了基于空間的矩陣信道，開拓了化域空間資源，在MIMO對(duì)各據(jù)點(diǎn)的天線單元的空域抽樣時(shí)，出現(xiàn)的空間信道方向不完全正交的情況可通過極化域進(jìn)行完善。

MIMO面臨的限制。相對(duì)于在LOS條件下，MIMO天線的優(yōu)勢(shì)不能發(fā)揮，因?yàn)槠浞稚⒌奶炀€單元只能在豐富散射的環(huán)境中才能最高效地工作，在直視傳播環(huán)境下，其獲得不同接收信號(hào)的低相關(guān)性的概率會(huì)低很多，因此很難發(fā)揮出優(yōu)勢(shì)。MIMO系統(tǒng)由于需要分流數(shù)據(jù)和多天線單元進(jìn)行配置，對(duì)硬件設(shè)備要求高，而相關(guān)的分流數(shù)據(jù)信號(hào)處理技術(shù)也需要得到完善，這就要求當(dāng)代網(wǎng)絡(luò)與移動(dòng)終端的配置更為復(fù)雜，商業(yè)運(yùn)用成本較大。

三、MIMO技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)

MIMO關(guān)鍵技術(shù)主要涉及信息傳輸技術(shù)和信道建模技術(shù)，因多天線技術(shù)則取決于前二者技術(shù)的解決，因此主要介紹前二者技術(shù)研究動(dòng)態(tài)。MIMO系統(tǒng)容量理論上雖大，但是傳輸系統(tǒng)的實(shí)際方案正在建構(gòu)。由于MIMO系統(tǒng)的傳輸方案研究主要有兩個(gè)方向，空時(shí)編碼方案和復(fù)用方案，空時(shí)編碼方案提出將發(fā)射分集、編碼與調(diào)制結(jié)合成一體，延時(shí)發(fā)射分集的信號(hào)規(guī)范為一種空時(shí)格形碼，從而達(dá)到分集最大化；而復(fù)用方案的實(shí)質(zhì)是將單路的強(qiáng)信號(hào)干擾通過多路分流來(lái)降低最終的信噪比從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)率最大化目的。目前結(jié)合二者方案的優(yōu)點(diǎn)的傳輸誤碼率與速率的折衷方案是最新的趨勢(shì)。同時(shí)MIMO信道模型也正處于建構(gòu)之中。決定MIMO信道空時(shí)處理性的關(guān)鍵因素在于空時(shí)特性，研究指出在有豐富的散射傳播的環(huán)境以及收發(fā)天線單元的多徑相互獨(dú)立，信道矩陣才能發(fā)揮效率，因此基于對(duì)空時(shí)特性進(jìn)行描述的信道模型成了目前MIMO技術(shù)探索的重要領(lǐng)域。兩大技術(shù)的解決關(guān)系著未來(lái)無(wú)線通信系統(tǒng)的模式的建構(gòu)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 常永宇，章健. MIMO技術(shù)在無(wú)線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 現(xiàn)代電信科技. 2004（12）

[2] 任立剛，宋梅，郗松楠，宋俊德. 移動(dòng)通信中的MIMO技術(shù)[J]. 現(xiàn)代電信科技. 2004（01）

[3] 任立剛，宋梅，喬強(qiáng)國(guó)，宋俊德，朱松儉，郗松楠. MIMO+OFDM：新一代移動(dòng)通信核心技術(shù)[J]. 中國(guó)數(shù)據(jù)通信. 2003（10）