MIMO技术浅析

MIMO技术浅析

        上次简单的说明了OFDM技术的原理，OFDM技术利用正交频分复用技术，极大的扩大了频谱利用效率，一个高速的完整数据流被串并调制到N个并行的子载波上传输，也就是说，数据被打包到子载波上传输，这样一来，OFDM系统要想增加数据容量，那么必须使用更多的子载波，但这却会增加数据的带宽，所以说，OFDM技术不能无限的节省带宽进行大吞吐量的数据交换。而MIMO技术，恰巧解决了这个问题。

        MIMO(Multiple-InputMultiple-Output)技术是针对多径无线信道来说的，它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，它与传统的信号处理方式的不同之处在于其同时从时间和空间两个方面研究信号的处理问题，从而能够在不增加带宽与发射功率的前提下，提高系统的数据速率、减少误比特率、改善无线信号的传送质量。它的原理如下图所示：

                                                                            

         MIMO技术的优点就是可以提高系统的可靠性和扩大系统的容量，这其实也就是MIMO技术的两个核心思想，空间分集技术和空分复用技术，前者用来解决可靠性问题，后者用来解决容量问题。

        怎么理解呢？简单来讲，空间分集技术就是用多个天线发送同样的数据，对接收端来讲，便极大的提高了信号传输的可靠性；空间复用技术就是利用多个天线同时发送独立的数据，这样就增加了系统的数据容量。对于天线数量和信道容量的关系，可以简单的推导出来，架设发射端各天线发射独立的等功率而且各信号满足Rayleigh分布，根据MIMO系统的信道传输特性和香农信道容量的计算方法，推导出平衰落MIMO系统信道容量近似表达式为：

        其中B是信号带宽，SNR为接收端信噪比大小，min（N,M）为发射天线数量N和接收天线数量M中的最小者。

        那么现在，简单的介绍一下MIMO系统的两大技术：空间分集技术和空间复用技术。

        空间分集技术

        它的主要思想就是在发射端对数据进行联合编码以减小信道衰落和噪声导致的符号错误率，通过在发射端联合编码增加信号的冗余度，从而使信号在接收端获得最大的分集增益和编码增益。编码方法有两种，空时格码（STTC，Space-Time Trellis Code）和空时分组码（STBC：SPACE-TimeBlock TIme），空时格码可以实现满分集增益，空时分组码也可以获得分集满增益，并且处理方式简单，只需要在接收端进行简单的线性处理，简化了接收机的机构。

        空间复用技术

        空间复用技术就是通过不同的天线尽可能多的在空间信道上传输相互独立的数据。它能最大化MIMO系统的平均发射功率，但只能获得有限的分集增益，不过空间复用技术和空间分集技术结合起来，就可以克服各自的缺点啦。空间复用技术也包括一系列的解码方式，如ZF、MMSE、ML、BLAST等。以下就是MIMO信道的传输原理图：

        其实讲了OFDM技术和MIMO技术的简单原理是想在这里说明一个问题，那就是OFDM和MIMO系统组合的必要性。MIMO技术可以扩大系统容量，增加传输可靠性，但不能解决频率选择性衰落问题；OFDM技术可以扩大频谱利用效率，解决多径传输效应和频率选择性衰落问题，但是不能解决系统容量问题。这样一来，OFDM-MIMO系统的组合算是无线通信领域的重大突破，可谓无坚不摧哈！

                    同样，MIMO系统里面也有一些关键的技术需要解决，集中在空时信号的处理技术，OFDM-MIMO技术在信道估计方面、信道纠错编码、自适应方面。关于详细的细节，大家可以参考《OFDM Concepts for Furture Communication Systems》《MIMO Communication For Cellular Networks》《BroadbandMIMO-OFDM Wireless Communications》等书籍资料。。。