无线通信收发系统——MIMO系统原理

姓名：甄文晔； 学号：20181214260； 学院：通信工程学院

【嵌牛导读】MIMO系统(Multiple-Input Multiple-Output)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，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收，从而改善通信质量。它能充分利用空间资源，通过多个天线实现多发多收，在不增加频谱资源和天线发射功率的情况下，可以成倍的提高系统信道容量，显示出明显的优势、被视为下一代移动通信的核心技术。

【嵌牛鼻子】MIMO系统理论、系统模型及分集复用

【嵌牛提问】什么是MIMO？

【嵌牛正文】

1. MIMO系统理论

    MIMO(Multiple-Input Multiple-Output）表示多输入多输出。MIMO的优点是能够增加无线范围并提高性能。MIMO允许多个天线同时发送和接收多个空间流。它允许天线同时传送和接收。利用MIMO技术可以提高信道的容量，同时也可以提高信道的可靠性，降低误码率。前者是利用MIMO信道提供的空间复用增益，后者是利用MIMO信道提供的空间分集增益。

    核心思想:时间上空时信号处理和空间上分集相结合。

    时间上空时:通过在发送端采用空时码实现，如空时分组、空时格码，分层空时码。

    空间上分集:通过增加空间上天线分布实现。可以把原来对用户来说是有害的无电波多径传播转变为对用户有利。

2.  MIMO系统模型

    MIMO系统原理如下图所示。

图3.1 MIMO系统原理图

    信道矩阵为：

其中，代表发送天线，代表接收天线。

    接受矢量：，即接收信号为信道衰落系数*发射信号+接收端噪声。

    从上图可以看到，MIMO模型中有一个空时编码器，有多根天线，其系统模型和上述MIMO系统理论一致。发送天线的数目要大于接收天线，因为一般来说，移动终端所支持的天线数目总是比基站端要少。

3. 分集与复用

    根据各根天线上发送信息的差别，MIMO可以分为发射分集技术和空间复用技术。

        1）发射分集:在不同的天线上发射包含同样信息的信号(信号的具体形式不一定完全相同)，达到空间分集的效果，起到抗衰落的作用。典型代表:空时块码（STBC)

        2）空间复用:在不同的天线上发射不同的信息，获得空间复用增益，从而大大提高系统的容量和频谱利用率。典型代表:分层空时码