MIMO無線通信技術的研究

李梓化

【摘要】 無線通信技術經過三代發展，數據傳輸速率仍然有待提高，而目前最具潛力的技術室MIMO技術，MIMO技術是指源于天線分集技術和智能天線技術的新一代無線通信技術，MIMO技術利用空時特性的多徑傳播、分流降噪技術打破shannon容量，極大提高了數據傳速率，該技術的發展或將引領通信革命。

【關鍵詞】 無線通信技術 MIMO技術 原理

一、MIMO無線通信技術原理

MIMO無線通信技術是科研人員將天線分集和空時處理技術相結合的一種新型技術，具有天線分集和智能天線二者優越性，因其收發段都是多天線單元，且運用最新的無線傳輸和信號處理技術，通過多徑傳播有效利用空間資源，建立起了空間并行的數據傳輸通道，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致的系統容量隨著最小天線數目對數增長。

MIMO系統對無線信道多途徑傳播進行了有效利用：如圖1：信息S被沿著多個路線分流，在調制和射頻前端處理后再次以相同的頻率分別從發射裝置發射出去，經過多徑信道的傳遞從不同的分流路徑進入接收裝置，然后對接收到的信號進行處理。現對于抑制多徑傳播的智能接收天線而言，利用空時編碼方案進行發射和接收分集，獲得比起常規系統有顯著的復用和分集增強信息強度效益，同時高效的并行信息通道也顯著提升了信道容量，毫無疑問，MIMO成了最有升值空間的技術，肩負著提升信息傳輸速率的重要任務。

二、MIMO技術的優缺點

首先，分流數據的高效。發送端的分流數據一起發送，各個發射信號處于統一頻帶，在不耗費帶其它帶寬前提下節約了寶貴的帶寬資源；同時可以保持發射端的功率處于恒定狀態從而實現最優功率的匹配，不造成系統的發射功率負擔的增加。其次，對信息干擾的有效處理。MIMO系統將三大通道整體化處理（多徑信道、發射端通道以及接收端通道）優化，可以將空時兩域的干擾進行對消處理達到最優處理效果。再次，對空域的高效利用。與以前的天線分集技術中的定向信道相比，MIMO系統建構起了基于空間的矩陣信道，開拓了化域空間資源，在MIMO對各據點的天線單元的空域抽樣時，出現的空間信道方向不完全正交的情況可通過極化域進行完善。

MIMO面臨的限制。相對于在LOS條件下，MIMO天線的優勢不能發揮，因為其分散的天線單元只能在豐富散射的環境中才能最高效地工作，在直視傳播環境下，其獲得不同接收信號的低相關性的概率會低很多，因此很難發揮出優勢。MIMO系統由于需要分流數據和多天線單元進行配置，對硬件設備要求高，而相關的分流數據信號處理技術也需要得到完善，這就要求當代網絡與移動終端的配置更為復雜，商業運用成本較大。

三、MIMO技術的發展動態

MIMO關鍵技術主要涉及信息傳輸技術和信道建模技術，因多天線技術則取決于前二者技術的解決，因此主要介紹前二者技術研究動態。MIMO系統容量理論上雖大，但是傳輸系統的實際方案正在建構。由于MIMO系統的傳輸方案研究主要有兩個方向，空時編碼方案和復用方案，空時編碼方案提出將發射分集、編碼與調制結合成一體，延時發射分集的信號規范為一種空時格形碼，從而達到分集最大化；而復用方案的實質是將單路的強信號干擾通過多路分流來降低最終的信噪比從而實現數據率最大化目的。目前結合二者方案的優點的傳輸誤碼率與速率的折衷方案是最新的趨勢。同時MIMO信道模型也正處于建構之中。決定MIMO信道空時處理性的關鍵因素在于空時特性，研究指出在有豐富的散射傳播的環境以及收發天線單元的多徑相互獨立，信道矩陣才能發揮效率，因此基于對空時特性進行描述的信道模型成了目前MIMO技術探索的重要領域。兩大技術的解決關系著未來無線通信系統的模式的建構。

參 考 文 獻

[1] 常永宇，章健. MIMO技術在無線通信系統中的應用[J]. 現代電信科技. 2004（12）

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

[3] 任立剛，宋梅，喬強國，宋俊德，朱松儉，郗松楠. MIMO+OFDM：新一代移動通信核心技術[J]. 中國數據通信. 2003（10）