为什么大规模mimo系统可以增加系统容量

为什么大规模mimo系统可以增加系统容量

什么是MIMOMIMO又称为多入多出系统，指在发射端和接收端同时使用多个天线的通信系统，在不增加带宽的情况下可以成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率。MIMO技术最早于1908年由Marconi(马可尼)，它在发射端和终端采用多条天线的结构，采用这种结构可以大幅的抑制通信过程中信道的衰落，从而提高系统信道的容量、提高信号的覆盖范围、提高信道的传输速率。2O世纪70年代，有人提出将该系统用于通信网络中，但是真正对无线通信系统产生巨大推动的是9O年代的BELL实验室的工作者。MIMO技术是无线通信领域的一个巨大突破，2011年，多家公司开发了基于MIMO技术的WIFI或WIMAX商用系统。2012年，所有的4G通信系统的标准(例如TD．LTE，LET．A，WIMAX等)都选用MIMO技术作为其关键技术之一。MIMO的信号模型MIMO天线在发射端和接收端均采用多天线，传输信息流经过“空时编码”形成Xn个信息子流，Xn个子流同时发送到信道，各发射信号占用同一频带，因而并未增加系统带宽。若各发射接收天线问的信道响应独立，则多入多出系统可以创造多个并行空间信道，通过这些并行空间信道独立的传输信息，数据率必然会得到提高OMIMO的信号模型如图1所示。MIMO的技术分类1.空分复用(spatialmultiplexing)空分复用技术是在发射端发射相互独立的信号，接收端采用干扰抑制的方法进行解码，此时的理论空口信道容量随着收发端天线对数量的增加而线性增大，从而能够显著提高系统的传输速率。空分复用的基本框图如图2所示。2.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。可以分为接收分集和发射分集。3.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。4.预编码(precoding)预编码主要是通过改造信道的特性来实现性能的提升，是支持多层发送的广义波束成型技术。预编码对多个数据流采用各自不同且联合计算的预处理矢量，以使总链路吞吐量达到最大。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。MIMO的应用研究MIMO技术已经成为无线通信领域的关键技术之一，通过近几年的持续发展，MIMO技术将越来越多地应用于各种无线通信系统在无线宽带移动通信系统方面，第3代移动通信合作计划(3GPP)已经在标准中加入了MIMO技术相关的内容，B3G和4G的系统中也将应用MIMO技术。在无线宽带接入系统中，正在制订中的802．16e、802．11n和802．20等标准也采用了MIMO技术。在其他无线通信系统研究中，如超宽带(UWB)系统、感知无线电系统(CR)，都在考虑应用MIMO技术。随着使用天线数目的增加，MIMO技术实现的复杂度大幅度增高，从而限制了天线的使用数目，不能充分发挥MIMO技术的优势。目前，如何在保证一定的系统性能的基础上降低MIMO技术的算法复杂度和实现复杂度，成为业界面对的巨大挑战。

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