3G4G应用中MIMO技术的实现挑战与解决方案

        今天，先进的3G/4G(HSPA+、LTE和IMT-advanced)应用普遍采用多路输入多路输出(MIMO)技术。借助增强的频谱效率，MIMO能够保证实现更高的数据速率，并通过将电子信息嵌入到空间处理单元来提高无线系统的性能。空间处理包括在发射机上进行空间预编码和在接收机上进行空间后编码，从信息信号处理理论角度讲，它们彼此之间进行的是双重处理。MIMO技术与正交频分多路复用(OFDM)相结合可以充分利用无线信道空间分集和多径的特征，实现先进的3G宽带无线通信和高频谱利用率。

                                                                                                      表1：适用于3G标准的3G MIMO技术的演进历程。

        表2是3GPP LTE标准TR 25.913的概述，它显示了在固定64QAM调制深度时，单路输入单路输出(SISO)和MIMO天线配置中的性能。这些数字表示在理想的无线条件下(具有信令开销补偿)，频分双工(FDD)空中接口的物理限制。

                                                                                                    表2：3G MIMO应用(64QAM)的数据速率性能。

        在无线通信系统中，在发射机和/或接收机上使用多个天线开辟了一个新的维度空间。如果能够正确利用这一技术，可以极大地提高性能，它现在被广泛地称为MIMO系统。这里的输入和输出指的是无线信道。发射机的多个天线意味着有多个信号输入到无线信道中，接收机的多个天线是指有多个信号从无线信道输出。图1是对SISO、SIMO、MISO和MIMO系统的简单演示。通过本图，您可以很容易理解对于发射机天线(T)和接收机天线(R)的MIMO系统来说，如果每个发射接收天线对之间的信道独立进行衰落，则信道分集阶数为T×R。

                                                                                                    图1：SISO、SIMO、MISO和MIMO系统之间的关系。

        不同的MIMO应用 

        在一个密集的多径散射环境中，MIMO系统可充分利用通过空间分隔的天线获得空间分集。MIMO系统能够通过许多不同方法来实施，以获得抵抗信号衰落的分集增益或者容量增益。通常，MIMO技术具有三种类型。第一类旨在通过最大化空间分集提高功率效率。此类技术包括延迟分集、空时分组编码(STBC)和空时网格码(STTC)。第二类利用丰富的散射环境中的空间复用，通过天线传输相互独立的数据信号，以提高数据速率，但通常不能够达到完整的空间分集。第三类利用的是发射机的信道信息，又称为波束赋形。它利用信道信息建立波束赋形矩阵，作为发射机和接收机的前置滤波器和后置滤波器的，以实现容量增益。