MIMO技术及其高效开发平台

· 空间复用(SM-MIMO)。在无线信道的本征模式(eigen-mode)，多个天线被用来创立空间上独立的链接。空间复用系统通过在不同发射天线上发射不同数据来提升吞吐率，这样就可在不增加带宽的前提下，显著提升吞吐率。空间复用系统的缺点是在接收器侧需高度复杂的矩阵转换操作，而且当系统进入“全复用”(空间流数等于发射天线数，也就等于接收天线数)模式时，对信道损害更敏感。

· 空-时编码(STC-MIMO)。空间-时间编码系统通过在分别定义为时间、频率和空间的三坐标信令系统外增加冗余的方法来获得编码增益。它们还可用于提供发射多样性增益。与空间复用系统比，STC-MIMO系统在提高通信鲁棒性时并不显著增加吞吐率增益。此外，STC-MIMO很适合发射器也许使用多于接收器天线的非对称条件。

· 分集系统(div-MIMO)。分集是多天线处理的传统形态，它在发射器和接收器间创建独立信道，并在全部独立信道上发射相同信号并将接收到的信号以最优化的方式组合起来，能应对快速衰减的影响。

· 智能天线(SA-MIMO)系统。它是一种可在特定指向上自动适应波束或波束零点(beam-null)的自适应相阵天线系统。

MIMO在军事通信领域的应用

MIMO技术的实在好处并非仅是简单地提升吞吐率或可靠性，而是当恰到好处地与射频的其它因素结合起来时，MIMO可实现真正具有丰富模式的射频——而这正是适合于高楼林立的都市以及森林地带所具有的非视域(NLOS)环境的理想射频技术。这种能力使支持MIMO的系统展示出超越以往单天线射频的弹性并能更好地满足战斗人员和操作环境的需要。

用于军事通信的例子：

· 对通信中心讲(即：地面指挥所、舰对岸或舰对舰通信)，在高吞吐率模式可以高于100Mbps的速率传输数据。

· 在非NLOS环境，射频可利用一种物理模式(如把数据速率降低为10Mbps)以换取更高的服务质量(QoS)。在城市环境中在不同街道行进的一队坦克可继续进行交叉通信。

· 在利用干扰装置力图施扰通信的环境下，一个通过多个信道发送冗余数据的模式可确保接收机接收到未被干扰的数据。完整性和一致性可拯救生命并有助于使命的完成。

· 在移动环境(即：在开阔地带行驶的坦克或军车、搜索目标区域的无人驾驶侦察机)，可采用另一个模式在快速移动的目标间实现高速数据通信。

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· 对隐蔽应用，一些方案可借助丰富的MIMO模式，如采用超低发射功率模式、以降低的数据速率发射数据来消隐电气痕迹。

· 对实时视频监视应用(即：边界或周边监控、实时战场监控)言，可采用高吞吐率、高QoS模式。

· 对网状网来说，一些方案借助了所有反射的好处(即：信号会在数百辆装甲车辆间发生反射和折射)来提升性能，与此相比，目前的单天线系统在苛刻、强干扰环境下无法正常工作。

MIMO的现场验证

目前，供应商必须提供包含了天线、RF收发器、基于数据包的基带处理引擎，以及鲁棒和直观的API的完整射频模块(图3)。Silvus Technologies公司的SC2000等方案是网络应用的理想选择，因为任何媒介接入控制(MAC)协议都可对该射频单元进行操控。用户(或用户程序)可以基于单个数据包指定射频参数。借助300种以上的可选工作模式，这些平台使用户能够对单一数据包进行设置。

可通过对10个不同参数(每个参数值都具有可选范围)的操控来实现这些丰富的模式。表2总结了这10个参数及各自的取值范围。

这个平台采用两个FPGA(分别用于MAC和PHY)以及一个PowerPC处理器，可通过USB 2.0或以太网接口该平台。该平台在一个FPGA内嵌入了4×4 PHY，最多可连接四个射频板。这些方案具有更高的性能和成本效益，以及开发基于MIMO系统时的整体效率。一个完整的FPGA快速原型生成系统支持半实物(hardware-in-the-loop)协同仿真和实时处理。另外，它通过如下两条途径缩短了开发时间：1，快速概念验证；2，把基于MIMO的PHY/MAC整合进用户的具体应用实现。

该工具带的基线设计是兼容802.11n的PHY+MAC，但该基线设计可扩展至包括消弭干扰协议以及可变带宽能力。另外，还可用该平台实现基于FPGA的视频编解码器以使能无线视频流布应用。因可在一个经验框架下用该评估板确认给定环境下的最优模式，所以还可在设计中利用该工具以配置终端系统。举个例子，我们考虑用户想要确认给定环境下的最佳发射模式这样一种情况。该评估板为用户提供了完全配置能力、还允许他/她容易地遍历几百个参数配置以为手边的具体应用确认最佳的链接参数集。

该评估平台可用于验证IP并把该IP与客户整体方案内的其它元素进行对接。当研究人员拥有这样一个平台时，该平台成为借助先进MAC和网络协