MIMO原理及测试实验参考
第一个给定的字符间隔内，每组中的两个字符被同时发射：从天线1发射的信号为S1，从天线2发射的信号为S2。在下一个字符间隔内，信号-S2*从天线1发射，信号S1*从天线2发射。
目前，Alamouti编码已经扩展到多天线系统。当然，Alamouti编码也可以在频域实现，此时称为空频编码。
2.2.2 空分复用
空分复用不仅仅是为了增加系统的稳定性，同时也可以增加传输速率。为了提高传输速率，数据可以分成几个数据流，然后在不同的天线上进行传输。空分复用的天线形式如图9所示。
图9 MIMO天线配置
因为MIMO通过无线信道进行传输，不同的收发天线之间都存在相应的传输信道。同时由于每个传输路径的冲击响应的存在，因此不同的传输信道之间存在相互影响。根据公式2和公式3，如果MIMO系统的传输矩阵H是已知的，那么从接收机可以得到不同天线的数据内容。
2.2.3 波束形成
通过使用不同的天线技术可以明显地增加网络容量。例如，对于不同扇区的天线，每个天线可以覆盖60或120度，作为一个工作小区。在GSM系统中，相比于全向天线而言，采用120度波束天线可以提高3倍的小区容量。
自适应天线阵列可以通过窄带波束实现空间分集。智能天线属于自适应天线阵列的一种。智能天线可以形成一个特定用户的波束，并且可以根据反馈信号实现实时的动态调整。智能天线可包括切换式波束形成和自适应波束形成，可以用于所有的天线阵列系统以及MIMO系统（见图10）。
图10 切换波束形成和自适应波束形成
切换式波束形成可以计算到达角并且切换固定的波束。用户只能沿波束方向才可以得到最优的信号强度。而自适应波束形成可以根据运动的终端而实时地调整波束方向，因此自适应波束形成要比切换式波束形成的复杂程度更高，花费也更大。
3 无线通信系统中的MIMO技术
目前，MIMO已经成为未来移动通信技术的必选项目，都会采用相应的分集和复用技术。以下简单介绍不同标准中对应MIMO的不同表现形式。
3.1 3GPP UMTS
作为主流的移动通信标准，3GPP标准已经有了长足的发展。从WCDMA开始，已经引入了很多提高传输速率的方法，包括HSDPA和HSUPA。最新版本包括HSPA+和LTE。
3.1.1 HSPA+(3GPP R7/R8)
R99（WCDMA）已经引入了发射分集的概念，为了比R6版本的HSDPA可以得到更高的传输速率，R7版本的HSPA+采用了MIMO的技术。在下行链路中，可以采用MIMO或64QAM的调制方式，对应的峰值速率可以达到28Mbit/s，但在R7版本MIMO和64QAM不能同时使用。而在R8的标准中，MIMO和64QAM可以同时使用，峰值速率最高可达42Mbit/s，不支持上行MIMO。
对于高速下行共享信道，MIMO使用两个发射天线阵列，实现方式如图11所示。
图11 PA+MIMO示意图
使用两个发射天线阵列，两个独立的数据流同时在无线信道内传输，可以采用和WCDMA一样的信道化码。在扩频和加扰后，为了更好地在无线信道中传输，对其进行相应的加权预编码。此时需要得到4个ω1~ω4的加权因子。第一个数据流用加权因子ω1和ω2相乘，第二个数据流用加权因子ω3和ω4相乘，加权因子由公式（5）决定。
此时，ω1是固定的，ω2根据基站进行选择。为了保证正交，加权因子ω3和ω4根据ω1和ω2得到。基站根据上行终端选择最优的加权因子。
除了在HS-DSCH中使用MIMO，加权的相关信息必须通过HS-SCCH控制信道传送给终端UE。尽管在上行中不使用MIMO，但是和MIMO相关的信息仍然必须在上行链路中传输。终端UE在HS-DPCCH信道中发送相应的预编码控制指示和信道质量指示，这样可以让基站根据信道情况来调整调制、编码方式和预编码的加权因子。关于HSPA+的更多细节，请参阅参考文献。
3.1.2 LTE(3GPP R8)
3GPP R8版本中定义的LTE，采用降低延时和分组交换技术可以达到更高的传输速率。LTE的多址方式下行采用OFDM，上行采用SC-OFDM，同时MIMO技术也是LTE的重要组成部分。LTE规定的调制方式包括QPSK，16QAM和64QAM。下行的峰值速率最高可达300Mbit/s(4×4MIMO)和150Mbit/s(2×2MIMO)，上行最高可达75Mbit/s。
LTE的下行链路如图12所示。在LTE的下行传输中，LTE包括：单天线传输，没有MIMO；发射分集；开环空分复用，无需UE反馈信号；闭环空分复用，需要UE反馈；多用户MIMO（在指定的相同RB上有多个UE）；闭环预编码；波束形成等几种传输模式。
图12 LTE下行链路示意图
在LTE系统中，1个或2个码字可以映射到多个空间复用的传输层（图12中的Layer Mapper模块）。在空间复用之前，首先经过