MIMO系统原理与标准概述

对更高网络容量和更高无线网络性能的需求是不变的。多输入多输出(MIMO)系统能极大地改善频谱效率，因此MIMO将在很多未来的无线通信系统中扮演重要角色。本文将概述MIMO系统的原理和这些系统的标准化。

　　在过去几年中，无线业务变得越来越重要，同时对更高网络容量和更高性能的需求不断增长。几种选择方式如更高带宽、优化的调制方式甚至代码复用系统实际上提高频谱效率的潜力有限。MIMO系统通过采用天线阵列，利用空间复用技术来提高所使用带宽的效率。

　　MIMO系统利用来自一个信道的多个输入和多个输出。这些系统是用空间分集和空间复用定义的。空间分集分为Rx和Tx分集。信号的副本从另外一个天线发送或在多个天线处接收。采用空间复用，系统能在一个频率上同时传输一个以上的空间数据流。MIMO是在802.11n、802.16-2004和802.16e以及3GPP中制定的。包含MIMO的更新的标准是IEEE802.20和802.22。本应用笔记将概述MIMO系统的原理以及这些系统的标准化。本文将用到WCDMA、OFDM和天线阵列的基础知识。

　　MIMO信道

　　非MIMO系统用几个频率通过多个信道链接。MIMO信道具有多个链路，工作在相同的频率。该技术的挑战是所有信号路径的分离和均衡。信道模型包括具有直接和间接信道分量的H矩阵。直接分量(例如h11)描述信道平坦度，而间接分量(例如h21)代表信道隔离。发送信号用s代表，接收信号用r代表。时间不变的窄带信道定义为：

　　

　　了解H对于解码来说是必要的，并通过一个已知的训练序列估计。如果接收器将信道近似值发送到发送器，则可以用来进行预编码。预编码能改善MIMO性能。

　　香农推出了下列公式，可以计算理论信道容量。

　　

　　它包括了传输带宽fg和信噪比。大多数信道容量的改善都是基于带宽扩展或者其他调制。这些因素并不能很大地提高频谱效率。MIMO系统的香农容量又决定于天线的数量。M是最小的MT(发送天线的数量)或MR(接收天线的数量)，表示空间信息流的数量。例如，一个2x3的系统只能支持两个空间数据流，这个结果同样适用于2x4的系统。

　　对于MIMO，下面的公式给出容量的计算方法：

　　

　　MIMO容量随着天线的数量呈线性增加。不对称的天线星座分布(例如1x2或2x1)被称为接收或发送分集。在这些情况下容量(CTx/Rx)随天线的数量呈对数形式的增长。