MIMO技术的应用

    随着无线通信技术的快速发展，频谱资源的严重不足已经日益成为遏制无线通信事业的瓶颈。如何充分开发利用有限的频谱资源，提高频谱利用率，是当前通信界研究的热点课题之一。

　　多输入多输出（MIMO）无线通信技术的概念非常简单，任何一个无线通信系统，只要其发射端和接收端均采用了多个天线或者天线阵列，就构成了一个无线 MIMO系统。该系统采用空时处理技术进行信号处理。在多经环境下，该技术能在不增加带宽的情况下成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率，是新一代移动通信系统必须采用的关键技术。MIMO技术实质上是为系统提供空间复用增益和空间分集增益，目前针对MIMO信道所进行的研究也主要围绕这两个方面。空间复用技术可以大大提高信道容量，而空间分集则可以提高信道的可靠性，降低信道误码率。

　　空间复用就是在接收端和发射端使用多副天线，充分利用空间传播中的多径分量，在同一频带上使用多个数据通道(MIMO子信道)发射信号，从而使得容量随着天线数量的增加而线性增加。这种信道容量的增加不需要占用额外的带宽，也不需要消耗额外的发射功率，因此是提高信道和系统容量一种非常有效的手段。

　　空间分集是用来克服无线传输中的信道衰落的一种技术，以分为接收分集和发射分集两类，通常可以认为SIMO系统是接收分集，MISO系统是发射分集。无线信号在复杂的无线信道中传播产生 Rayleigh衰落，在不同空间位置上其衰落特性不同。如果两个位置间距大于天线之间的相关距离(通常相隔十个信号波长以上)，就认为两处的信号完全不相关，这样就可以实现信号空间分集接收。

　　MIMO技术的关键是能够将传统通信系统中存在的多径衰落影响因素变成对用户通信性能有利的增强因素。MIMO技术有效地利用了随机衰落和可能存在的多径传播来成倍地提高业务传输速率。MIMO技术成功之处主要是它能够在不增加所占用的信号带宽的前提下带来无线通信的性能上几个数量级的改善。因此在多天线相关的信道建模、信息论和编码理论、信号处理算法、天线设计以及固定和移动的蜂窝设计每一面都取得了进展。

　　MIMO技术带来无线通信系统的四大变革

　　无线通信系统从发送端开始，首先经过发送端编码和发送端调制，然后通过无线通信链路到接收端天线，在接收端解调译码恢复原始信号。MIMO技术的引入是无线通信的一场革命，它的影响是全方位的。从无线通信系统的结构来看，MIMO技术通过和无线通信系统的各个关键部分相结合以改善系统的整体性能，如和编码技术结合形成空时编码技术、与调制技术结合形成 MIMO OFDM技术、与天线技术结合成为多天线的智能天线系统。MIMO技术的引入使先前的通信信号的时频域处理转变为空时频三维的信号处理，极大的增强了系统性能。MIMO无线通信系统在以下一些方面具有巨大的潜力，如频谱的高效使用、带宽的动态分配、安全的无线应用、更高的服务质量、高性能的信号调制传输技术。为此，下一代MIMO无线通信系统使用了许多新的关键技术，包括空时编码技术、MIMO OFDM技术、智能天线术以及空时频三维信号的自适应技术等等。