下载文档原格式
描述mimo技术的三种应用模式MIMO (Multiple-Input Multiple-Output)技术是一种广泛应用于无线通信系统中的技术，旨在提高系统的容量和可靠性。
MIMO技术通过同时使用多个天线进行传输和接收，以实现多个数据流的并行传输，从而有效地提高了信道的利用率。
MIMO技术有三种主要的应用模式，包括空时编码、空频编码和波束成形。
第一种应用模式是空时编码（Space-Time Coding），也被称为空时分组（STBC）。
在空时编码中，发送端根据特定的编码算法将数据分配到不同的天线上，并在接收端利用相应的解码算法来重建原始数据。
这种技术利用了空间多样性和时域多样性的特点，可以提高通信的可靠性和抗干扰能力。
空时编码被广泛应用于无线通信系统中，尤其是多天线系统，如4G LTE和Wi-Fi系统。
第二种应用模式是空频编码（Space-Frequency Coding），也被称为空频分组（SFC）。
在空频编码中，电信号被同时传输到不同的频率和空间分支上，以获得更好的频谱效率和容量。
通过将信号分配到不同的子载波和天线上，空频编码可以有效地抵抗多径衰落和信道干扰。
这种技术被广泛应用于多输入输出正交频分复用（MIMO-OFDM）系统，如4G LTE和Wi-Fi系统。
第三种应用模式是波束成形（Beamforming），也被称为波束赋形。
在波束成形中，发送器和接收器通过调整天线的辐射特性来将信号的增益集中在特定方向上，从而提高信号质量和系统的容量。
通过调整相位和幅度，波束成形可以将信号传输到目标用户，同时减小干扰和噪声的影响。
这种技术被广泛应用于蜂窝网络和雷达系统等领域，以提高通信质量和性能。
总的来说，MIMO技术的三种应用模式都具有提高系统容量、抗干扰能力和通信质量的优势。
它们在不同的无线通信系统中扮演着重要的角色，如4GLTE、5G和Wi-Fi系统等。
通过采用空时编码、空频编码和波束成形等技术，MIMO可以在有限的频谱资源下实现更高的数据传输速率和更稳定的信号传输。
mimo 技术的三种模式介绍,mimo 技术作用,mimo 技
术种类
一、MIMO 定义
MIMO 即多入多出技术（MulTIple-Input MulTIple-Output）技术指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收，从而改善通信质量。
它能充分利用空间资源，通过多个天线实现多发多收，在不增加频谱资源和天线发射功率的情况下，可以成倍的提高系统信道容量，显示出明显的优势、被视为下一代移动通信的核心技术。
二、MIMO 技术分类
空分复用
（spaTIal mulTIplexing）工作在MIMO 天线配置下，能够在不增加带宽的条件下，相比SISO 系统成倍地提升信息传输速率，从而极大地提高了频谱利用率。
在发射端，高速率的数据流被分割为多个较低速率的子数据流，不同的子数据流在不同的发射天线上在相同频段上发射出去。
如果发射端与接收端的天线阵列之间构成的空域子信道足够不同，即能够在时域和频域之外额外提供空域的维度，使得在不同发射天线上传送的信号之间能够相互区别，因此接收机能够区分出这些并行的子数据流，而不需付出额外的频。
5G中MIMO技术分析及应用多输入多输出天线技术是无线移动通信领域的重大突破，在不增加带宽的情况下，MIMO技术成倍的提高了通信质量和频谱利用率，是新一代通信系统必备的关键技术。
在5G的建设中，大规模MIMO技术是一项关键技术，它解决了过去传统天线技术信道容量低的问题，提高通信系统的容量，所需成本低，整个系统地顽健性强。
MIMO技术因其覆盖能力强而成为5G采用的关键技术。
标签：MIMO；大规模MIMO天线一、多输入多输出天线技术（MIMO）MIMO技术指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收，从而改善通信质量。
它能充分利用空间资源，通过多个天线实现多发多收，在不增加频谱资源和天线发射功率的情况下，可以成倍的提高系统信道容量，显示出明显的优势、被视为下一代移动通信的核心技术。
MIMO技术经历了从最初的点到点通信，到单小区多用户MIMO，再到多小区MIMO的发展历程。
点对点单用户MIMO由于在实际中天线数目是受限制的，所以信道容量不可能无限制增长。
多用户MIMO利用天线空间的自由度实现多用户分离，其核心思想就是在尽可能地提高用户接收功率的同时，降低不同用户之间的干扰。
MIMO技术之所以在4G系统中广泛应用，主要是因为MIMO 技术通过利用收发两端配置的多根天线，可以充分的利用空间资源，成倍的提高系统信道容量。
一方面，多根天线的应用可以形成分集效应，用来对抗多径效率及平坦性衰落，从而提高系统的顽健性，利用空间的自由度提高单位时间内的信息传播量，间接地提高频谱资源的利用效率。
大规模MIMO技术，又称大规模天线阵列，指在收发两端装备超大数目的天线以发送和接收信号，从而使通信系统可以在相同的时频资源块上同时服务数十个用户。
二、大规模MIMO技术的优势大规模MIMO能够提高系统容量及能量效率，主要特点是在基站侧装配了大量的天线，可以在基站和用户之间形成多条独立传输的数据链路，因此，可以获得更大的空间复用增益。
无线通信网络中的多天线技术多天线技术（MIMO）是无线通信领域中一种重要的技术，通过利用多个发射天线和接收天线，以提高信号传输的可靠性和容量。
本文将介绍多天线技术的原理、应用场景以及未来发展方向。
一、多天线技术的原理多天线技术利用了信号传播时的多径效应。
当信号传播到接收端时，会经历多条不同路径的传播，每一条路径都会产生一个信号，这些信号相互干扰叠加，造成信号衰落和失真。
多天线技术通过在发送端和接收端增加多个天线，可以获取多个信号样本，通过信号处理算法进行合并，以提高信号质量和传输速率。
二、多天线技术的应用场景1. 无线局域网（WLAN）多天线技术在无线局域网中被广泛应用。
传统的无线局域网系统通过单一天线与用户进行通信，受限于信号叠加和干扰，传输速率有限。
而引入多天线技术可以在一定程度上克服这些问题，提高信号质量和传输速率。
目前，IEEE 802.11n和IEEE 802.11ac等无线局域网标准已经引入了多天线技术，实现了更高的传输速率和稳定性。
2. 移动通信系统移动通信系统是多天线技术的重要应用领域之一。
在LTE（Long Term Evolution）等移动通信系统中，多天线技术被用于信道估计、信号检测和信号干扰抵消等关键环节。
多天线技术可以提高信道容量和频谱效率，同时可以减少信号传输中的误码率。
3. 无线传感器网络无线传感器网络是由大量分布在空间中的传感器节点组成的网络，用于感知和监测环境中的物理参数。
多天线技术可以提高传感器节点之间的通信质量，减少信号衰落和干扰，并且可以增加网络的范围和覆盖面积。
对于无线传感器网络应用来说，多天线技术的引入有助于提高网络的可靠性和稳定性。
三、多天线技术的发展方向1. 大规模MIMO大规模MIMO是多天线技术的一种发展方向，它通过在基站端使用大量的天线，同时服务多个用户，以提高信号传输的容量和覆盖范围。
大规模MIMO技术还能够有效抵消信号的干扰和衰落，提高系统的性能。
mimo的七种模式及应用场景
Mimo有七种模式及其应用场景：
1. 单输入单输出（SIMO）：一个发射天线和一个接收天线。
应用场景包括蜂窝网络中的多用户接入。
2. 单输入多输出（SISO）：一个发射天线和多个接收天线。
应用场景包括无线局域网中的多用户接入以及车联网。
3. 多输入单输出（MISO）：多个发射天线和一个接收天线。
应用场景包括多天线路由器中的网络扩展以及室内覆盖。
4. 多输入多输出（MIMO）：多个发射天线和多个接收天线。
应用场景包括蜂窝网络中的高速数据传输以及无线通信系统中的干扰消除。
5. 空时分组复用（STBC）：在多输入多输出系统中，将数据分组后通过多个天线同时发送，以提高信道容量和可靠性。
应用场景包括无线局域网中的视频传输以及移动通信系统中的高速数据传输。
6. 空时分集（STC）：在多输入多输出系统中，通过发送多个相同的数据流来增强信号的可靠性。
应用场景包括无线通信系统中的抗干扰和提高覆盖范围。
7. 多用户混合码（MU-MIMO）：在多输入多输出系统中，同
时为多个用户提供服务，提高系统容量和效率。
应用场景包括蜂窝网络中的多用户接入以及无线局域网中的多用户传输。
mimo的原理及应用1. MIMO的简介多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）是一种无线通信技术，通过在多个天线之间传输和接收数据，提高无线信号的传输效率和可靠性。
MIMO技术在现代无线通信系统中得到了广泛应用，包括LTE、Wi-Fi和5G等。
2. MIMO的原理MIMO技术基于空间分集原理，利用多个天线同时发送和接收独立的数据流，通过多径传播的特性，将数据流在空间中分离出来，从而提高信号的传输速率和抗干扰能力。
MIMO系统的原理可以简单描述为以下几个步骤：1.信号发射端：将要发送的数据流分为多个独立的子流，并通过不同的天线同时发送。
2.多径传播：由于无线信号在传播过程中会经历多条路径，每条路径上的传播特性不同，因此到达接收端的信号会被分为多个不同的子信号。
3.空间分离：接收端的天线接收到的信号会受到多径效应的影响，通过对接收信号进行处理，可以将各个子信号分离出来。
4.信号处理：接收端对接收到的子信号进行处理和解调，恢复原始数据。
3. MIMO的优势和应用MIMO技术具有以下几个优势，使其在无线通信系统中得到广泛应用：3.1 增强信号传输速率通过多个天线同时发送和接收多个子信号，MIMO技术可以大大增加信号的传输速率。
每个天线都可以发送不同的数据流，从而增加了系统的总传输能力。
3.2 提高系统容量和覆盖范围MIMO技术通过空间分集原理，可以在有限的频谱资源下提高系统的容量。
通过合理设计和布置天线，可以达到更好的信号覆盖范围，提供更稳定和高质量的无线通信服务。
3.3 抗干扰和抑制多径衰落由于MIMO系统利用了多个天线和多径传播的特性，可以利用接收信号的空间分离性质抑制干扰信号和多路径信号的衰落。
这使得MIMO系统在复杂的无线信道中具有较好的抗干扰能力和稳定性。
3.4 支持多用户和多任务传输MIMO技术可以同时为多个用户提供高速和可靠的无线通信服务，支持多用户之间的同时传输。
MIMO天线3种技术及应用场景分析0 前言多入多出（MIMO）系统指在发射端和接收端同时使用多个天线的通信系统。
研究证明，MIMO 技术非常适用于城市内复杂无线信号传播环境下的无线宽带宽带通信系统，在室内传播环境下的频谱效率可以达到20～40 bit/s/Hz；而使用传统无线通信无线通信技术在移动蜂窝中的频谱效率仅为1～5 bit/s/Hz，在点到点的固定微波系统中也只有10～12 bit/s/Hz。
通常，射频信号多径会引起衰落，因而被视为有害因素。
然而研究结果表明，对于MIMO系统来说，多径可以作为一个有利因素加以利用。
MIMO技术作为提高数据传输速率的重要手段得到人们越来越多的关注，被认为是新一代无线通信技术的革命。
1 MIMO系统的3种主要技术当前，MIMO技术主要利用发射分集的空时编码、空间复用和波束成型等3种多天线技术来提升无线传输速率及品质。
1.1 发射分集的空时编码基于发射分集技术的空时编码主要有2种，即空时分组码（STBC）和空时格码（STTC）。
虽然空时编码方案不能直接提高数据率，但是通过这些并行空间信道独立、不相关地传输信息，从而使信号在接收端获得分集增益，为数据实现高阶调制创造条件。
1.1.1 空时分组码（STBC）STBC在发射端对数据流进行联合编码以减小由于信道衰落和噪声所导致的符号错误率，它通过在发射端增加信号的冗余度，使信号在接收端获得分集增益，空时分组码是将同一信息经过正交编码后从多根天线发射出去。
MIMO系统的原理，传输信息流s（k）经过空时编码形成N个信息子流 ci（k），i=1，．．．，N。
这N个信息子流由N个天线发射出去，经空间信道后由M个接收天线接收。
多天线接收机利用先进的空时编码处理能够分开并解码这些数据子流，从而实现最佳的处理。
特别是这N个子流同时发射信号，各发射信号占用同一频带，因而并未增加带宽。
若各发射接收天线间的通道响应独立不相关，则多入多出系统可以创造多个并行空间信道。
为了满足系统中高速数据传输速率和高系统容量方面的需求，LTE系统的下行MIMO技术支持2×2的基本天线配置。
下行MIMO技术主要包括：空间分集、空间复用及波束成形3大类。
与下行MIMO相同，LTE系统上行MIMO技术也包括空间分集和空间复用。
在LTE系统中，应用MIMO技术的上行基本天线配置为1×2，即一根发送天线和两根接收天线。
考虑到终端实现复杂度的问题，目前对于上行并不支持一个终端同时使用两根天线进行信号发送，即只考虑存在单一上行传输链路的情况。
因此，在当前阶段上行仅仅支持上行天线选择和多用户MIMO两种方案。
空间复用空间复用的主要原理是利用空间信道的弱相关性，通过在多个相互独立的空间信道上传输不同的数据流，从而提高数据传输的峰值速率。
LTE系统中空间复用技术包括：开环空间复用和闭环空间复用。
●开环空间复用：LTE系统支持基于多码字的空间复用传输。
所谓多码字，即用于空间复用传输的多层数据来自于多个不同的独立进行信道编码的数据流，每个码字可以独立地进行速率控制。
●闭环空间复用：即所谓的线性预编码技术。
●线性预编码技术：作用是将天线域的处理转化为波束域进行处理，在发射端利用已知的空间信道信息进行预处理操作，从而进一步提高用户和系统的吞吐量。
线性预编码技术可以按其预编码矩阵的获取方式划分为两大类：非码本的预编码和基于码本的预编码。
非码本的预编码方式：对于非码本的预编码方式，预编码矩阵中发射端获得，发射端利用预测的信道状态信息，进行预编码矩阵计算，常见的预编码矩阵计算方法有奇异值分解、均匀信道分解等，其中奇异值分解的方案最为常用。
对于非码本的预编码方式，发射端有多种方式可以获得空间信道状态信息，如直接反馈信道、差分反馈、利用TDD信道对称性等。
基于码本的预编码方式：对于基于码本的预编码方式，预编码矩阵在接收端获得，接收端利用预测的信道状态信息，在预定的预编码矩阵码本中进行预编码矩阵的选择，并将选定的预编码矩阵的序号反馈至发射端。
摘要
MIMO使用多个发射和接收天线来增加容量
在微波传输系统中MIMO使用了不同的技术原理
MIMO对高频、短单跳微波传输是有意义的
在LTE、WiMAX和微波传输网络中，采用多输入多输出（MIMO）技术以及合适的部署策略是可以增加容量的。
但是，具有视距传输网络中的MIMO，比如LTE和WiMAX，与其在视距微波传输中的运行相比有所差异。
为了充分利用MIMO的优势，服务提供商需要了解MIMO是如何工作的，以及为什么它在不同的网络中存在差异。
MIMO的优势
MIMO使用至少2个，有时多个，发射天线和接收天线来传输一个单信道。
这种方法增加了数据速率和频谱效率。
例如，在每一侧增加6个天线所得到的容量增长，与在一个单输入单输出（SISO）的信道增加100多倍功率所产生的效果是相同的。
MIMO技术使得容量增加和使用天线数量呈线性关系。
相反，SISO、单输入多输出（SIMO）和多输入单输出（MISO）系统的容量增加，和天线数量呈现对数关系。
相对对数增加而言，线性容量的增加是一个更有效的方法。
MIMO的发射机和接收机比SISO、SIMO和MISO的更复杂，但是它不需要更多的发射功率。
MIMO优势是如此清楚，它和许多技术标准已经相结合，包括：
∙国际电信联盟（ITU）的高速下行分组接入（HSDPA）标准是通用移动通信系统（UMTS）标准的一部分。
∙家用无线路由使用IEEE802.11n标准
∙电气和电子工程师协会在蜂窝电话中使用的移动WiMAX技术IEEE802.16标准。
∙ITULTE标准。
当MIMO遇到香农定理
当MIMO系统在上世纪90年代中后期由GerardFoschini等人提出后，这种具有突破性的带宽效率似乎违反香农定理。
实际上MIMO中的多样性和信号处理的使用，将单一点对点信道变换成多个并行信道来处理了。
香农定理是建立在一个具有信道容量C和以速率R来传输信息的有噪信道上的。
然后它又指出，如果R小于C，应该有这样一些代码，使得接收机错误译码概率达到任意小。
这意味着，从理论上讲，它可能以一个低于速率C的任何速率而几乎没有差错地来传输信息。
这个容量通常表示成：
C=Wlog2(1 + S/N)
这里：
∙C是以每秒比特为单位的信道容量
∙W是以赫然为单位的系统带宽
∙S/N是信噪比（S/N）
对于一个50dB的SNR和20Mhz带宽的信道，它的容量用数学方法表示成：
C=20*log2(1+50)=20*5.6=112Mb/s
容量增加是相对于SNR的一个对数关系，它是一个慢增长。
这个例子使用一个20MHz的信道，这个带宽通常使用在LTE和LTE-A 中。
但20Mhz带宽的LTE-Advanced容量是500Mb / s或更高----显然远远超出香农极限。
超越香农极限的一个途径是提高信噪比和基站发送功率。
但即使信噪比为100，20MHz信道带宽的吞吐量也只有133Mb/ s，远小于LTE-A可能能够提供的500 Mb / s吞吐量。
然而MIMO能够做到这个。
它的高容量接收信息已然成为一个共识。
LTE和WiMAX网络中的MIMO
下面的公式可用于计算MIMO的香农极限。
一个MIMO系统所能达到的最大容量取决于如何建立一个信道，而不只是如SISO系统所示的信噪比。
在数学方面，MIMO系统的性能依赖于信道矩阵H及其性能的条件。
可以认为H信道矩阵是一组方程。
每个方程代表一个接收信号，这个接收信号代表了一组唯一的信道系数和与之相应的发射信号共同作用的
结果。
该系统的性能最佳是H矩阵满秩，每行和每列满足相互之间的完全独立。
换句话说，如果矩阵是线性的，也就是矩阵是满秩的，那么方程是可解的。
这意味着系统的最优性能只有在每个通道是完全独立时才可能存在。
在一个充满散射、阴影衰减、反射和其它影响的环境中，信道是完全相互独立的。
尽管这看起来像一个反直觉的解释，得到所传输信息的唯一途径是H 矩阵的可逆。
仅当H矩阵所有的行和列都是不相关时，H矩阵是可逆的。
而只有散射、阴影衰减、反射和其它影响存在时，行和列才是不相关的。
这是LTE和WiMAX网络的典型情况，特别是在人口稠密的城市地区使用时。
点对点微波网络中的MIMO
在一个点对点微波传输系统,中，一个矩阵可能包含2个发射天线和2个接收天线，如图1所示。
这是一个2×2的MIMO系统。
图1 一个点对点的微波矩阵使用多个发射和接收天线假如H12表示从发射天线1到接收天线2的信号行程，那么矩阵变成：∙r1=h11t1 + h12 t2
∙r2=h21t1 + h22 t2
这里：
∙r1=天线1的接收信号
∙r2=天线2的接收信号
在一个视距系统中：
r1=t1+ t2
r2=t1+t2
这样H=
1 1
1 1
即使对数学了解不多，也是能够看出这个矩阵方程是无解的，是没有办法求解的。
这样似乎看出MIMO是不适合点对点微波系统的。
实际上MIMO是能够用于点对点微波系统，理论和实际是不相符的。
微波系统中的视距MIMO
在点对点微波系统中，对MIMO要注意这样一个情况，由于散射、和增加容量而需要的反射以及阴影衰减，使得接收信号不相关。
相反，它依赖于发射天线之间、接收天线之间的空间距离。
利用一个合适的天线间距可以消除干扰信号，从而增加端口之间的容量传输。
为了消除干扰信号，2条路径之间的传播差异，必须允许2个接收的信号在接收机的解调器中是相互正交的。
在传统的MIMO系统中，路径传播之间的差异可以通过使用环境的物理目标来创建。
而这种方法在微波链路是不可能的，因为它们是典型的视距连接而且使用了高方向性天线。
然而，由于微波传输使用了高载波频率，这使得有可能在接收端形成了一个短的和长的传输路径，这样可以使用天线间距，来设计一个具有需要的正交相位差的2×2MIMO信道。
这通常被称为一个视距（LOS）MIMO系统。
在一个2×2的MIMO系统中，在接收端2个路径之间的相位差是90°，图2解释了这个原理。
图2 合适的天线间距消除干扰信号从而增加了容量当一个理想的90°相位差出现时，干扰信号能够被完全消除。
这样就创建了两个独立的通道，有效地增加了现有信道的容量。
微波传输系统中使用的高频是一个非常短的波长。
可是，传播路径的地理空间特性意味着为了达到理想的相位差，在天线之间需要保持一个比较大的空间距离。
图3显示了在不同微波频率下，最优天线间距和微波单跳距离的关系曲线。
图3 视距MIMO是适合较高的微波频率和较短的微波单跳使用对较短的微波单跳和较高的微波频率来说，天线间距要求是能够实现的。
然而，对于低频率和长距离微波单跳来说，天线间距的要求变得很高，使得他们在实际使用中是不可能满足的。
MIMO的使用意义
在非视距LTE和WiMAX网络，MIMO是一个增加传输容量的强大技术。
在一些点对点的微波传输应用场景中，视距MIMO也可以在增加传输容量中发挥重要的作用。
了解何时何地MIMO可以发挥作用的服务供应商，将在充分利用MIMO技术中处于一个最佳位置。
