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现代通信系统中的多天线技术随着移动通信技术的发展，多天线技术成为了一个被广泛应用的领域。
今天我们所用的4G、5G移动通信技术都离不开多天线技术的支持。
本文就将围绕着多天线技术展开，深入探讨它的相关内容。
一、多天线技术的概述多天线技术，也称作MIMO技术，是指利用多个天线来增强信号传输和接收的技术。
它的基本原理是通过将信号同时发送到多个天线上，然后将经过不同路径传回来的信号重新组合起来，从而提高了信号的质量和可靠性。
多天线技术广泛应用于移动通信、WLAN、WiFi等领域。
二、多天线技术的优点1. 提高了网络容量和质量多天线技术通过增加天线数量，可以提高网络的容量和覆盖范围，从而提高了网络的质量和性能。
2. 增强了抗干扰性能由于多天线技术可以通过重新组合信号来增强信号的质量和可靠性，因此，它可以有效地降低干扰的影响，提高网络的抗干扰性能。
3. 改善了用户体验多天线技术可以提高用户的数据传输速度和响应速度，从而改善了用户的体验，用户可以更快地下载、浏览和播放视频、音乐等。
三、多天线技术的实现方法多天线技术有多种实现方法，根据不同的场景和需求，实现方法也会有所不同，下面列举其中两种最常见的实现方法：1. SIMO（单天线-多接收机）SIMO是多天线技术中最简单的一种，它只有一个发送天线，但可以有多个接收天线。
具体而言，当发出的信号经过了多条路径之后，将会有多个接收天线接收到这个信号，然后将多个接收信号进行处理，以提高接收信号的质量和可靠性。
SIMO最常用于室内环境中，例如大楼内部、机场等区域。
2. MIMO（多天线-多接收机）相比于SIMO，MIMO拥有多个天线，既可以发射信号，也可以接收信号。
具体来说，当一个信号经过多条路径传播时，会到达多个天线，这时多个天线会分别接收到这个信号，并将接收到的信号进行处理和运算，从而提高了信号的质量和可靠性。
MIMO最常用于室外环境中，比如在车载设备、移动通信中。
四、多天线技术的应用领域多天线技术广泛应用于不同的领域，下面列举其主要应用领域：1. 移动通信多天线技术是移动通信中最重要的技术之一，它可以提高通信速率和覆盖范围，从而提高了网络的质量和性能。
多天线技术在通信系统中的应用与性能优化多天线技术是一种在现代通信系统中被广泛应用的技术，通过利用多个天线来提高通信系统的性能和覆盖范围。
本文将重点探讨多天线技术在通信系统中的应用以及如何优化其性能。
一、多天线技术的应用在传统的通信系统中，一般只使用单天线来进行通信。
然而，随着通信技术的不断发展，单天线已无法满足快速传输大容量数据的需求。
因此，引入多天线技术成为提高通信系统性能的有效途径。
多天线技术主要分为MIMO（多输入多输出）和beamforming两种方式。
MIMO技术通过同时使用多个发射天线和接收天线来提高通信系统的吞吐量和可靠性，从而实现更快速的数据传输。
而beamforming技术则是通过调整天线的方向性，使信号聚焦在特定的方向上，从而提高通信系统的覆盖范围和抗干扰能力。
二、多天线技术的性能优化为了充分发挥多天线技术在通信系统中的作用，需要进行一系列性能优化。
以下是几种常见的性能优化方法：1. 天线布局优化：合理的天线布局可以有效地提高通信系统的覆盖范围和信号质量。
通过优化天线的位置和方向，可以减小信号传输路径的损耗，提高系统的传输效率。
2. 天线选择优化：在多天线系统中，选择合适的天线也是至关重要的。
通过合理选择发射和接收天线的组合，可以最大限度地提高系统的性能和可靠性。
3. 信道估计优化：信道估计是多天线通信系统中的一个重要环节，其准确性直接影响系统的性能。
因此，需要通过合适的信道估计算法来优化系统的性能。
4. 功率控制优化：在多天线系统中，合理控制功率分配可以有效地提高系统的能效和抗干扰能力。
通过动态调整各个天线的功率，可以使系统在不同场景下具有更好的性能表现。
5. 频谱利用优化：多天线技术可以有效地提高频谱利用率，但也需要进行合理的频谱分配和调度。
通过优化频谱利用方式，可以进一步提高通信系统的性能和容量。
综上所述，多天线技术在通信系统中具有广泛的应用前景和发展潜力。
通过对其应用进行深入研究和性能优化，可以不断提升通信系统的性能和用户体验，推动通信技术的不断创新和发展。
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。
多天线技术的发展与应用随着无线通信技术的快速发展，多天线技术已经成为了无线通信技术领域中的一个重要趋势。
多天线技术可以提高无线通信的传输速率和可靠性，并且可以适应不同的信道环境和应用场景。
在本文中，我们将探讨多天线技术的发展与应用，并且简要介绍一些在多天线技术方面的最新研究成果。
一、多天线技术的概述多天线技术是指通过一组天线来实现无线通信的技术。
多天线技术可以分为多输入多输出（MIMO）和多用户多天线（MU-MIMO）两种基本的类型。
其中，MIMO技术是指在一个收发器上使用多个天线来传输同一个数据流，而MU-MIMO技术则是指在一个收发器上使用多个天线来同时传输多个数据流。
多天线技术的优势在于可以提高无线通信的传输速率和可靠性，并且可以适应不同的信道环境和应用场景。
同时，多天线技术也具有低功耗、低时延、抗干扰等优点，因而被广泛应用在无线通信领域。
二、多天线技术的发展多天线技术自从被提出以来，已经经历了多个阶段的发展。
早期的多天线技术主要是用于降低误码率和提高信号覆盖范围，而后来随着无线通信技术的发展，多天线技术也逐渐应用到了无线局域网、移动通信、卫星通信等领域。
目前，多天线技术已经成为了无线通信领域中的一个最热门的技术。
与传统的单天线技术相比，多天线技术可以大大提高无线通信的传输速率和可靠性，并且可以适应不同的信道环境和应用场景。
三、多天线技术的应用多天线技术已经广泛应用到了无线通信领域中的多个应用场景中。
下面我们简要介绍一下多天线技术在这些应用场景中的应用情况。
1、移动通信在移动通信领域中，多天线技术已经成为了4G以及5G无线移动通信的核心技术之一。
在4G网络中，MIMO技术被广泛应用于下行链路，可以大大提高无线通信的传输速率和可靠性。
而在5G 网络中，MU-MIMO技术被广泛应用于下行链路和上行链路，可以支持更高的用户密度和更高的传输速率。
2、无线局域网在无线局域网中，多天线技术可以提高信号的覆盖范围和传输速率，并且可以支持更多的终端设备连接网络。
移动通信的MIMO天线技术移动通信行业一直在不断发展，为了满足用户对更快速、更稳定的数据传输需求，MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）天线技术应运而生。
MIMO天线技术通过同时使用多个发射和接收天线，有效地提高了通信系统的信号质量和系统容量，为用户提供更好的通信体验。
一、MIMO天线技术的原理和优势MIMO天线技术利用了空间上的多样性，通过在发射端和接收端增加多个天线，并采用信号处理算法将这些天线之间的信号分离和组合。
这种技术不仅能够显著提高无线传输的数据速率，还能够降低功耗和提升系统的覆盖范围。
MIMO天线技术具有以下几个优势：1. 增加数据传输速率：MIMO技术利用多个天线同时传输不同的数据流，使得传输速率大幅提升。
通过合理设计天线分布和信号处理算法，可以实现多天线之间的信号独立传输，提高频谱效率。
2. 提高传输可靠性：MIMO技术通过在空间上部署多个天线，可以减少信号的衰落和多径效应对传输质量的影响。
即使在信号受阻挡或干扰的情况下，MIMO技术仍能保持较高的传输可靠性。
3. 增强系统容量：MIMO技术在不增加频带宽度的情况下，通过增加天线的数量和信号处理算法，可以有效提高系统的容量，满足用户对于大规模数据传输的需求。
4. 减少功耗和干扰：MIMO技术在提升传输速率的同时，通过优化天线的功率分配和信号处理算法，可以降低功耗和减少对其他系统的干扰，提高整个系统的性能。
二、MIMO天线技术在移动通信领域的应用MIMO天线技术在移动通信领域的应用非常广泛，例如4G和5G 无线网络、Wi-Fi网络等都采用了MIMO技术。
以下是MIMO天线技术在几个典型应用场景中的具体应用：1. 无线网络：MIMO技术在4G和5G移动通信网络中得到了广泛应用。
通过在基站和终端设备中增加多个天线，可以实现多个用户之间的并行数据传输，提高网络容量和覆盖范围。
同时，MIMO技术还可以降低信号的干扰，提高网络的可靠性和稳定性。
通信技术中的多天线技术与信道估计多天线技术在通信技术中扮演着重要角色，它通过利用多个天线来提高无线通信系统的性能。
在无线通信系统中，信道估计也是一项关键技术，它用于获得信道状态信息，从而实现数据的可靠传输和无线资源的有效分配。
本文将介绍通信技术中的多天线技术以及与之相关的信道估计。
在传统的通信系统中，通信会受到多径效应、衰落和干扰等因素的影响，从而导致信号的传输质量下降。
为了克服这些问题，研究者们提出了多天线技术，通过增加发送和接收天线的数量来提高系统性能。
多天线技术主要有两种形式：多输入多输出（MIMO）和大规模多输入多输出（Massive MIMO）。
MIMO技术是一种在发送和接收端分别配备多个天线的技术。
通过利用发送天线上的空间分集和接收天线上的空间复用，MIMO系统可以获得更高的传输速率和更好的抗干扰能力。
在MIMO系统中，通过使用空间信道矩阵进行信道估计，可以获得准确的信道状态信息，从而实现更高的传输速率和更可靠的通信。
Massive MIMO技术是一种在基站端配备大量天线的技术。
相比于传统的MIMO技术，Massive MIMO系统可以支持更多的用户同时进行通信，并显著提高系统的容量和覆盖范围。
在Massive MIMO系统中，由于天线数量的增加，信道估计变得更加复杂。
为了减小信道估计的开销，研究者们提出了基于极小化方差和基于非线性压缩感知的信道估计算法，这些算法可以有效地估计大规模MIMO系统中的信道状态信息。
除了多天线技术，信道估计也是无线通信系统中一项重要的技术。
信道估计可以用于获取信道状态信息，包括频率选择性和时变的特性。
准确的信道估计有助于提高数据的可靠传输和无线资源的有效分配。
在无线通信系统中，常用的信道估计方法包括最小二乘法、最大似然法和卡尔曼滤波等。
这些方法可以根据接收到的信号数据来对信道进行估计，并得到信道状态信息。
为了进一步提高信道估计的准确性，研究者们提出了一些先进的信道估计算法。
多天线技术在无线通信中的应用随着科技的不断发展，无线通信已经成为了我们日常生活中不可或缺的一部分。
为了提高无线通信系统的性能、增加数据传输速率和信号覆盖范围，多天线技术应运而生。
多天线技术在无线通信中的应用越来越广泛，本文将探讨多天线技术在无线通信中的作用和应用。
多天线技术，即MIMO技术（Multiple-Input Multiple-Output），是指在无线通信系统中，发送端和接收端都配备多个天线，通过利用空间多样性和频谱多样性来增加通信系统的容量和可靠性。
通过多天线技术，可以实现多条独立的数据流同时传输，从而提高了无线通信系统的传输速率和抗干扰能力。
在一般的无线通信系统中，采用单天线传输数据，传输速率和传输距离受到很多限制。
而引入多天线技术后，可以充分利用空间资源，实现多个天线之间的协同工作，极大地提高了通信系统的性能。
在实际的无线通信系统中，多天线技术主要应用于以下几个方面：一、提高数据传输速率在传统的单天线系统中，由于受到信道衰减和多径效应等因素的影响，数据传输速率很难得到进一步提高。
而多天线技术可以通过同时使用多个天线传输数据，提高了系统的频谱效率，从而显著提高了数据传输速率。
通过多天线技术，可以在不增加频谱资源的情况下，实现更高的数据传输速率，满足了用户对高速数据传输的需求。
二、提高信号覆盖范围在无线通信系统中，信号的覆盖范围是一个很重要的指标。
传统的无线通信系统由于信号衰减等问题，往往无法实现远距离的通信。
而多天线技术可以通过利用多径效应和空间多样性，提高了信号的覆盖范围，使得信号能够在远距离传输，并且保持较高的通信质量和稳定性。
三、抑制多径干扰在无线通信系统中，多径效应是一个常见的问题，会导致信号间的干扰和衰减。
多天线技术可以通过使用空间多样性，抑制多径干扰，提高信号的质量和稳定性。
通过多天线技术，可以实现空间分集和空间编码处理，降低了多径干扰对系统性能的影响，提高了通信系统的可靠性。
《面向5G移动终端的MIMO天线设计与研究》篇一一、引言随着移动互联网技术的迅猛发展，5G时代已来临，对移动通信设备的性能提出了更高的要求。
多输入多输出（MIMO）技术作为5G网络的关键技术之一，其天线设计的重要性不言而喻。
本文将针对面向5G移动终端的MIMO天线设计与研究进行深入探讨，旨在提高5G移动终端的通信性能和系统容量。
二、MIMO天线技术概述MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）技术是一种在无线通信系统中广泛应用的信号处理技术。
通过在发射端和接收端分别设置多个天线，MIMO技术能够有效地提高系统的信道容量和传输速率，同时降低信号的干扰和衰落。
在5G时代，MIMO天线技术更是成为了提高频谱效率和提升通信质量的关键手段。
三、5G移动终端MIMO天线设计1. 设计要求针对5G移动终端的MIMO天线设计，需要满足以下要求：首先，要保证天线在多个频段上的良好性能；其次，要降低天线间的相互干扰，提高系统的隔离度；此外，还需考虑天线的尺寸、重量以及制造成本等因素。
2. 设计方案（1）天线结构优化：采用紧凑型结构设计，减小天线的尺寸和重量，同时保证其在多个频段上的性能。
（2）多频段覆盖：设计具有多频段覆盖能力的MIMO天线，以满足5G网络的不同频段需求。
（3）隔离度提升：通过采用特殊的天线布局和电路设计，降低天线间的相互干扰，提高系统的隔离度。
（4）仿真与优化：利用电磁仿真软件对设计方案进行仿真验证，根据仿真结果进行优化设计。
四、MIMO天线性能研究1. 仿真与测试通过电磁仿真软件对设计的MIMO天线进行仿真验证，包括天线的辐射特性、阻抗特性以及信号传输特性等。
然后在实际环境中对天线进行测试，评估其性能表现。
2. 性能分析（1）频谱效率：通过对比实验数据和仿真结果，分析MIMO天线的频谱效率，评估其在提高系统容量的作用。
（2）抗干扰能力：分析MIMO天线在复杂电磁环境下的抗干扰能力，评估其在实际应用中的性能表现。
5G通信技术中多天线技术的使用教程随着信息时代的发展，通信技术不断创新。
5G通信技术作为最新一代移动通信技术，具有更快的速度、更低的延迟和更高的可靠性，为人们的生活带来了巨大的影响和改变。
在5G通信技术中，多天线技术被广泛使用，为用户提供更好的连接质量和体验。
本篇文章将为您介绍5G通信技术中多天线技术的使用教程。
1. 多天线技术的基本概念多天线技术（MIMO）是指在同一个通信系统中，同时使用多个天线进行信号传输和接收的技术。
通过同时发送和接收多个信号，多天线技术可以显著提高无线信号的传输速率和性能。
在5G通信技术中，多天线技术被广泛应用于基站和终端设备之间的通信连接，以实现更快速、更可靠的数据传输。
2. 多天线技术的工作原理多天线技术的工作原理可以简单描述为：发送端使用多个天线同时发送不同的信号，并通过信道传输到接收端的多个天线上。
接收端的多个天线接收到不同的信号后，经过信道分离与处理，将多个信号重新合并在一起，并恢复原始的数据信息。
3. 多天线技术的优势多天线技术在5G通信技术中具有许多优势。
首先，多天线技术可以提高无线信号的传输速率，通过同时传输多个信号，增加了传输效率。
其次，多天线技术可以提高信号的覆盖范围和穿透能力，更好地满足用户在不同环境下的通信需求。
此外，多天线技术还可以减少信号的干扰和衰落，提高通信系统的可靠性和稳定性。
4. 多天线技术的应用场景多天线技术在5G通信技术中有广泛的应用场景。
其中之一是大规模天线阵列（Massive MIMO）技术。
通过在基站上部署大量的天线，与终端设备进行通信，大规模天线阵列技术可以显著增加通信覆盖范围和传输速率。
另一个应用场景是波束成形（Beamforming）技术。
波束成形技术通过动态调整天线之间的相位和振幅关系，将无线信号聚焦在特定的方向上，提高信号传输的可靠性和质量。
5. 多天线技术的使用教程使用多天线技术需要注意一些关键的步骤和技巧。
首先，正确选择和配置天线：根据实际需求和环境条件，选择适合的天线类型和数量，并合理布置在基站或终端设备上。
文章编号:1003-8329(2004)01-0005-04下一代移动通信中的多天线技术张功国, 陈路, 徐成伍(重庆邮电学院,重庆400065) 摘要:本文详细地介绍了无线通信中的空间通信技术,结合空时处理技术分析了各种多天线系统的原理和应用。
文章追踪了空间通信领域的一些最新动态,并在最后给出了不同多天线技术对改善系统容量的作用。
关键词:多天线系统;MIMO;智能天线 中图分类号:TN 929.5 文献标识码:AM ultiple -antenna T echnology in Nex t GenerationM obile CommunicationZHANG Gong-guo, CHEN Lu, XU Cheng -wu(Chong qing U niversity of Posts and Telecommunications ,Chongqing 400065,China )Abstracts :Space communication technologies in wireless com munication field are described in this paper.Principles and applications of several multi-antenna technologies are presented tog ether w ith tim e -space sig nal processing techniques .And more ,some new developm ents in space com -munication field are focused on.Finally positive effects to system capacity of these multi-antenna technologies are deduced and demonstrated.Key Words :multi -antenna system ;M IM O ;smart antenna 一、引 言 多天线技术是当前无线通信技术中的研究热点之一,所谓多天线技术,就是在发射端和接收端采用多根天线用于收发。
多天线技术实际是空间通信技术之一,它与空时处理密切相关,空时处理就是将时域处理和空域处理结合在一起。
使用天线阵列和空时信号处理,可以有效地提高系统的性能和容量,并抑制同信道干扰和媒质干扰,获得抵抗多径衰落的分集增益。
在无线通信系统中,同信道干扰(CCI)和码间干扰(ICI)是限制通信容量和数据率的两个主要因素。
第三代无线通信主要采用码分多址接入(CDM A )技术。
CDM A 系统为干扰受限系统,受限于无线信道的多径衰落、多址干扰(M AI)和码间串扰(ISI),提高用户的信干噪比不能简单地通过增加发射机功率达到,因此多天线和空时处理技术成为CDM A 系统中的重要研究课题。
下一代的无线通信面临的问题有:更高的传输速率、有限的频谱资源、恶劣的传输环境、低的发射功率,多天线系统是解决这些问题的方法之一。
在CDM A 系统中得到广泛应用的多天线技术有:扇区天线、空间复用天线、空间分集天线和智能天线技术。
《无线通信技术》年第1期X 基金项目:国家科技部科技型企业创新基金(01c 26215110971)作者简介:张功国,男,重庆邮电学院信科公司。
从事通信工程类相关工作。
二、扇区天线 小区扇区天线可以认为是一种简化的、固定的空域预分配天线系统。
扇区天线通过减少无用方向的电磁波辐射(干扰)来增加蜂窝移动通信系统的频谱利用率,利用了天线阵增益,减少了发射功率。
扇区天线示意图如图1。
图1 扇区天线示意图三、多入多出天线 多入多出(M IM O)或多发多收天线(MTM RA)技术是无线移动通信领域智能天线技术的重大突破。
多入多出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。
普遍认为,多入多出将是新一代移动通信系统必须采用的关键技术。
在3GPP的高速下行分组接入方案中提出了MIM O天线系统的概念,这种系统在发送和接收方都有多付天线,可以认为是双天线分集的进一步扩展。
它处理的原理是将串行的数据流映射为并行传送,接收端再相应地把并行信号流合成串行数据流,接收信号靠不同天线信号在无线信道中的不相关性来区分。
各天线的间隔距离要比较大,以保证信号的不相关性,因此MIM O系统适合在散射严重的多径环境使用,甚至MIM O系统在没有直射径的瑞利衰落条件下工作得更好,通常选取莱斯信道模型作为研究MIMO的信道模型,对于M IM O系统来说,多径可以作为一个有利因素加以利用,MIMO天线系统的示意图如图2。
MIMO通过多天线发射多数据流并由多天线接收实现最佳处理,可实现很高的容量。
这种最佳处理是通过空时编码和解码实现的。
空时编码技术是同时从空间和时间域考虑设计码字,它的基本原理是在多个天线上同时发送信息比特流所产生的向量,利用发送天线所发送序列的正交性来获得增益。
近年来,基于MIMO天线系统的空时编码技术得到了深入的研究。
基于分集发射的空时码可以分为空时网格码(space-time trellis code)和空时分组码(space-time block code)。
空时网格码有较好的性能,但其译码复杂度与传输速率成指数关系,实现难度较大。
空时分组码性能稍逊于空时格码,但由于利用了正交设计理论,其译码复杂度很低,还可能得到最大的分集发射增益。
ST TD编码就是一种空时分组码。
空时编码后的信号经过多条相关较小的无线信道到达接收端,接收端通常需要知道各个无线信道的理想参数,这就要求发射端发射不同的训练序列,接收端采用大量的信道估计运算,才可以达到空时分集效果。
为此,也有人在研究不用信道估计的盲空时码。
图2 M IM O天线系统示意图 实验系统是MIMO技术研究的重要一步,目前各大公司均在研制实验系统。
Bell实验室的BLAST 系统[4]是最早研制的M IM O实验系统。
该系统工作频率为1.9GHz,发射8天线,接收12天线,采用D -BLAST算法。
频谱利用率达到了25.9bits/(Hz ・s)。
但该系统仅对窄带信号和室内环境进行了研究,对于在3G、4G应用尚有相当大距离。
四、智能天线 1.智能天线的概念及关键技术 在多天线技术中,最受关注的是智能天线技术,国际电联已明确将智能天线技术作为三代以后移动通信技术发展的主要方向。
智能天线通常也被称作自适应天线,主要用于完成空间滤波和定位。
从本质上看,智能天线利用了天线阵列中各单元之间的位置关系,即利用了信号的相位关系,这是它与传统分集技术的本质区别。
从一定意义上看,智能天线可看作是一种空分多址SDMA(Spatial Division Multi-Access),在SDMA 中,多个用户可共享一个信道,这将极大地增加系统容量。
智能天线按其实现方式,可以分为固定波束天线、动态相控天线和完全智能天线。
1)固定波束天线利用多个并行波束覆盖整个用户区,每个波束的指向是固定的。
随着用户在小区中的移动,基站选择不同的相位波束,使接收信号最强。
但当用户处于波束边缘,干扰信号位于波束中央时,接收效果最差,所以固定波束天线不能实现信号最佳接收。
2)动态相控天线是通过对来波方向(DOA )的估计,使波束实时地跟踪目的用户信号,其目标在于实现最大功率输出。
3)完全智能天线不仅要估计目的信号的来波方向,而且同时要估计干扰信号的方向,此时形成的数字波束能够将方向图零陷对准干扰方向,从而使输出的信干噪比达到最大。
简单地看,智能天线的关键技术包括两个方面:智能化上行和智能化下行。
图3 固定波束天线图4 完全智能天线-自适应波束天线 上行链路是指信号从各移动台发往基站时所经历的空间物理信道,为了给智能下行发射提供依据并满足无缝软切换的要求,在上行中需要估计出一些反映用户空间位置信息的参量,如DOA 、空域特性SS(Spatial Signature)等。
这些用户的特征参量是联结上行和下行链路的桥梁,它们的估计精度将直接影响到下行选择性发送的性能。
目前,完成智能化上行的方法主要有两类:基于高分辨率阵列信号处理方法和基于信号时域结构方法。
前一类方法主要有两大类:子空间方法(如M USIC 、ESPRIT 算法等)和基于参数估计准则的方法(如最大似然算法等)。
后一类方法主要利用了信号的时域信息和先验特征(如循环平稳特性、恒模特性、有限码集特性等)进行空域处理。
下行链路是指信号从基站发往移动用户时所经历的空间物理信道。
智能化下行又叫下行选择性发送,即利用用户的空间差异,保证每个用户只接收到基站发给它自己的下行信号而不受同一信道中基站发给其他用户信号的干扰。
实现下行选择性发送有两种方式:基于反馈的方法和基于上行链路参数估计的方法。
前一种方法的思想是:基站通过移动台返回基站的特殊的反馈训练信号,估计出下行信道的响应情况。
但这种方法的缺点是既浪费下行信道又浪费上行信道的带宽。
而基于上行链路估计的方法是利用一些特征参量,根据上下行链路的不变性,通过各用户对上行信号的估计确定下行链路的波束形成方案。
2.智能天线在第三代CDMA 系统中的应用 在WCDM A 系统中,可以使用基于智能天线的空时RAKE 接收机分离和合并多径分量,在下行链路中利用来波方向DOA 进行波束赋型。
但在WCD-M A 的FDD 模式中,由于上下行链路载频不同,上下行链路的信道特性差异很大,因此在WCDM A 的FDD 模式中使用智能天线将十分复杂。
迄今为止,还没有成功的商用报道。
在智能天线技术领域领先的美国爱瑞通信公司(ARRAYCOM M )和英国马可尼公司在三代WCDM A(FDD)有合作,据称开发进展很快,预计商用系统会很快推出。
我们期望能将上行链路得到的用户信息参数直接应用到下行中,对于时分双工TDD 系统,上下行使用相同的载波频率,根据互易原理,可以认为上下行链路具有对称的电波传播特性,即可直接应用上行信道估计构造下行链路参数。
因此,智能天线在T D-SCDM A 系统中得到了极大的应用。
2002年10月在北京举行的国际通信展上,大唐移动展台进行了智能天线技术的演示。
当基站和模拟终端进行通信时,基站端T PC 上的工具软件可演示智能天线对用户的定向接收和传送效果。
人们通过图形就可以看到智能天线对用户形成的接收和发送波束,这种波束随用户位置的改变而改变,这正是智能天线《无线通信技术》年第1期发挥的作用。
五、多天线技术对提高系统容量的作用 对于无分集的单一信道,根据香农定理可写出它的信道容量:C=B log2(1+SN R)(b/s)(1)其中SN R表示接收机入口处的信噪比,C为信道容量(bit/s/Hz),B为接收机带宽。
