MIMO在LTE中的应用
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描述mimo技术的三种应用模式
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。
单用户MIMO系统在LTE项目中的应用研究
单用户MIMO系统在LTE项目中的应用研究摘要:OFDM是一种多载波调制方案,信息在并行信道里通过一系列的子载波传播。
主要的优点是增加了抑制频选衰落和窄带干扰的鲁棒性。
本文中我们主要介绍单用户MIMO,也就是(SU-MIMO)方案,例如:单天线速率控制(PARC),和预编码MIMO(PREC)。
在PARC中,我们主要考虑2×2和4×4两种天线结构;在PREC中,我们考虑4×4这一种单一情况。
本文主要是研究下行链路的长期演进(LTE)。
结果显示,就平均扇区吞吐量而言,四码流方案要优于双码流方案接近75%～90%,此外四码流方案有着明显的覆盖增益。
关键词:正交频分多路复用技术长期演进多输入多输出第三代移动通信合作计划Single-user MIMO Performance in LTE ProjectLin NanAbstract：Abstract—Orthogonal Frequency-Division Multiplexing is a multi-carrier modulation scheme, where information symbols are transmitted in parallel over the channel by using a set of subcarriers. Oneof the main advantages is increased robustness against frequency selective fading and narrowband interference. In this paper we study the performance of two dual-codeword Single-User Multiple-Input Multiple-Output (SU-MIMO) schemes, i.e. Per Antenna Rate Control (PARC) and Precoded MIMO (PREC), in an OFDM deployment. For PARC we consider 2x2 and 4x4 antenna configurations and for Precoded MIMO 4x4 antenna configuration only. Our study is performed with a downlink Long Term Evolution (LTE) system simulator. The results indicate that in terms of average sector throughput the four-stream schemes outperform the dual-stream scheme by approximately 75%～90%. Moreover, the four-stream schemes have significant coverage gain compared to the dual-stream scheme.Key Words:OFDM;LTE;MIMO;3GPP长期演进(LTE)代表着3GPP发展的下一个阶段,LTE的目标是3.5G,峰值码率达到下行100M/s、上行20M/s。
MIMO技术在LTE中的应用
一
个离 散傅 立 叶变 换 。预 编码 可 实 现层 到 天线 端 口 的映射 ， 针对 不 同 的ＭＩ ＭＯ 模式 ， 使用 不 同 的方 案 。
下 行 多 天 线 方 案
图３ 下 行 Ｓ Ｆ ＢＣ发 射 分 集 示 意 图
３ ． ２
下行 Ｍ Ｉ ＭＯ在 每 个 载 波 上 支 持 ８ 天 线 的 空 间 复 用， 最 多 有 两 个 传输 块 ， 对于８ 天线 的下 行 ＭＩ ＭＯ， 研 波 束赋 形又 被 称为 智 能天 线 系统 ，这 是 因 为从 究具 体 天线 配 置 的优先 级非 常 重要 ， 由 于天线 造 价 、
ＭＯ 是 采 用 空 间分 集 还 是 空 间复 用 技 术 速度及 频谱 的效率 ， 增 加 了系统 的容 量 。Ｌ Ｔ Ｅ 技术 基 线 ，以及 ＭＩ Ｌ Ｔ Ｅ 中的ＭＩ ＭＯ 技术 基本 上可 以分 为下 面几类 ： 于Ｏ Ｆ Ｄ Ｍ， 相 应 使 用 了ＭＩ ＭＯ — Ｏ Ｆ Ｄ Ｍ的物 理 结构 。该 等 ， 技 术 满 足 了Ｌ Ｔ Ｅ 系统 在 高数 据 速率 和 高 容 量方 面 的
需 求
上 下行 接收分 集【 １ 】
接 收分 集是 最基 本 的 多天 线技 术 ，上 下 行都 可
以适用 ， 原 理 就是接 收 机将 信号 的最 大 比合 并 ， 其 中
２ ＭＩ ＭＯ介 绍
２ ． １ Ｍｌ ＭＯ实 现 方 案
预 编码 矩 阵是 对基 站 和用 户 之 间 的天线 相 位跟 踪 监 测 作 出 的补 偿 ， 如 图１ 所示 。
加 扰是 指 对传 输 的数 据 进行 随机化 ，方法 是 采
ｌ】 —
舞 、
一 ／－
移 动终端
用 一 个 伪 随 机 序列 与需 要 传 输 的 比特序 列 进 行 模 ２
个离 散傅 立 叶变 换 。预 编码 可 实 现层 到 天线 端 口 的映射 ， 针对 不 同 的ＭＩ ＭＯ 模式 ， 使用 不 同 的方 案 。
下 行 多 天 线 方 案
图３ 下 行 Ｓ Ｆ ＢＣ发 射 分 集 示 意 图
３ ． ２
下行 Ｍ Ｉ ＭＯ在 每 个 载 波 上 支 持 ８ 天 线 的 空 间 复 用， 最 多 有 两 个 传输 块 ， 对于８ 天线 的下 行 ＭＩ ＭＯ， 研 波 束赋 形又 被 称为 智 能天 线 系统 ，这 是 因 为从 究具 体 天线 配 置 的优先 级非 常 重要 ， 由 于天线 造 价 、
ＭＯ 是 采 用 空 间分 集 还 是 空 间复 用 技 术 速度及 频谱 的效率 ， 增 加 了系统 的容 量 。Ｌ Ｔ Ｅ 技术 基 线 ，以及 ＭＩ Ｌ Ｔ Ｅ 中的ＭＩ ＭＯ 技术 基本 上可 以分 为下 面几类 ： 于Ｏ Ｆ Ｄ Ｍ， 相 应 使 用 了ＭＩ ＭＯ — Ｏ Ｆ Ｄ Ｍ的物 理 结构 。该 等 ， 技 术 满 足 了Ｌ Ｔ Ｅ 系统 在 高数 据 速率 和 高 容 量方 面 的
需 求
上 下行 接收分 集【 １ 】
接 收分 集是 最基 本 的 多天 线技 术 ，上 下 行都 可
以适用 ， 原 理 就是接 收 机将 信号 的最 大 比合 并 ， 其 中
２ ＭＩ ＭＯ介 绍
２ ． １ Ｍｌ ＭＯ实 现 方 案
预 编码 矩 阵是 对基 站 和用 户 之 间 的天线 相 位跟 踪 监 测 作 出 的补 偿 ， 如 图１ 所示 。
加 扰是 指 对传 输 的数 据 进行 随机化 ，方法 是 采
ｌ】 —
舞 、
一 ／－
移 动终端
用 一 个 伪 随 机 序列 与需 要 传 输 的 比特序 列 进 行 模 ２
LTE的技术原理
LTE的技术原理LTE（Long Term Evolution）作为第四代移动通信技术，其技术原理主要包括无线接入技术、核心网技术和网络优化技术等方面。
本文将详细介绍LTE的技术原理。
一、无线接入技术1.OFDM技术LTE使用了OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）技术作为其物理层技术，采用了SC-FDMA（Single Carrier Frequency Division Multiple Access）技术作为上行链路的多址技术。
OFDM技术具有频谱利用率高、抗多径干扰能力强、符号时间间隔长、对调制方式的选择灵活等特点，能够有效提高数据传输速率和系统整体性能。
2.MIMO技术LTE还采用了MIMO（Multiple Input Multiple Output）技术，该技术通过在发送端和接收端分别增加多个天线，利用空间复用技术实现多个数据流同时传输，从而提高系统的频谱效率和系统容量。
MIMO技术在LTE 系统中广泛应用于数据传输和信号处理过程中。
3.自动重传请求技术LTE系统还引入了自动重传请求技术，通过在物理层上实现自动重传请求ARQ（Automatic Repeat reQuest）功能，可以有效保障数据传输的可靠性和稳定性。
当接收端检测到数据包丢失或错误时，会向发送端发送自动重传请求，发送端重新发送丢失的数据包，从而保证数据的完整性和准确性。
二、核心网技术1. Evolved Packet Core（EPC）LTE核心网采用了Evolved Packet Core（EPC）结构，EPC由三个主要部分组成：核心网节点（PGW、SGW、MME）、用户面协议GTP（GPRS Tunneling Protocol）和控制面协议S1AP（S1 Application Protocol）。
EPC实现了LTE系统的核心网络功能，包括连接管理、移动性管理、安全性保障、QoS（Quality of Service）管理等。
MIMO技术在LTE／LTE—A系统中的应用
２１ ０ ２年
第 ３ 期 １
Ｓ ＩＮＣ Ｃ Ｅ Ｅ＆Ｔ Ｃ Ｏ Ｏ Ｆ ＭＡ Ｉ Ｎ Ｅ ＨＮ Ｌ ＧＹＩ ＯＲ ＴＯ Ｎ
Ｏ Ｉ Ｔ论坛０
科技信息
ＭＩ ＭＯ技术在 Ｌ ＥＬ Ｅ Ａ系统中的应用 Ｔ ／Ｔ —
卢 敏 （ 南京 邮 电大 学通信 与信 息 工程学 院
【 摘
江苏
南京
２０ ０ ） １ ０ ３
【 ｂｔ ｃ１ ｕｉｌＩｐｔ ｕｉｌＯ ｔ ｔ （ Ｉ Ｏ ｔ ｈｏ ｇ， ｈ ｈｎｔｎ ｈｎｅ ｔ ｏｖｎｏａ ｐｉ—ｏｐｉ ｎ， ｕ ａｏｅａｌ Ａ ｓ ａｔＭ ｌｐ ｕ Ｍ ｌ ｅ ｕ ｕ Ｍ Ｍ ）ｅ ｎｌ ｙ ｗ ｉ ｏ ｏｌ ｅ ａｃｓｈ ｃｎｅｔ ｎｌ ｏ ｔ — ｏ ｔｉ ｂｔ ｌ ｂ ｓ ｒ ｔ ｅｎ ｔ ｐ ｐ ｃ ｏ ｃ ｙｎ ｅ ｉ ｎｔ ｎ ｌｋ ｓ ｎ ｅ
【 ｅ ｏｄ］ Ｉ ；Ｔ ；Ｔ － Ｋ ｙ ｒｓＭＭＯ ＬＥ Ｌ Ｅ Ａ ｗ
０ 前 言
移动互联 网和物联 网的兴起 与发展提 高了对 于移动宽带业务 的 需 求 。为 了达 到甚 至超过 国际电信联盟 （ Ｕ 定义 的 Ｉ Ｔ Ａ ｖｎ ｅ Ｉ ） Ｔ Ｍ — ｄ ａｃｄ 的需求 ｆ 第三代合作伙伴计划 （Ｇ Ｐ 正在 基于 Ｌ ＥＲ 和 Ｌ ＥＲ 进 １ ＿ ， ３Ｐ） Ｔ ８ Ｔ ９ 步研究和开发 Ｌ Ｅ Ａ ｖｎ ｅ 标准 （ Ｌ Ｅ Ａ或 Ｒ Ｏｍ Ｔ — Ｔ — ｄ ａｃｄ 即 Ｔ— Ｉ） Ｌ Ｅ Ａ作 为 Ｌ Ｅ的演进版本 ， Ｔ 在保持 良好 的后 向兼容 的基础 上。 将实现下行 ｌＯ ｂ 、 Ｏ Ｇ ／ 上行 ５ ０ ｂ 的吞吐量 。 ｓ ０Ｍ ／ ｓ 在有限 的频谱 资源 ． 多输入 多输 出（ Ｉ Ｏ 技术可 以用 于提 高小 ＭＭ ） 区的频谱利用率 、 峰值频谱效率 、 区边缘用 户频谱效率 。与 Ｌ ＥＲ 小 Ｔ ８ 相似， Ｉ Ｍ Ｍ０技术仍然是 Ｌ Ｅ Ａ的特征技术之一。 Ｔ— 是实现更 高需求 的 关键 。相对于 Ｌ Ｅ Ｒ ． ＭＯ技术在 Ｌ Ｅ Ａ中得以增强 Ｔ ８ ＭＩ Ｔ— 本 文详 细讨论 了 ＭＩ ＭＯ技术在 Ｌ Ｅ以及 Ｌ Ｅ Ａ系统 中的配置， Ｔ Ｔ— 并总结 了开环 ＭＩ ＭＯ与闭环 ＭＩ ＭＯ的实现方案
第 ３ 期 １
Ｓ ＩＮＣ Ｃ Ｅ Ｅ＆Ｔ Ｃ Ｏ Ｏ Ｆ ＭＡ Ｉ Ｎ Ｅ ＨＮ Ｌ ＧＹＩ ＯＲ ＴＯ Ｎ
Ｏ Ｉ Ｔ论坛０
科技信息
ＭＩ ＭＯ技术在 Ｌ ＥＬ Ｅ Ａ系统中的应用 Ｔ ／Ｔ —
卢 敏 （ 南京 邮 电大 学通信 与信 息 工程学 院
【 摘
江苏
南京
２０ ０ ） １ ０ ３
【 ｂｔ ｃ１ ｕｉｌＩｐｔ ｕｉｌＯ ｔ ｔ （ Ｉ Ｏ ｔ ｈｏ ｇ， ｈ ｈｎｔｎ ｈｎｅ ｔ ｏｖｎｏａ ｐｉ—ｏｐｉ ｎ， ｕ ａｏｅａｌ Ａ ｓ ａｔＭ ｌｐ ｕ Ｍ ｌ ｅ ｕ ｕ Ｍ Ｍ ）ｅ ｎｌ ｙ ｗ ｉ ｏ ｏｌ ｅ ａｃｓｈ ｃｎｅｔ ｎｌ ｏ ｔ — ｏ ｔｉ ｂｔ ｌ ｂ ｓ ｒ ｔ ｅｎ ｔ ｐ ｐ ｃ ｏ ｃ ｙｎ ｅ ｉ ｎｔ ｎ ｌｋ ｓ ｎ ｅ
【 ｅ ｏｄ］ Ｉ ；Ｔ ；Ｔ － Ｋ ｙ ｒｓＭＭＯ ＬＥ Ｌ Ｅ Ａ ｗ
０ 前 言
移动互联 网和物联 网的兴起 与发展提 高了对 于移动宽带业务 的 需 求 。为 了达 到甚 至超过 国际电信联盟 （ Ｕ 定义 的 Ｉ Ｔ Ａ ｖｎ ｅ Ｉ ） Ｔ Ｍ — ｄ ａｃｄ 的需求 ｆ 第三代合作伙伴计划 （Ｇ Ｐ 正在 基于 Ｌ ＥＲ 和 Ｌ ＥＲ 进 １ ＿ ， ３Ｐ） Ｔ ８ Ｔ ９ 步研究和开发 Ｌ Ｅ Ａ ｖｎ ｅ 标准 （ Ｌ Ｅ Ａ或 Ｒ Ｏｍ Ｔ — Ｔ — ｄ ａｃｄ 即 Ｔ— Ｉ） Ｌ Ｅ Ａ作 为 Ｌ Ｅ的演进版本 ， Ｔ 在保持 良好 的后 向兼容 的基础 上。 将实现下行 ｌＯ ｂ 、 Ｏ Ｇ ／ 上行 ５ ０ ｂ 的吞吐量 。 ｓ ０Ｍ ／ ｓ 在有限 的频谱 资源 ． 多输入 多输 出（ Ｉ Ｏ 技术可 以用 于提 高小 ＭＭ ） 区的频谱利用率 、 峰值频谱效率 、 区边缘用 户频谱效率 。与 Ｌ ＥＲ 小 Ｔ ８ 相似， Ｉ Ｍ Ｍ０技术仍然是 Ｌ Ｅ Ａ的特征技术之一。 Ｔ— 是实现更 高需求 的 关键 。相对于 Ｌ Ｅ Ｒ ． ＭＯ技术在 Ｌ Ｅ Ａ中得以增强 Ｔ ８ ＭＩ Ｔ— 本 文详 细讨论 了 ＭＩ ＭＯ技术在 Ｌ Ｅ以及 Ｌ Ｅ Ａ系统 中的配置， Ｔ Ｔ— 并总结 了开环 ＭＩ ＭＯ与闭环 ＭＩ ＭＯ的实现方案
TD-LTE系统中MIMO技术的应用场景与介绍
TD－LTE系统中MIMO技术的应用场景与介绍
1 引言日前，上海贝尔股份有限公司参加工业和信息化部和中国移动共同组织的多项实验室和外场验证及测试，并首批成功完成了该测试。作为第一批成功完成该项测试的厂商之一，上海贝尔将为中国移动在上海开展的大规模4G TD-LTE试验网部署项目提供端到端LTE解决方案。大规模外场测试在真实环境下布网，边界条件复杂，与实验室环境有诸多不同。TD-LTE技术采用多天线的发射接收技术，利用不同的传输模式来适配复杂的自然环境从而达到性能最优。在LTE系统的研发过程中，经过几年的摸索与实践，上海贝尔阿尔卡特朗讯公司积累了众多经验。下面以大规模试验网络需要的布网技术角度，对几种MIMO的原理及应用场景进行描述，对波束赋形的天线模式、物理层过程、波束赋形在TD-LTE基站系统中的实现和原理以及几种波束赋形算法的特点和应用场景进行介绍与分析。在LTE(Long Term Evolution，长期演进技术)标准中，被采纳的MIMO技术主要包括发送分集、空分复用、波束赋形等。其中基于用户专用参考信号的下行波束赋形技术能够利用时分复用LTE(TD-LTE)系统中的上/下行信道的互易性，针对单个用户进行动态的波束赋形，从而有效提高传输速率和增强小区边缘覆盖性能。这些都在阿尔卡特朗讯的解决方案中得到了验证。本文对此进行了总结，对真实的网络部署有参考意义。2 TD-LTE MIMO应用场景在本次中国移动大规模外场测试主要选用以下3种MIMO技术适配不同的应用场景。2.1 发射分集(Tx Diversity)LTE的多天线发送分集技术选用SFBC(Space Frequency Block 声所导致的符号错误率。SFBC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。发射分集方案不能提高数据率。LTE采用的SFBC技术对编码矩阵进行了改进，能保证在有天线损坏的情况下也可以正常传输，传输数据更为简单，图1为SFBC发送端基本框图。 图1 SFBC发送端基本框图对发射信号以发送分集进行传输可以获得额外的分集增益和编码增益，从而可以在信噪比相对较小的无线环境下使用高阶调制方式，但无法获取空间并行信道带来的速率红利。空时编码技术在无线相关性较大的场合也能很好地发挥效能。SFBC可以较普遍地应用于表1所示场景。表1 SFBC应用场景 发送分集发射方式对信道条件要求不高，对SNR，信道相关性，移动速度均不敏感。但是该发射方式无法获取空间并行信道带来的速率红利，发送分集方案不能提高数据率。当信道间相关性大且SNR较低或移动速度过高情况下(对应无线信道条件差)，会考虑切换到发送分集的发射方案，例如信道恶化的场景下。当信道处于理想状态或信道间相关性小时，发射端采用空分复用的发射方案，例如密集城区、室内覆盖高SNR条件等场景。2.2 空分复用技术(Spatial Multiplexing)空分复用技术是在发射端发射相互独立的信号，接收端采用干扰抑制的方法进行解码，此时的理论空口信道容量随着收发端天线对数量的增加而线性增大，从而能够显著提高系统的传输速率。空分复用允许在同一个下行资源块上传输不同的数据流，这些数据流可以来自于一个用户(单用户MIMO/SU-MIMO)，也可以来自多个用户(多用户MIMO/MU-MIMO)。单用户MIMO可以增加一个用户的数据传输速率，多用户MIMO可以增加整个系统的容量(见图2)。 图2 空间复用基本框图空分复用能最大化MIMO系统的平均发射速率，但只能获得有限的分集增益，在信噪比较小时使用可能无法使用高阶调制方式。无线信号在密集城区、室内覆盖等环境中会频繁反射，使得多个空间信道之间的衰落特性更加独立，从而使得空分复用的效果更加明显。无线信号在市郊、农村地区多径分量少，各空间信道之间的相关性较大，因此空分复用的效果要差许多。无线信号在密集城区、室内覆盖等环境中会频繁反射，使得多个空间信道之间的衰落特性更加独立，从而使得空分复用的效果更加明显。对于适用于密集城区地区的MIMO应用，可以用OpenLoop MIMO和CloseLoop MIMO两种MIMO模式选择，其中CloseLoop MIMO对环境要求较高，由于拥有PMI/RI的反馈调整，其数据可靠性较强，对于OpenLoop MIMO，其健壮性较强，对SNR要求和信道相关性要求不如前者严格(见表2，表3)。无线信号在市郊、农村地区多径分量少，各空间信道之间的相关性较大，因此空间复用的效果要差许多。表2 CL-MIMO应用场景 表3 OL-MIMO应用场景 2.3 波束赋形(Beam Forming)波束成型技术又称为智能天线，通过对多根天线输出信号的相关性进行相位加权，使信号在某个方向形成同相叠加，在其他方向形成相位抵消，从而实现信号的增益。系统发射端能够获取信道状态信息时(例如TDD系统)，系统会根据信道状态调整每根天线发射信号的相位(数据相同)，以保证在目标方向达到最大的增益；当系统发射端不知道信道状态时，可以采用随机波束成形的方法实现多用户分集(见图3)。图3 定向智能天线的信号仿真效果系统发射端能够获取信道状态信息时(例如TDD系统)，系统会根据信道状态调整每根天线发射信号的相位，以保证在目标方向达到最大的增益。波束成型技术在能够获取信道状态信息时，可以实现较好的信号增益及干扰抑制使的小区边缘性能提升(见表4)。波束成型技术不适合密集城区、室内覆盖等环境，由于反射的原因，接收端会收到太多路径的信号，导致相位叠加的效果不佳。表4 波束成型应用场景 波束赋形技术对环境要求严格，不适用于密集城区。在阿尔卡特朗讯的LTE-TDD的系统方案中，针对波束赋形技术能够适配的场景的无线信道情况不同，应用不同的波束赋形算法，从而获得最大的增益与健壮性，达到性能最优。下面对阿尔卡特方案中的几种典型的算法做简单的介绍。(1)per-RB-MRT(窄带加权)per-RB-MRT是基于EBB(Eigen Beam Forming，SEBB)波束赋形算法的一个子类；利用对每个子载波/资源块瞬时信道状态信息的特征值分解成对应的下行波束加权向量。可适用于角度扩展比较大的应用场合(如城区微小区覆盖、基站天线架设不太高的场合)；复杂度高；在信道移动性较低，信道估计质量较好的情况下，可以获得最优的波束赋形增益；在移动性较高，信道估计交差的情况下，性能不是很健壮。(2)Full-BW-EBB算法(宽带加权)Full-BW-EBB是基于EBB波束赋形算法的另一个子类，利用对每个子载波/资源块的瞬时信道状态信息“统计特性”的特征值分解形成对应的下行波束赋形的加权向量。可适用于角度扩展较大的应用场合；复杂度低于基于MRT的波束成形；在信道移动性较低，信道估计质量较好的情况下，相对于基于MRT的波束成形可获得的波束赋形增益较低；在信道移动性较高、信道估计质量较差的情况下，性能比较健壮。(3)DOA算法(基于到达方向估计)DOA基于对用户信号到达方向的估计形成下行波束赋形的加权向量。适用于具有视距路径(Line Of Sight，LOS)或角度扩展(Angle Spread，AS)较小的应用场合(如郊区宏小区覆盖、基站天线架设较高的场合)，获得高的波束赋形增益；复杂度较低；对于角度扩展较大的应用场合，有效性不高。2.4 应用场景大规模外场测试中无线通信环境边界条件复杂，布网期间众多因素均可导致网络性能的差异，应该依照不同的边界环境具体权衡与选择(见图4)。阿尔卡特朗讯也做了大量的针对各种场景的仿真与测试工作，力求提高其健壮性以适应复杂场景。 图4 MIMO多种模式的切换门限考虑MIMO的几种模式分别适用于不同的场景，按照切换的边界件来分，从离城市中心到郊区以及小区边缘，分别可以用如下传输方式布网：离基站比较近、信号较强、靠近市中心、多径衰落较强的城市中心地区，可以使用传输模式4(CL-MIMO)，由于有闭环的RI/PMI反馈，其速率稳定、误码率较低，可以获得多天线增益，但是对边界条件要求比较严格；如果环境较为恶劣，SNR较低，信道相关性稍低，可以适应传输模式3(OL-MIMO)方式；在城市郊区较为开阔、信道相关性较高的郊区地区，依照速度的不同，选择对应算法的Beam Forming算法(传输模式7)。以上各种模式均可切换成发射分集模式，发射分集模式的健壮性强，对速度、信道环境与SNR要求均不高，但是无法产生多天线速率增益，只可以享受由于多天线并行传输带来的分集增益。LTE-TDD外场大规模布网，信道边界条件复杂，使用不同的传输技术以适配不同的应用场景尤为重要。如果选择不当，不仅不能达到网络性能最优，而且会造成网络干扰加大等恶劣影响。阿尔卡特朗讯在长期的研发与测试过程中，通过多种技术来适配各种不同的无线应用场景，每种技术在相应的场景下能有效地提高其数据健壮与性能增益，波束赋形技术更可以利用时TD-LTE系统中上/下行信道互易性，针对单个用户动态地进行波束赋形，从而有效提高传输速率和增强小区边缘的覆盖性能。
1 引言日前，上海贝尔股份有限公司参加工业和信息化部和中国移动共同组织的多项实验室和外场验证及测试，并首批成功完成了该测试。作为第一批成功完成该项测试的厂商之一，上海贝尔将为中国移动在上海开展的大规模4G TD-LTE试验网部署项目提供端到端LTE解决方案。大规模外场测试在真实环境下布网，边界条件复杂，与实验室环境有诸多不同。TD-LTE技术采用多天线的发射接收技术，利用不同的传输模式来适配复杂的自然环境从而达到性能最优。在LTE系统的研发过程中，经过几年的摸索与实践，上海贝尔阿尔卡特朗讯公司积累了众多经验。下面以大规模试验网络需要的布网技术角度，对几种MIMO的原理及应用场景进行描述，对波束赋形的天线模式、物理层过程、波束赋形在TD-LTE基站系统中的实现和原理以及几种波束赋形算法的特点和应用场景进行介绍与分析。在LTE(Long Term Evolution，长期演进技术)标准中，被采纳的MIMO技术主要包括发送分集、空分复用、波束赋形等。其中基于用户专用参考信号的下行波束赋形技术能够利用时分复用LTE(TD-LTE)系统中的上/下行信道的互易性，针对单个用户进行动态的波束赋形，从而有效提高传输速率和增强小区边缘覆盖性能。这些都在阿尔卡特朗讯的解决方案中得到了验证。本文对此进行了总结，对真实的网络部署有参考意义。2 TD-LTE MIMO应用场景在本次中国移动大规模外场测试主要选用以下3种MIMO技术适配不同的应用场景。2.1 发射分集(Tx Diversity)LTE的多天线发送分集技术选用SFBC(Space Frequency Block 声所导致的符号错误率。SFBC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。发射分集方案不能提高数据率。LTE采用的SFBC技术对编码矩阵进行了改进，能保证在有天线损坏的情况下也可以正常传输，传输数据更为简单，图1为SFBC发送端基本框图。 图1 SFBC发送端基本框图对发射信号以发送分集进行传输可以获得额外的分集增益和编码增益，从而可以在信噪比相对较小的无线环境下使用高阶调制方式，但无法获取空间并行信道带来的速率红利。空时编码技术在无线相关性较大的场合也能很好地发挥效能。SFBC可以较普遍地应用于表1所示场景。表1 SFBC应用场景 发送分集发射方式对信道条件要求不高，对SNR，信道相关性，移动速度均不敏感。但是该发射方式无法获取空间并行信道带来的速率红利，发送分集方案不能提高数据率。当信道间相关性大且SNR较低或移动速度过高情况下(对应无线信道条件差)，会考虑切换到发送分集的发射方案，例如信道恶化的场景下。当信道处于理想状态或信道间相关性小时，发射端采用空分复用的发射方案，例如密集城区、室内覆盖高SNR条件等场景。2.2 空分复用技术(Spatial Multiplexing)空分复用技术是在发射端发射相互独立的信号，接收端采用干扰抑制的方法进行解码，此时的理论空口信道容量随着收发端天线对数量的增加而线性增大，从而能够显著提高系统的传输速率。空分复用允许在同一个下行资源块上传输不同的数据流，这些数据流可以来自于一个用户(单用户MIMO/SU-MIMO)，也可以来自多个用户(多用户MIMO/MU-MIMO)。单用户MIMO可以增加一个用户的数据传输速率，多用户MIMO可以增加整个系统的容量(见图2)。 图2 空间复用基本框图空分复用能最大化MIMO系统的平均发射速率，但只能获得有限的分集增益，在信噪比较小时使用可能无法使用高阶调制方式。无线信号在密集城区、室内覆盖等环境中会频繁反射，使得多个空间信道之间的衰落特性更加独立，从而使得空分复用的效果更加明显。无线信号在市郊、农村地区多径分量少，各空间信道之间的相关性较大，因此空分复用的效果要差许多。无线信号在密集城区、室内覆盖等环境中会频繁反射，使得多个空间信道之间的衰落特性更加独立，从而使得空分复用的效果更加明显。对于适用于密集城区地区的MIMO应用，可以用OpenLoop MIMO和CloseLoop MIMO两种MIMO模式选择，其中CloseLoop MIMO对环境要求较高，由于拥有PMI/RI的反馈调整，其数据可靠性较强，对于OpenLoop MIMO，其健壮性较强，对SNR要求和信道相关性要求不如前者严格(见表2，表3)。无线信号在市郊、农村地区多径分量少，各空间信道之间的相关性较大，因此空间复用的效果要差许多。表2 CL-MIMO应用场景 表3 OL-MIMO应用场景 2.3 波束赋形(Beam Forming)波束成型技术又称为智能天线，通过对多根天线输出信号的相关性进行相位加权，使信号在某个方向形成同相叠加，在其他方向形成相位抵消，从而实现信号的增益。系统发射端能够获取信道状态信息时(例如TDD系统)，系统会根据信道状态调整每根天线发射信号的相位(数据相同)，以保证在目标方向达到最大的增益；当系统发射端不知道信道状态时，可以采用随机波束成形的方法实现多用户分集(见图3)。图3 定向智能天线的信号仿真效果系统发射端能够获取信道状态信息时(例如TDD系统)，系统会根据信道状态调整每根天线发射信号的相位，以保证在目标方向达到最大的增益。波束成型技术在能够获取信道状态信息时，可以实现较好的信号增益及干扰抑制使的小区边缘性能提升(见表4)。波束成型技术不适合密集城区、室内覆盖等环境，由于反射的原因，接收端会收到太多路径的信号，导致相位叠加的效果不佳。表4 波束成型应用场景 波束赋形技术对环境要求严格，不适用于密集城区。在阿尔卡特朗讯的LTE-TDD的系统方案中，针对波束赋形技术能够适配的场景的无线信道情况不同，应用不同的波束赋形算法，从而获得最大的增益与健壮性，达到性能最优。下面对阿尔卡特方案中的几种典型的算法做简单的介绍。(1)per-RB-MRT(窄带加权)per-RB-MRT是基于EBB(Eigen Beam Forming，SEBB)波束赋形算法的一个子类；利用对每个子载波/资源块瞬时信道状态信息的特征值分解成对应的下行波束加权向量。可适用于角度扩展比较大的应用场合(如城区微小区覆盖、基站天线架设不太高的场合)；复杂度高；在信道移动性较低，信道估计质量较好的情况下，可以获得最优的波束赋形增益；在移动性较高，信道估计交差的情况下，性能不是很健壮。(2)Full-BW-EBB算法(宽带加权)Full-BW-EBB是基于EBB波束赋形算法的另一个子类，利用对每个子载波/资源块的瞬时信道状态信息“统计特性”的特征值分解形成对应的下行波束赋形的加权向量。可适用于角度扩展较大的应用场合；复杂度低于基于MRT的波束成形；在信道移动性较低，信道估计质量较好的情况下，相对于基于MRT的波束成形可获得的波束赋形增益较低；在信道移动性较高、信道估计质量较差的情况下，性能比较健壮。(3)DOA算法(基于到达方向估计)DOA基于对用户信号到达方向的估计形成下行波束赋形的加权向量。适用于具有视距路径(Line Of Sight，LOS)或角度扩展(Angle Spread，AS)较小的应用场合(如郊区宏小区覆盖、基站天线架设较高的场合)，获得高的波束赋形增益；复杂度较低；对于角度扩展较大的应用场合，有效性不高。2.4 应用场景大规模外场测试中无线通信环境边界条件复杂，布网期间众多因素均可导致网络性能的差异，应该依照不同的边界环境具体权衡与选择(见图4)。阿尔卡特朗讯也做了大量的针对各种场景的仿真与测试工作，力求提高其健壮性以适应复杂场景。 图4 MIMO多种模式的切换门限考虑MIMO的几种模式分别适用于不同的场景，按照切换的边界件来分，从离城市中心到郊区以及小区边缘，分别可以用如下传输方式布网：离基站比较近、信号较强、靠近市中心、多径衰落较强的城市中心地区，可以使用传输模式4(CL-MIMO)，由于有闭环的RI/PMI反馈，其速率稳定、误码率较低，可以获得多天线增益，但是对边界条件要求比较严格；如果环境较为恶劣，SNR较低，信道相关性稍低，可以适应传输模式3(OL-MIMO)方式；在城市郊区较为开阔、信道相关性较高的郊区地区，依照速度的不同，选择对应算法的Beam Forming算法(传输模式7)。以上各种模式均可切换成发射分集模式，发射分集模式的健壮性强，对速度、信道环境与SNR要求均不高，但是无法产生多天线速率增益，只可以享受由于多天线并行传输带来的分集增益。LTE-TDD外场大规模布网，信道边界条件复杂，使用不同的传输技术以适配不同的应用场景尤为重要。如果选择不当，不仅不能达到网络性能最优，而且会造成网络干扰加大等恶劣影响。阿尔卡特朗讯在长期的研发与测试过程中，通过多种技术来适配各种不同的无线应用场景，每种技术在相应的场景下能有效地提高其数据健壮与性能增益，波束赋形技术更可以利用时TD-LTE系统中上/下行信道互易性，针对单个用户动态地进行波束赋形，从而有效提高传输速率和增强小区边缘的覆盖性能。
LTE的关键技术MIMO
MIMO 技术的关键是有效避免天线之间的干扰，以区分多个并行数据流。
众所周知，在水平衰落信道中可以实现更简单的MIMO 接收。
而在频率选择性信道中，由于天线间干扰和符号间干扰混合在一起，很难将MIMO 接收和信道均衡分开处理。
如果采用将MIMO 接收和信道均衡混合处理的MIMO 接收均衡的技术，则接收机会比较复杂。
因此，由于每个OFDM 子载波内的信道(带宽只有15KHz)可看作水平衰落信道，MIMO 系统带来的额外复杂度可以控制在较低的水平（随天线数量呈线性增加）。
相对而言，单载波MIMO 系统的复杂度与天线数量和多径数量的乘积的幂成正比，很不利于MIMO 技术的应。
MIMO 系统在一定程度上可以利用传播中多径分量，也就是说MIMO 可以抗多径衰落，但是对于频率选择性深衰落，MIMO 系统依然是无能为力。
目前解决MIMO 系统中的频率选择性衰落的方案一般是利用均衡技术，还有一种是利用OFDM。
4G 需要极高频谱利用率的技术，而OFDM 提高频谱利用率的作用毕竟是有限的，在OFDM 的基础上合理开发空间资源，也就是MIMO-OFDM，可以提供更高的数据传输速率。
另外ODFM 由于码率低和加入了时间保护间隔而具有极强的抗多径干扰能力。
由于多径时延小于保护间隔，所以系统不受码间干扰的困扰，这就允许单频网络（SFN）可以用于宽带OFDM系统，依靠多天线来实现，即采用由大量低功率发射机组成的发射机阵列消除阴影效应，来实现完全覆盖。
1、多普勒频移设手机发出信号频率为fT，基站收到的信号频率为fR，相对运动速度为Ｖ，Ｃ为电磁波在自由空间的传播速度(光速)；fdoppler即为多普勒频移。
例360km/h车速，3GHz频率的多普勒频移：子载波间隔确定-多普勒频移影响￭2GHz频段，350km/h带来648Hz的多普勒频移，对高阶调制（64QAM）造成显著影响。
￭低速场景，多普勒频移不显著，子载波间隔可以较小￭高速场景，多普勒频移是主要问题，子载波间隔要较大￭仿真显示，子载波间隔大于11KHz，多普勒频移不会造成严重性能下降￭当15KHz时，EUTRA系统和UTRA系统具有相同的码片速率，因此确定单播系统中采用15KHz的子载波间隔￭独立载波MBMS应用场景为低速移动，应用更小的子载波间隔，以降低CP开销，提高频谱效率，采用7.5KHz子载波￭Wimax的子载波间隔为10.98KHz，UMB的子载波间隔为9.6KHz2、OFDM（1）OFDM技术的优势￭频谱效率高各子载波可以部分重叠，理论上可以接近Nyquist极限。
mimo的原理及应用
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。
LTE_MIMO_模式的学习理解
MIMO 学习心得LTE的7个传输模式中6 个分别应用了四种MIMO技术方案：传输分集（TD），波束赋型（Beamforming），空间复用（SM），多用户MIMO（MU-MIMO）：1.为普通单天线传输模式。
2.TransmitDiversity 模式：分2发送天线的SFBC，和4发送天线的SFBC+FSTD两种方案。
2发送天线的SFBC : SFBC是由STBC（Space Time Block Code）演变而来，由于OFDM一个slot的符号数为奇数，因此不适于使用STBC，但频域资源是以RB=12个子载波来分配的，因此可以用连续两个子载波来代替连续两个时域符号，从而组成SFBC。
而当使用4发送天线时，SFBC+FSTD（Frequency Switched TransmitDiversity）被采用。
3.SM-open loop，UE仅仅反馈信道的RI（Rank Indicator）。
此时基站会使用CDD（Cycle Delay Diversity）技术。
4.SM-close loop，UE根据信道估计的结果反馈合适的PMI（PrecodingMatrix Indicator）。
(如利用系统容量最大计算合适的PMI)5.MU-MIMO，该方案将相同的时频资源通过空分，分配给不同的用户。
6.close loop rank1——SM or BF，UE反馈信道信息使得基站选择合适的Precoding。
7.UE Special RS——BF，和BeamForming的前一种方式不同，这种方式无需UE反馈信道信息，而是基站通过上行信号进行方向估计，并在下行信号中插入UE Special RS。
基站可以让UE汇报UE Special RS估计出的CQI。
空间复用是为了提高传输数据数量，基于多码字的同时传输，即多个相互独立的数据流通过映射到不同的层，再由不同的天线发送出去。
码字数量与天线数量未必一致。
MIMO资料整理-2014
• OFDM技术实质上是一种多载波窄带调制，可以将宽带信道转化成若干
个平坦的窄带子信道，每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽， 所以每个子信道上的频率选择性衰落可以看作是平坦性衰落。
• 而MIMO多天线技术能在不增加带宽的情况下，在每一个窄带平坦子信
道上获得更大的信道容量，可以成倍地提高通信系统的容量和频谱效率， 是一种利用空间资源换取频谱资源的技术。
Taking LTE MIMO from Standards to Starbucks Moray Rumney 30th April 2009
通过声音来理解预编码(Precoding)
• 为了使接收机侧的不同流更加隔离，
可以采用预编码码技术。
• 声音的例子中，Precoding可以看成对
立体声进行”balance”
MIMO+OFDM系统，通过在OFDM传输系统中采用天线阵列来实现空 间分集，以提高信号质量，是MIMO与OFDM相结合而产生的一种新 技术。它采用了时间、频率结合空间三种分集方法，使无线系统 对噪声、干扰、多径的容限大大增加。
LTE发送端信号流程
(0) (0) a0 , a1 ,..., a(0) A1
LTE 下行MIMO简介
2014-10
常见问题
1. 什么是MIMO？ 2. LTE中为什么使用MIMO？ 3. MIMO的如何理解和解释？
4. MIMO如何作用？
5. MIMO模式如何区分？ 6. MIMO中的基本概念和作用过程？ 7. MIMO各模式的特点如何？ 8. MIMO对性能的影响如何？
Taking LTE MIMO from Standards to Starbucks Moray Rumney 30th April 2009
个平坦的窄带子信道，每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽， 所以每个子信道上的频率选择性衰落可以看作是平坦性衰落。
• 而MIMO多天线技术能在不增加带宽的情况下，在每一个窄带平坦子信
道上获得更大的信道容量，可以成倍地提高通信系统的容量和频谱效率， 是一种利用空间资源换取频谱资源的技术。
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通过声音来理解预编码(Precoding)
• 为了使接收机侧的不同流更加隔离，
可以采用预编码码技术。
• 声音的例子中，Precoding可以看成对
立体声进行”balance”
MIMO+OFDM系统，通过在OFDM传输系统中采用天线阵列来实现空 间分集，以提高信号质量，是MIMO与OFDM相结合而产生的一种新 技术。它采用了时间、频率结合空间三种分集方法，使无线系统 对噪声、干扰、多径的容限大大增加。
LTE发送端信号流程
(0) (0) a0 , a1 ,..., a(0) A1
LTE 下行MIMO简介
2014-10
常见问题
1. 什么是MIMO？ 2. LTE中为什么使用MIMO？ 3. MIMO的如何理解和解释？
4. MIMO如何作用？
5. MIMO模式如何区分？ 6. MIMO中的基本概念和作用过程？ 7. MIMO各模式的特点如何？ 8. MIMO对性能的影响如何？
Taking LTE MIMO from Standards to Starbucks Moray Rumney 30th April 2009
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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。
目前，LTE采用的码本构建方式基于Householder变换的码本。
MIMO系统的空间复用原理示意图如下所示：在目前的LTE协议中，下行采用的是SU-MIMO。
可以采用MIMO发射的信道有PDSCH和PMCH，其余的下行物理信道不支持MIMO，只能采用单天线发射或发射分集。
LTE系统的空间复用原理图如下所示：空间分集采用多个收发天线的空间分集可以很好的对抗传输信道的衰落。
空间分集分为发射分集、接收分集和接收发射分集三种。
发射分集发射分集是在发射端使用多幅发射天线发射信息，通过对不同的天线发射的信号进行编码达到空间分集的目的，接收端可以获得比单天线高的信噪比。
发射分集包含空时发射分集（STTD）、空频发射分集（SFBC）和循环延迟分集（C DD）几种。
1.空时发射分集（STTD）：●通过对不同的天线发射的信号进行空时编码达到时间和空间分集的目的；●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导致的符号错误概率；●空时编码通过在发射端的联合编码增加信号的冗余度，从而使得信号在接收端获得时间和空间分集增益。
可以利用额外的分集增益提高通信链路的可靠性，也可在同样可靠性下利用高阶调制提高数据率和频谱利用率。
基于发射分集的空时编码（STC，Space-Time Coding）技术的一般结构如下图所示：STC技术的物理实质在于利用存在于空域与时域之间的正交或准正交特性，按照某种设计准则，把编码冗余信息尽量均匀映射到空时二维平面，以减弱无线多径传播所引起的空间选择性衰落及时间选择性衰落的消极影响，从而实现无线信道中高可靠性的高速数据传输。
STC的原理图如下所示：典型的有空时格码（Space-Time Trellis Code，STTC）和空时块码（Sp ace-Time Block Code，STBC）。
2.空频发射分集（SFBC）：●空频发射分集与空时发射分集类似，不同的是SFBC是对发送的符号进行频域和空域编码；●将同一组数据承载在不同的子载波上面获得频率分集增益。
两天线空频发射分集原理图如下所示：除两天线SFBC发射分集外，LTE协议还支持4天线SFBC发射分集，并且给出了构造方法。
SFBC发射分集方式通常要求发射天线尽可能独立，以最大限度的获取分集增益。
3.循环延迟分集（CDD）：延时发射分集是一种常见的时间分集方式，可以通俗的理解为发射端为接收端人为制造多径。
LTE中采用的延时发射分集并非简单的线性延时，而是利用CP特性采用循环延时操作。
根据DFT变换特性，信号在时域的周期循环移位（即延时）相当于频域的线性相位偏移，因此LTE的CDD（循环延时分集）是在频域上进行操作的。
下图给出了下行发射机时域循环移位与频域相位线性偏移的等效示意图。
循环延迟分集原理图如下所示：LTE协议支持一种与下行空间复用联合作用的大延时CDD模式。
大延时CD D将循环延时的概念从天线端口搬到了SU-MIMO空间复用的层上，并且延时明显增大，仍以两天线为例，延时达到了半个符号积分周期（即1024Ts）。
目前LTE协议支持2天线和4天线的下行CDD发射分集。
CDD发射分集方式通常要求发射天线尽可能独立，以最大限度的获取分集增益。
接收分集接收分集指多个天线接收来自多个信道的承载同一信息的多个独立的信号副本。
由于信号不可能同时处于深衰落情况中，因此在任一给定的时刻至少可以保证有一个强度足够大的信号副本提供给接收机使用，从而提高了接收信号的信噪比。
接收分集原理示意图如下所示：MIMO系统模型MIMO系统在发射端和接收端均采用多天线(或阵列天线)和多通道，MIMO 的多入多出是针对多径无线信道来说的。
下图所示为MIMO系统的原理图：在发射器端配置了Nt个发射天线，在接收器端配置了Nr个接收天线，xj （j＝1, 2 ,……Nt ）表示第j号发射天线发射的信号，r i（i＝1, 2 ,……N r）表示第i号接收天线接收的信号，hij表示第j号发射天线到第i号接收天线的信道衰落系数。
在接收端，噪声信号ni是统计独立的复零均值高斯变量，而且与发射信号独立，不同时刻的噪声信号间也相互独立，每一个接收天线接收的噪声信号功率相同，都为σ2。
假设信道是准静态的平坦瑞利衰落信道。
MIMO系统的信号模型可以表示为：写成矩阵形式为：r=Hx+nMIMO将多径无线信道与发射、接收视为一个整体进行优化，从而实现高的通信容量和频谱利用率。
这是一种近于最优的空域时域联合的分集和干扰对消处理。
MIMO系统容量系统容量是表征通信系统的最重要标志之一，表示了通信系统最大传输率。
无线信道容量是评价一个无线信道性能的综合性指标，它描述了在给定的信噪比(SNR)和带宽条件下，某一信道能可靠传输的传输速率极限。
传统的单输入单输出系统的容量由香农(Shannon)公式给出，而MIMO系统的容量是多天线信道的容量问题。
假设：在发射端，发射信号是零均值独立同分布的高斯变量，总的发射功率限制为Pt，各个天线发射的信号都有相等的功率Nt /Pt 。
由于发射信号的带宽足够窄，因此认为它的频率响应是平坦的，即信道是无记忆的。
在接收端，噪声信号ni是统计独立的复零均值高斯变量，而且与发射信号独立，不同时刻的噪声信号间也相互独立，每一个接收天线接收的噪声信号功率相同，都为σ2。
假设每一根天线的接收功率等于总的发射功率，那么，每一根接收天线处的平均信噪比为SNR = Pt /σ2。
则信道容量可以表示为：其中，H表示矩阵进行(Hermitian)转置；det表示求矩阵的行列式，如果对数log的底为2，则信道容量的单位为bit/s/Hz。
如果底为e，则信道容量的单位为nats/s/Hz。
对信道矩阵进行奇异值分解，从而将信道矩阵H写为：H = UDVH。
其中，UN r×N r 和VN t×N t是酉矩阵，即满足UUH= IN r×N r，VVH = IN t×N t，D =[ ΛK×K 0;00] Λ= diag(λ1 ,λ2 ,…, λk ) K是信道矩阵的秩，λ1 ≥λ2 ≥λ≥λk ≥0是相关矩阵HHH的非零特征值。
这样，MIMO系统的信道容量可以进一步描述为：信道容量并不依赖于发射天线数目Nt和接收天线数目Nr谁大谁小。
一般情况下信道相关矩阵的非零特征值数目为K≤min(Nr，Nt)，从而可以求得MIMO 信道容量的上限。
当Nr=Nt时，MIMO系统信道容量的上限恰好是单入——单出(S ISO)系统信道容量上限的Nr=Nt倍。
对于MIMO系统而言，如果接收端拥有信道矩阵的精确信息，MIMO的信道可以分解为min(Nr ，Nt)个独立的并行信道，其信道容量与min(Nr ，Nt)个并列SISO系统的信道容量之和等价，且随着发射天线和接收天线的数目以min(N r ，Nt)线性增长。
也就是说，采用MIMO技术，系统的信道容量随着天线数量的增大而线性增大，在不增加带宽和天线发送功率的情况下，频谱利用率可以成倍提高。
多天线技术是移动通信领域中无线传输技术的重大突破。
通常，多径效应会引起衰落，因而被视为有害因素，然而，多天线技术却能将多径作为一个有利因素加以利用。
MIMO (Multipl e Input Multiple output：多输入多输出)技术利用空间中的多径因素，在发送端和接收端采用多个天线，如下图所示，通过空时处理技术实现分集增益或复用增益，充分利用空间资源，提高频谱利用率。
总的来说，MIMO技术的基础目的是：●提供更高的空间分集增益：联合发射分集和接收分集两部分的空间分集增益，提供更大的空间分集增益，保证等效无线信道更加“平稳”，从而降低误码率，进一步提升系统容量；●提供更大的系统容量：在信噪比SNR足够高，同时信道条件满足“秩>1”，则可以在发射端把用户数据分解为多个并行的数据流，然后分别在每根发送天线上进行同时刻、同频率的发送，同时保持总发射功率不变，最后，再由多元接收天线阵根据各个并行数据流的空间特性，在接收机端将其识别，并利用多用户解调结束最终恢复出原数据流。
LTE系统中的MIMO模型无线通信系统中通常采用如下几种传输模型：单输入单输出系统SISO、多输入单输出系统MISO、单输入多输出系统SIMO和多输入多输出系统MIMO。
其传输模型如下图所：在一个无线通信系统中，天线是处于最前端的信号处理部分。
提高天线系统的性能和效率，将会直接给整个系统带来可观的增益。
传统天线系统的发展经历了从单发/单收天线SISO，到多发/单收MISO，以及单发/多收SIMO天线的阶段。
为了尽可能的抵抗这种时变-多径衰落对信号传输的影响，人们不断的寻找新的技术。