MIMO天線各種技術(shù)分析
多入多出(MIMO)系統(tǒng)指在發(fā)射端和接收端同時(shí)使用多個(gè)天線的通信系統(tǒng)。研究證明,MIMO技術(shù)非常適用于城市內(nèi)復(fù)雜無線信號傳播環(huán)境下的無線寬帶通信系統(tǒng),在室內(nèi)傳播環(huán)境下的頻譜效率可以達(dá)到20~40 bit/s/Hz;而使用傳統(tǒng)無線通信技術(shù)在移動蜂窩中的頻譜效率僅為1~5 bit/s/Hz,在點(diǎn)到點(diǎn)的固定微波系統(tǒng)中也只有10~12 bit/s/Hz。通常,射頻信號多徑會引起衰落,因而被視為有害因素。然而研究結(jié)果表明,對于MIMO系統(tǒng)來說,多徑可以作為一個(gè)有利因素加以利用。MIMO技術(shù)作為提高數(shù)據(jù)傳輸速率的重要手段得到人們越來越多的關(guān)注,被認(rèn)為是新一代無線通信技術(shù)的革命。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/156149.htm1 MIMO系統(tǒng)的3種主要技術(shù)
當(dāng)前,MIMO技術(shù)主要利用發(fā)射分集的空時(shí)編碼、空間復(fù)用和波束成型等3種多天線技術(shù)來提升無線傳輸速率及品質(zhì)。
1.1 發(fā)射分集的空時(shí)編碼
基于發(fā)射分集技術(shù)的空時(shí)編碼主要有2種,即空時(shí)分組碼(STBC)和空時(shí)格碼(STTC)。雖然空時(shí)編碼方案不能直接提高數(shù)據(jù)率,但是通過這些并行空間信道獨(dú)立、不相關(guān)地傳輸信息,從而使信號在接收端獲得分集增益,為數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)高階調(diào)制創(chuàng)造條件。
1.1.1 空時(shí)分組碼(STBC)
STBC在發(fā)射端對數(shù)據(jù)流進(jìn)行聯(lián)合編碼以減小由于信道衰落和噪聲所導(dǎo)致的符號錯(cuò)誤率,它通過在發(fā)射端增加信號的冗余度,使信號在接收端獲得分集增益,空時(shí)分組碼是將同一信息經(jīng)過正交編碼后從多根天線發(fā)射出去。MIMO系統(tǒng)的原理如圖1所示,傳輸信息流s(k)經(jīng)過空時(shí)編碼形成N個(gè)信息子流ci(k),i=1,...,N。這N個(gè)信息子流由N個(gè)天線發(fā)射出去,經(jīng)空間信道后由M個(gè)接收天線接收。多天線接收機(jī)利用先進(jìn)的空時(shí)編碼處理能夠分開并解碼這些數(shù)據(jù)子流,從而實(shí)現(xiàn)最佳的處理。特別是這N個(gè)子流同時(shí)發(fā)射信號,各發(fā)射信號占用同一頻帶,因而并未增加帶寬。若各發(fā)射接收天線間的通道響應(yīng)獨(dú)立不相關(guān),則多入多出系統(tǒng)可以創(chuàng)造多個(gè)并行空間信道。
STBC是1998年,Alamouti提出的一種非常簡單的發(fā)射分集技術(shù),由于其簡單的結(jié)構(gòu)和良好的性能,很快進(jìn)入了3GPP標(biāo)準(zhǔn)。STBC實(shí)質(zhì)上是將同一信息經(jīng)過正交編碼后從2個(gè)天線上發(fā)射出去,2路信號由于具有正交性,在接收端就能將2路獨(dú)立的信號區(qū)別出來,只需要做簡單的線性合并就可以獲得分集增益。
但是,STBC的正交碼組的構(gòu)建還存在一定的問題。對于實(shí)數(shù)信號星座(PAM星座),它才可以構(gòu)造編碼速率為1的空時(shí)編碼算法。但是,對于一個(gè)普通的復(fù)數(shù)信號星座,例如MQAM(如16QAM)或MPSK(如8PSK),當(dāng)發(fā)射天線陣子數(shù)目大于2時(shí),是否存在編碼速率為1的碼組還有待更深入的研究。目前對于發(fā)射天線陣子數(shù)目等于3、4以及大于4的系統(tǒng),如果采用復(fù)數(shù)信號星座,那么最大的空時(shí)編碼速率只能達(dá)到3/4和1/2。可見,對于采用高階調(diào)制的高速率多天線的無線通信系統(tǒng),如果直接采用空時(shí)分組編碼算法,不可能充分地利用系統(tǒng)的有效性。因此,尋找更好的空時(shí)分組碼目前已成為一個(gè)研究方向;另外,如何在頻率選擇性信道、時(shí)間選擇性信道中充分利用空時(shí)分組碼的優(yōu)勢也是一個(gè)研究課題??傊?dāng)前STBC還是基于發(fā)射天線陣子數(shù)目等于2的發(fā)射分集技術(shù)。
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