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无线通信中的MIMO技术 吴赟 提纲 MIMO背景 MIMO综述 MIMO信道容量 空时编码机制 空间分集提高链路质量-STBC/STTC 通过空间复用提高频带利用率-LSTC 无线系统中的MIMO 3GPP IEEE 802.11n IEEE 802.16(-2004:WiMAX) MIMO综述 无线通信的发展趋势 未来的无线应用创造了不满足：要求无线访问具有高的数据率和高的链路质量 频谱已经稀缺而且成为昂贵的资源 带宽有限 规范，设备和系统容量的考虑决定了传输功率是有限的。 时间和频域处理是受限的，但是空间不受限→MIMO 多输入多输出(MIMO)基本概念 MIMO的基本理念：通过多个发射和接收天线改变传输质量(BER)和数据率 MIMO的核心机制：空时编码(STC) STC的两个主要功能：分集复用 最大的性能需要在分集和复用之间进行平衡 MIMO技术的主要历史 空间分集 延时分集：Wittneben, 1991 (inspired); Seshadri Winters, 1994 (first attempt to develop STC) STTC: Tarokh et al., 1998 (key development of STC)Alamouti scheme: Alamouti, 1998 STBC: Tarokh et al., 1998 空间复用 First results hint capacity gain of MIMO: Winters, 1987 Ground breaking results: Paulraj Kailath, 1994 BLAST: Foschini, 1996 MIMO capacity analysis: Telatar 1995; Foschini 1995 98 Spatio-temporal vector coding for channel with multipath delay spread: Raleigh Cioffi, 1998 四个基本模型 MIMO信道容量 多径V.S容量 多径传播由于产生信号衰落一直被认为是一种“伤害” 为了消除这个问题，引入了分集技术 天线分集是一种广义上的分集技术 最近的研究表明多径传播实际上对容量是有贡献的。 SISO的香农界限 根据香农定理，单天线链路的信息论容量受限于链路的信噪比 单TX天线组：MISO 一个天线组提供发射分集对抗衰落 和单天线比容量成慢的对数增长 双天线组：MIMO 双天线组提供了发射和接收端的分集 和单发单收比较容量成对数增长 空时编码 空时编码综合考虑分集、编码和调制，它的最大特点是将编码技术和天线阵技术结合在一起，实现了空分多址，提高了系统的抗衰落性能，且能通过发射分集和接收分集提供高速率、高质量的数据传输。与不使用空时编码的编码系统相比，空时编码可以在不牺牲带宽的情况下获得较高的编码增益，进而提高了抗干扰和抗噪声的能力，特别是在无线通信系统的下行(基站到移动端)传输中，空时编码将移动端的设计负担转移到了基站，减轻了移动端的负担。 目前已经有了很多成熟的空时编码方案。 空时编码分类 MIMO无线信道中两个主流技术 发射和接收的分集消除多径显著改善链路质量 空间复用使频谱效率大幅度提升 通过空间分集提高链路质量 —空时块编码(STBC)/空时格形码(STTC) STC是一种新的编码/信道处理框架，可为MIMO无线系统显著改善链路质量 对于一个输入符号序列，空时编码选择星座点在所有的天线上同时发射因此可同时获得最大的编码和分级增益 空时格栅码（Space time trellis codes） 空时格栅码（Space time trellis codes） 空时块码（Space time block codes） 空时编码技术 空时块码（Space time block codes） 空时编码技术 空时块码（Space time block codes） 分组空时编码（Group STBC） 分组空时编码（Group STBC） 通过空间复用提供高的频谱效率-分层空时码(LSTC) 水平分层空时码（HLST） MIMO-OFDM系统 MIMO-OFDM信道估计 MIMO-OFDM信道估计 基于STBC的信道估计 MIMO应用 未来无线标准中的MIMO应用 3GPP：MIMO-CDMA 空间分集 空间复用 IEEE 802.11n 波束成形 空间分集 空间复用 IEEE 802.16(-2004:WiMAX):MIMO-OFDM 波束成形 空间分集 空间复用 3GPP 开环 时间转换的传输分集:3GPP 正交传输分集:3GPP 空时传输分集:3GPP 空时扩频：3