 |
善于提问，勤于回答，你也是专家
|
 |
问题已开启
(普通问题)
如何理解MIMO天线，到现在我都有点模糊
我知道mimo是一种多输入多输出的天线，集合了多款天线的功能，能够当几幅天线使用，但是我还是不知道应该怎么去很简单的理解，它的意思是什么，是可以同时接受多个频段的信号，和同时发射多个信号？ 求详解啊！
，复制黏贴，我晕，看不懂啊！
提问者:
• 华为无线网络首席营销官彭红华，三大创新助力5G快速商用：首先是Massive MIMO，起步64收发，引入AI动态调整网络参数，以匹配话务量变化和不同场景，64T64R，实测小区峰值速率达14.58G 2019-10-11
• MIMO OTA测试中说的2流或4流是指什么？是基站/综测仪发出2路或4路信号吗？ 2019-03-22
• 过去，通信业的安全与准确，主要靠人工控制实体数据链来完成，而进入5G时代，数据链的建立更加智能化，虚拟化，映射化，往往看不见，摸不着，智能建立，智能撤消，而且多途径，算法（MIMO）化，动态完成。所以 2019-01-05
• 采用Massive MIMO技术为什么只能增加小区平均吞吐率，和单用户平均吞吐率，而不能增加单用户峰值速率 2018-10-14
• 什么是3DMIMO？ 2018-06-20
• 3D-MIMO天线为什么会增加系统容量 2018-04-24
• 多MIMO天线，能区分是哪根天线的发射信号吗？ 2018-02-07
• 请教个问题发射接收模式和MIMO有什么关系，比如4T4R 可以是2X2 MIMO 也可以是4X4 MIMO 2017-10-25
• MIMO OTA测试中说的2流或4流是指什么？是基站/综测仪发出2路或4路信号吗？ 2019-03-22
• 过去，通信业的安全与准确，主要靠人工控制实体数据链来完成，而进入5G时代，数据链的建立更加智能化，虚拟化，映射化，往往看不见，摸不着，智能建立，智能撤消，而且多途径，算法（MIMO）化，动态完成。所以 2019-01-05
• 采用Massive MIMO技术为什么只能增加小区平均吞吐率，和单用户平均吞吐率，而不能增加单用户峰值速率 2018-10-14
• 什么是3DMIMO？ 2018-06-20
• 3D-MIMO天线为什么会增加系统容量 2018-04-24
• 多MIMO天线，能区分是哪根天线的发射信号吗？ 2018-02-07
• 请教个问题发射接收模式和MIMO有什么关系，比如4T4R 可以是2X2 MIMO 也可以是4X4 MIMO 2017-10-25
问题答案
( 1 )
MIMO技术的发展
Development of MIMO Technology作者:罗涛,李少谦
摘要:未来无线通信系统需要更高的数据传输速率和更好的服务质量，因此需要系统容量大幅度提高。在有限的无线频谱资源条件下，只有极大地提高频谱利用率才能使系统容量更高。采用多输入多输出(MIMO)天线技术可以满足要求。MIMO技术的主要研究方向包括：MIMO信道、MIMO收发技术、分布式MIMO和MIMO应用。MIMO技术是无线通信领域重大的技术突破，将成为未来无线宽带移动通信系统和无线宽带接入系统的关键技术。
关键字:多输入多输出；分布式无线通信系统；关键技术；体系结构
英文摘要:The future wireless communications system requires higher data transmission speed and better QoS, therefore the system capacity should be greatly improved. With limited radio frequency resources, it can only be satisfied by tremendously enhancing the frequency utilization efficiency. The Multiple Input Multiple Output (MIMO) technology is a good choice. The study of MIMO includes MIMO channel, MIMO transceiver, distributed MIMO and application of MIMO. The MIMO technology is a great technological breakthrough in the domain of wireless communications, and it will become a key technology for the future broadband mobile communications system and broadband wireless access system.
英文关键字:multiple input multiple output; distributed wireless communication system; key technology; architecture
基金项目：国家自然科学基金项目(60496313)；教育部博士点基金项目(20020614001)
下一代无线通信系统将提供用户更高的数据传输速率和更好的服务质量，系统容量需要大幅度提高，因此有限的无线频谱资源迫使下一代无线通信技术必须极大地提高频谱利用率。多输入多输出(MIMO)天线技术正适应未来无线通信技术发展的要求，近年来得到迅猛的发展。MIMO技术是指在发射端通过多个发射天线传送信号，在接收端使用多个接收天线接收信号的无线通信技术，目前理论已经证明应用MIMO技术能极大地提高无线通信系统的性能和容量[1]。
贝尔实验室的Telestar和Foschini等人首先对MIMO系统的信道容量进行深入分析并提出了贝尔实验室分层空时算法(BLAST)，随后Tarokh等人提出了空时格码(STTC)，Alamouti提出了空时分组码(STBC)，使得MIMO技术的研究迅速成为无线通信领域的研究热点。
1 MIMO信道
研究无线通信技术首先就要研究无线信道。同样，MIMO技术的研究发展总是围绕着人们对MIMO信道的深入研究而继续发展。在早期的MIMO技术研究中为了简化分析，研究者通常假设天线阵列周围存在大量散射物，且天线元间距大于半波长，不同天线的信道衰落是不相关的[2]，因此早期大量的研究成果在独立信道的前提条件下完成。
随着MIMO信道研究的发展和趋于成熟，人们发现随着MIMO信道相关性逐渐增强，MIMO信道的容量将急剧下降。当信道存在相关性时，早期部分重要MIMO技术研究成果应用于无线通信系统中时，性能将急剧降低甚至于不能正常工作，而在现实环境中具有相关性或相关性强的MIMO信道环境大量存在。随着MIMO技术研究的深入，人们对MIMO信道的研究也越来越考虑接近实际信道环境的MIMO信道模型。现在建立在更为真实的相关性MIMO信道模型下的MIMO技术的研究已成为主要研究发展方向，其中主要研究内容包括：
(1)MIMO信道建模
信道建模从一般的相关性信道和均匀线性阵列天线配置(ULA)的MIMO信道建模向更接近实际情况的各种无线通信环境和可能使用的不同天线配置(如ULA、均匀圆形天线阵列、均匀矩形天线阵列等)方式的MIMO信道建模方向发展，信道模型更接近真实的无线环境。
(2)MIMO信道的容量分析
容量分析从独立信道和一般的相关性MIMO信道的容量分析向具体使用不同发射方案在各种MIMO信道条件下的容量分析方向发展，容量分析更准确。
(3)MIMO关键技术
关键技术包括各种MIMO空时编码、信道估计、信道检测技术，及其在各种应用环境的相关性MIMO信道下的新方法及性能分析。
2 MIMO收发技术
MIMO技术实质上是利用空间资源的信号处理技术，从信号处理方法上主要分为两大类：一类是空间复用技术，如贝尔实验室提出的BLAST[3]；另一类是空间分集技术，如STBC[4]。前期的MIMO收发技术主要围绕空间复用和空间分集处理技术，提出了很多发射方案和信号检测技术。发射方案主要有各种空时频编码、BLAST和空时频编码与BLAST相结合的多种发射方案。经典的接收检测技术则包括最大似然检测(ML)、最小均方误差(MMSE)、迫零(ZF)、球形译码(SD)、垂直-贝尔实验室分层空时算法(V-BLAST)及迭代方法等。这些传统的收发技术还在进一步发展和完善。
MIMO技术发展以来，人们已经提出了很多的MIMO系统方案，总结这些较早的MIMO系统可以发现，它们都是在发射端未知信道状态信息条件下从N个发射天线发射信号x1......xN，信号经过MIMO信道H后，N个接收天线接收信号y1......yN后通过各种信道估计方法获取信道状态信息进行检测，这类系统可以称为信道状态信息接收端已知(CSIR)系统(如图1所示，其中n1......nN为附加白高斯噪声)。然而对MIMO信道的研究表明，如果信道状态信息在发射端和接收端都可以利用的话，MIMO系统的性能将进一步提高[5]，特别是当信道状态信息在发射端精确已知(CSIT)时(如图2所示)，发射端可以利用已知的信道状态信息对发射信号进行信号预处理(如图2中w1......wN)，MIMO系统的性能可以达到最优。实际上信道状态信息可以在接收端通过信道估计技术获得。在频分双工(FDD)的无线通信系统中，可以利用反向信道将信道状态信息反馈给发射端；在时分双工(TDD)的无线通信系统中，则可以利用反向链路的信道信息估计值近似获得信道状态信息。因此，如何准确地估计信道状态信息，如何准确地反馈信道状态信息，如何在已知信道状态信息条件下设计MIMO收发方案等成为MIMO技术的重要研究方向。目前这方面的研究工作已经展开，例如：MIMO预编码技术、MIMO的发射天线选择技术、MIMO的自适应编码调制技术等等。
在一些实际的MIMO系统中，信道状态信息反馈时可能存在一定的差错或实际的MIMO信道变化太快，系统的发射端不能够获得完美的信道状态信息。另一方面，在CSIT的MIMO系统中，需要反馈的信道状态信息量随着接收端天线数目的增加而急剧增大，但在实际MIMO系统中反向信道的容量有限，反馈的信息太多将严重影响系统容量。因此，部分反馈信道状态信息或发射端部分知道信道状态信息的MIMO收发技术更具有实际的应用价值，发射端部分知道信道状态信息的MIMO系统成为MIMO技术重要的研究方向。已经有学者在研究发射端部分知道信道状态信息条件下，进行发射端和接收端的联合设计，以便最大可能地提高MIMO系统性能[6]。目前关于发射端部分知道信道状态信息的MIMO技术研究包括：
(1)如何有效地反馈信道状态信息，减少需要反馈的比特数目并保证其鲁棒性。
(2)发射端部分知道信道状态信息的MIMO系统性能分析。
(3)发射端部分知道信道状态信息的MIMO系统发射技术和接收技术的联合设计。
有关这方面的研究已经取得了一些初步的研究成果。
3 MIMO技术的体系结构
为了提高系统容量，下一代的无线宽带移动通信系统将会采用MIMO技术，即在基站端放置多个天线，在移动台也放置多个天线，基站和移动台之间形成MIMO通信链路。应用MIMO技术的无线宽带移动通信系统从基站端的多天线放置方法上可以分为两大类：一类是多个基站天线集中排列形成天线阵列，放置于覆盖小区，这一类可以称为集中式MIMO；另一类是基站的多个天线分散放置在覆盖小区，可以称为分布式MIMO。
MIMO技术可以比较简单地直接应用于传统蜂窝移动通信系统，将基站的单天线换为多个天线构成的天线阵列。如图3所示，基站通过天线阵列与小区内的具有多个天线的移动台进行MIMO通信。从系统结构的角度看，这样的MIMO系统与传统的单入单出(SISO)蜂窝通信系统相比并没有根本的区别。
传统的分布式天线系统[7]可以克服大尺度衰落和阴影衰落造成的信道路径损耗，能够在小区内形成良好的系统覆盖，解决小区内的通信死角，提高通信服务质量。最近在MIMO技术的研究中发现，传统的分布式天线系统与MIMO技术相结合可以提高系统容量，这种新的分布式MIMO系统结构——分布式无线通信系统(DWCS)[8]成为MIMO技术的重要的研究热点。
在采用分布式MIMO的DWCS系统中(如图4所示)，分散在小区内的多个天线通过光纤和基站处理器相连接。具有多天线的移动台和分散在附近的基站天线进行通信，与基站建立了MIMO通信链路。这样的系统结构不仅具备了传统的分布式天线系统的优势，减少了路径损耗，克服了阴影效应，同时还通过MIMO技术显著提高了信道容量。与集中式MIMO相比，DWCS的基站天线之间距离较远，不同天线与移动台之间形成的信道衰落可以看作完全不相关，信道容量更大。总体上说，分布式MIMO系统的信道容量更大，系统功耗更小，系统覆盖性能更好，系统具有更好的扩展性和灵活性。
分布式MIMO的DWCS系统也带来了一些新问题。移动台和小区内邻近的天线建立的MIMO链路，由于基站不同天线的位置不同，它们距离移动台的距离不同，使得基站端的多个天线的信号到达移动台的延时也不同，因此带来新的研究问题。目前在这方面研究较多的是进行容量分析。除此之外的研究内容还包括：具体的同步技术、信道估计、天线选择、发射方案、信号检测技术等，这些问题有待于深入研究。
4 MIMO技术的应用
MIMO技术已经成为无线通信领域的关键技术之一，通过近几年的持续发展，MIMO技术将越来越多地应用于各种无线通信系统。在无线宽带移动通信系统方面，第3代移动通信合作计划(3GPP)已经在标准中加入了MIMO技术相关的内容，B3G和4G的系统中也将应用MIMO技术。在无线宽带接入系统中，正在制订中的802.16e、802.11n和802.20等标准也采用了MIMO技术。在其他无线通信系统研究中，如超宽带(UWB)系统、感知无线电系统(CR)，都在考虑应用MIMO技术。
MIMO技术正从前期理论研究进入理论研究和实际应用相结合的阶段。现在有很多学者正研究MIMO技术在实际应用中遇到的实现问题。随着使用天线数目的增加，MIMO技术实现的复杂度大幅度增高，从而限制了天线的使用数目，不能充分发挥MIMO技术的优势。目前，如何在保证一定的系统性能的基础上降低MIMO技术的算法复杂度和实现复杂度成为学术界和业界面对的巨大挑战。
5 结束语
MIMO技术是近十年来无线通信领域重大的技术突破，将成为未来无线宽带移动通信系统和无线宽带接入系统的关键技术。作为无线通信领域近年来发展起来的新技术，MIMO技术在通信理论上还远没有完善，有很多的关键技术需要进一步研究，MIMO技术还在继续发展。同时，人们对高质量的无线通信系统的需求不断催生新的应用，MIMO技术在通信系统中的实际应用将不断促进MIMO技术的进一步发展。
6 参考文献
[1] Foschini G J, Gans M J. On Limits of Wireless Communication in a Fading Environment When Using Multiple Antennas[J]. Wireless Personal Communications, 1998,6(3):311-335.
[2] Jakes W C Jr. Microwave Mobile Communications[M]. New York, NY, USA: John Wiley and Sons, 1974.
[3] Foschini G J. Layered Space-time Architecture for Wireless Communications in a Fading Environment[J]. Bell Labs Technical Journal, 1996, 1(2):41-59.
[4] Alamouti S M. A Simple Transmit Diversity Technique for Wireless Communications[J]. IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 1998,16(8):1451-1458.
[5] Roh J C, Rao B D. Multiple Antenna Channels with Partial Channel State Information at the Transmitter[J]. IEEE Transactions on Wireless Communications, 2004,3(2):677-688.
[6] Narula A, Lopez M J, Trott M D, et al. Efficient Use of Side Information in Multiple Antenna Data Transmission over Fading Channels[J]. IEEE Journal on Selected Areas Communications, 1998,16(10):1423-1436.
[7] Saleh A A M, Rustako A J, Roman R S. Distributed Antennas for Indoor Radio Communications[J]. IEEE Trans on Communications, 1987,35(12):1245-1251.
[8] Zhou Shidong, Zhao Ming, Xu Xibin, et al. Distributed Wireless Communication System: a New Architecture for Future Public Wireless Access[J]. IEEE Communications Magazine, 2003,41(3):108-113.
收稿日期：2006-01-16
回答者：
lbblbblbb
回答时间：2011-10-19 13:12
6
5
| 联系我们 - 问通信专家 | Powered by MSCBSC 移动通信网 © 2006 - |