MIMO
2007年9月26日 15:19 通信世界周刊 评论( 0) 阅读： 次
作 者：华为技术有限公司 谢国珠
MIMO
（MultipleInputMultipleOutput，多输入多输出）技术
是下一代通信技术的一个重要突破，本文依据华为
的系统仿真研究结果和外场实际测试结果，从网络覆盖增强、系统容量提升和降低建网成本等角度，对MIMO技术在移动WiMAX
系统中的应用进行探索和分析。 刀模
近年来，全球基于传统线缆技术的宽带用户快速增长，3G
移动用户数也在稳步增长。市场对于移动宽带的需求正在快速增加，这为无线宽带接入
技术提供了巨大的市场空间。 WiMAX802.16e正越来越多地被运营商采用为首选的固定和移动宽带接入策略，为终端用户提供丰富的高宽带多媒体业务。这些策略对运营商的无线网络提出了极大的挑战。为了建立和维持赢利的商业模式，需要对网络容量、用户吞吐量、网络覆盖质量作较大的改进。MI
MO多天线技术的应用，使802.16e能够应对这些挑战，从而有力推动WiMAX网络的发展。 MIMO是指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，信号通过发射端和接收端的多个天线传送和接收，从而改善每个用户的服务质量。MIMO技术对于传统的单天线系统来说，能够大大提高频谱利用率，使得系统能在有限的无线频带下传输更高速率的数据业务。N根发射天线和M根接收天线的MIMO系统框图如下图所示。
N根发射和M根接收MIMO的系统示意图
WiMAX802.16e定义了三种可选的MIMO方式，分别是STTD（SpacetimeTransmit Diversity , 空时发射分集）、SM（Spatial Multiplexing, 空分复用）和自适应切换方式，同复合柴油
时定义了Matrix A、Matrix B和Matrix C 3种编码矩阵。华为公司WiMAX 802.16e系统目前已全面支持Matrix A，并将在2008年9月支持MIMO Matrix B和MIMO Matrix C。
WiMAX802.16e系统中，MIMO技术与OFDMA技术结合使用，可以大幅提高网络覆盖能力，使WiMAX系统容量倍增，从而大幅降低网络建设成本和维护成本，有力推动了移动WiMAX发展。
自动融雪设备 与OFDMA完美结合
活塞式抽水机 MIMO可以应用于所有的无线通信技术。在WiMAX802.16e系统中，MIMO和OFDMA（OrthogonalFrequency Division Multiple Access，正交频分复用接入) 的完美结合，更能体现出MIMO的技术优势。
MIMO系统可以抗多径衰落，但对于频率选择性衰落，MIMO仍然无能为力，其他通信系统一般采用均衡技术来解决MIMO系统中的频率选择性衰落。WiMAX的OFDMA技术可以很好地克服频率选择性衰落。下一代移动通信需要高的频谱利用率技术，但OFDMA提高频谱利用率的能力毕竟有限。结合MIMO技术，可以在不增加系统带宽的情况下进一步提
高频谱效率。MIMO+OFDMA技术既可以提供更高的数据传输速率，又可以通过分集达到很强的可靠性和增强系统的稳定性。另外，OFDMA由于码率低和加入了时间保护间隔而具有很强的抗多径干扰能力，多径时延小于保护间隔使系统不受码间干扰的影响，这样就可以使单频网络使用宽带OFDMA系统依靠MIMO技术消除阴影效应，真正实现网络的无缝覆盖。
大幅提高网络覆盖能力
WiMAX802.16e由于采用较高的工作频段，传播损耗比其他移动通信系统高，如何扩展网络覆盖能力也是WiMAX面临的挑战之一。MIMO技术在WiMAX系统的应用，可以大幅度提高网络覆盖能力。MIMO在分集模式下，通过分集增益增加小区覆盖半径；在复用模式下，通过提升小区边缘速率获得的分集增益来提升小区覆盖半径；在自适应切换模式下，小区边缘工作在分集模式下，覆盖增益与仅分集模式相同。通过华为公司的系统仿真结果表明，在分集或自适应切换模式下，2T2R（2Transmit2 Receive，两路发射两路接收）MIMO相比SISO（Single Input Single Output，单输入单输出）有2～10dB的覆盖增益，覆盖半径增加50％～90％；仅复用模式下，在小区边缘可以间接获得3～5dB的覆盖增益。另外MIMO还可以有效提高小区边缘覆盖概率。
2007年8月，在日本东京，华为与当地运营商J:COM一起对MIMO的实际使用效果进行了测试。测试结果表明，采用MIMOMatrixA技术可以有效提高WiMAX802.16e系统的覆盖半径，可以大幅减少网络建设所需要的数目。
使系统容量倍增
WiMAX802.16e系统可提供极高的数据吞吐量和移动性，让用户能够随时在线，即使处于移动状态也能获得真正的宽带体验。MIMO技术在复用模式下，可以成倍提高系统吞吐量和频谱效率，并可以成倍提高单用户峰值速率；在分集模式下，通过增加高阶调制方式的比例来提高系统吞吐量和频谱效率；在自适应切换模式下，小区中心工作在复用模式，小区边缘工作在分集模式，因此系统吞吐量和频谱效率增强效果介于两者之间。OFDMA和MIMO技术的应用，使WiMAX802.16e系统能够最大程度地提高频谱效率，提供高品质移动视频和电视业务所需的高速度和高带宽。
华为公司的系统仿真结果表明，采用MIMO2×2MatrixB技术后，可以提升WiMAX 16e系统吞吐量约30％～60％，同时可以成倍提高用户的峰值速率，保证WiMAX用户获得更好的业务体验。
大幅降低网络建网和维护成本
在密集城区和CBD区域，高端用户多，对系统吞吐量和峰值速率要求高，容易出现容量受限的情况。采用MIMOMatrixB技术后，WiMAX系统下行容量提升55％，上行容量提升33％；在容量受限场景，数目将减少25％左右。相比其他多天线技术如AAS（Adaptive Antenna System also Advanced Antenna System，自适应天线系统，也称作先进天线系统）,MIMO在密集城区的容量增益优势更为明显，可以有效降低高话务区域的建网成本或扩容成本。
对于覆盖受限场景，采用MIMO技术可以增加50％以上的覆盖半径，使单站点覆盖面积增加近100％，在一定覆盖面积下可节省40％～60％的数目。在郊区和农村区域引入MIMO，可实现最少的最大覆盖，大幅降低初始建网成本
MIMO(Multiple-Input Multiple-Out-put)系统是一项考虑用于802.11n的技术。802.11n是下一代802.11标准，可将吞吐量提高到100Mbps。同时，专有MIMO技术可改进已有802.11a/b/g网络的性能。该技术最早是由Marconi于1908年提出的，它利用多天线来抑制信道衰落。根据收发两端天线数量，相对于普通的SISO(Single-Input Single-Output)系统，
MIMO还可以包括SIMO(Single-Input Multi-ple-Output)系统和MISO(Multiple-Input Single-Output)系统。 钱箱
[编辑本段]
1、MIMO概述
MIMO 表示多输入多输出。读/maimo/或/mimo/，通常美国人前者，英国人读后者，国际上研究这一领域的专家较多的都读读/maimo/。通常用于 IEEE 802.11n，但也可以用于其他 802.11 技术。MIMO 有时被称作空间多样，因为它使用多空间通道传送和接收数据。只有站点（移动设备）或接入点（AP）支持 MIMO 时才能部署 MIMO。
MIMO 的优点是能够增加无线范围并提高性能。连接到老的 802.11g 接入点的 802.11n 站点能够以更高的速度连接到更远的距离。例如，如果使用老站点，从 25 英尺的距离连接到接入点的速度是 1Mbps；而使用 802.11n MIMO 时站点的速度为 2Mbps。增加到 2Mbps 的范围，允许用户在更远的距离保持连接。
无线电发送的信号被反射时，会产生多份信号。每份信号都是一个空间流。使用单输入单
输出（SISO）的当前或老系统一次只能发送或接收一个空间流。MIMO 允许多个天线同时发送和接收多个空间流。它允许天线同时传送和接收。
老接入点到老客户端 - 只发送和接收一个空间流
MIMO 接入点到 MIMO 客户端 - 同时发送和接收多个空间流
可以看出，此时的信道容量随着天线数量的增大而线性增大。也就是说可以利用MIMO信道成倍地提高无线信道容量，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
倍地提高。
利用MIMO技术可以提高信道的容量，同时也可以提高信道的可靠性，降低误码率。前者是利用MIMO信道提供的空间复用增益，后者是利用MIMO信道提供的空间分集增益。实现空间复用增益的算法主要有贝尔实验室的BLAST算法、ZF算法、MMSE算法、ML算法。ML算法具有很好的译码性能，但是复杂度比较大，对于实时性要求较高的无线通信不能满足要求。ZF算法简单容易实现，但是对信道的信噪比要求较高。性能和复杂度最优的就是BLAST算法。该算法实际上是使用ZF算法加上干扰删除技术得出的。目前MIMO技术领域另一个研究热点就是空时编码。常见的空时码有空时块码、空时格码。空时码的主要思想是利用空间和时间上的编码实现一定的空间分集和时间分集，从而降低信道误码率。
通常，多径要引起衰落，因而被视为有害因素。然而研究结果表明，对于MIMO系统来说，多径可以作为一个有利因素加以利用。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。传输信息流s(k)经过空时编码形成N个信息子流ci(k)，I=1，……，N。这N个子流由N个天线发射出去，经空间信道后由M个接收天线接收。多天线接收机利用先进的空时编码处理能够分开并解码这些数据子流，从而实现最佳的处理。
医用压片机
特别是，这N个子流同时发送到信道，各发射信号占用同一频带，因而并未增加带宽。若各发射接收天线间的通道响应独立，则多入多出系统可以创造多个并行空间信道。通过这些并行空间信道独立地传输信息，数据率必然可以提高。
MIMO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。
