MIMO技术原理及在LTE中的应用.pptx

胶片修改记录版本日期拟制人/-12-8刘太江创建MIMO技术原理MIMO使用模式MIMO在LTE中的应用MIMO技术原理MIMO基本思想MIMO系统模型MIMO系统容量分析MIMO基本思想为了进一步提高频谱的复用率,研究者们想到在通信的一方或双方采用多个收发天线,主动地利用用户的空间方位信息或空间信道的冗余来提高系统的容量,这便是MIMO(多输入多输出)系统的由来。其基本思想是在收发双端采用多根天线,分别同时发射与接收,通过空时处理技术,充分利用空间资源,在无需增加频谱资源和发射功率的情况下,成倍地提升通信系统的容量与可靠性,提高频谱利用率。MIMO的优点阵列增益:可以提高发射功率和进行波束形成;系统的分集特性:可以改善信道衰落造成的干扰;系统的空间复用增益:可以构造空间正交的信道,从而成倍地增加数据率;因此,充分地利用MIMO系统的这些优秀品质能够大幅度地提高系统容量、获得相当高的频谱利用率,从而可以获得更高的数据率、更好的传输品质或更大的系统覆盖范围。MIMO系统的数学模型在发射器端配置Nt个发射天线,在接收器端配置了Nr接收天线,xj(j=1,2,……Nt)表示第j号发射天线发射的信号,ri(i=1,2,……Nr)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,模型图如下MIMO系统的信号模型可以表示为:写成矩阵形式为:MIMO系统模型图MIMO系统容量分析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)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Pt/Nt。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。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。MIMO系统容量分析(续1)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,UNr×Nr和VNt×Nt是酉矩阵,即满足UUH=INr×Nr,VVH=INt×Nt,K是信道矩阵的秩,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MIMO系统容量分析(续2)