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多天线与MIMO技术的发展和应用
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多天线与MIMO技术的发展和应用
杨杉杉
北京中网华通设计咨询有限公司，云南普洱 665000
摘要；本文介绍了多天线技术的概念和核心技术，并重点介绍了MIMO技术的特点，在现有通信网种的应用。
关键词：多天线；MIMO；LTE
目录
一、 引言 6
二、 概述 6
1 多天线技术的定义 6
2 多天线技术的分类 7
. 天线分集技术 7
. 波束赋型技术 8
. 空分复用技术 9
三、 MIMO技术 9
1 MIMO技术的定义和原理 9
. MIMO技术的定义 9
. MIMO技术的原理 10
引言
2004年12月在3GPP（The 3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴计划）组织在多伦多会议上正式启动了UMTS（Universal Mobile Telecommunications System，通用移动通信系统）技术标准的长期演进LTE（Long Term Evolution)，其中MIMO（Multi-Input & Multi-Output，多输入多输出）作为其关键技术备受关注。
随着中国联通对MIMO技术的广泛应用，以及LTE-FDD商用网的大规模建设，要求我们无线通信设计人员必须清楚MIMO技术的概念和特点，以便于频谱资源和网络配置的规划。本文将逐步介绍多天线技术的概念、MIMO技术特点，以及MIMO技术的应用和发展趋势。
概述
多天线技术的定义
多天线技术顾名思义，就是采用多个天线，区别于传统的无线通信系统，多天线技术是在无线链路的发射端或者接收端采用多个天线或者天线矩阵，也可在发射端和接收端同事采用多个天线或者天线矩阵，以实现频率复用，提高数据传输速率。
多天线技术的分类
根据不同的实现方式分为天线分集，波束赋型和空分复用三种技术。
天线分集技术
分集技术是用来补偿衰落信道损耗的，它通常通过两个或更多的天线来实现。同均衡器一样，它在不增加传输功率和带宽的前提下，而改善无线通信信道的传输质量。在移动通信中，基站和移动台的接收机都可以采用分集技术。目前常用的分集方式主要有两种：宏分集和微分集。
天线分集是指利用多天线间较低的无线信道的相关性，提供额外的（发射或接收）分集来对抗无线信道的衰落，是一种被用以恢复信号完整度的技术。按天线类型可有空间分集，或极化分集。
分集天线在GSM系统中有广泛的应用，在基站间距较小、高楼林立的市区，由于安装环境受限，多采用体积较小的极化分集天线，而在开阔的郊区和农村，则多采用增益较高的空间分集天线。
波束赋型技术
波束赋型（Beamforming）是一种基于天线阵列的信号预处理技术，指利用发射端或接受段的多根天线，以一定的方式形成一个特定波束，使目标方向上天线增益最大以及抑制/降低干扰。因此，波束赋形技术在扩大覆盖范围、改善边缘吞吐量以及干扰抑止等方面都有很大的优势。
波束赋形技术已经在TD-SCDMA系统中得到了成功的应用，在TD-LTE R8中也采用了波束赋形技术。在TD-LTE R8的PDSCH传输模式7中定义了基于单端口专用导频的波束赋形传输方案。TD-LTE R9中则将波束赋形技术扩展到了双流传输方案中，通过新定义的传输模式8引入了双流波束赋形技术，并定义了新的双端口专用导频与相应的控制、反馈机制。
空分复用技术
让同一个频段在不同的空间内得到重复利用，称之为空分复用。在移动通信中，能实现空间分割的基本技术就是采用自适应阵列天线，在不同的用户方向上形成不同的波束。通过空分复用，多个发射源或者接受站可以同时使用同一个频率，提高系统的频谱效率。在实际的通信工程里，空分复用通常和其它复用技术结合使用[1]。
MIMO技术
MIMO技术的定义和原理
MIMO技术的定义
MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)即多入多出技术，指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收，从而改善通信质量。它能充分利用空间资源，通过多个天线实现多发多收，在不增加频谱资源和天线发射功率的情况下，可以成倍的提高系统信道容量，达得更高的用户速率。