多天线技术是移动通信领域中无线传输技术的重大突破。通常,多径效应会引起衰落,因而被视为有害因素,然而,多天线技术却能将多径作为一个有利因素加以利用。MIMO (Multiple Input
Multiple output:多输入多输出)技术利用空间中的多径因素,在发送端和接收端采用多个天线,如下图所示,通过空时处理技术实现分集增益或复用增益,充分利用空间资源,提高频谱利用率。
总的来说,MIMO技术的基础目的是:
● 提供更高的空间分集增益:联合发射分集和接收分集两部分的空间分集增益,提供更大的空间分集增益,保证等效无线信道更加“平稳”,从而降低误码率,进一步提升系统容量;
● 提供更大的系统容量:在信噪比SNR足够高,同时信道条件满足“秩>1”,则可以在发射端把用户数据分解为多个并行的数据流,然后分别在每根发送天线上进行同时刻、同频率的发送,同时保持总发射功率不变,最后,再由多元接收天线阵根据各个并行数据流的空间特性,在接收机端将其识别,并利用多用户解调结束最终恢复出原数据流。
LTE系统中的MIMO模型
无线通信系统中通常采用如下几种传输模型:单输入单输出系统SISO、多输入单输出系统MISO、单输入多输出系统SIMO和多输入多输出系统MIMO。其传输模型如下图所:
在一个无线通信系统中,天线是处于最前端的信号处理部分。提高天线系统的性能和效率,将会直接给整个系统带来可观的增益。传统天线系统的发展经历了从单发/单收天线SISO,到多发/单收MISO,以及单发/多收SIMO天线的阶段。
为了尽可能的抵抗这种时变-多径衰落对信号传输的影响,人们不断的寻找新的技术。采用时间分集(时域交织)和频率分集(扩展频谱技术)技术就是在传统SISO系统中抵抗多径衰落的有效手段,而空间分集(多天线)技术就是MISO、SIMO或MIMO系统进一步抵抗衰落的有效手段。
LTE系统中常用的MIMO模型有下行单用户MIMO(SU-MIMO)和上行多用户MIMO(MU-MIMO)。
SU-MIMO(单用户MIMO):指在同一时频单元上一个用户独占所有空间资源,这时的预编码考虑的是单个收发链路的性能,其传输模型如下图所示:
MU-MIMO(多用户MIMO):多个终端同时使用相同的时频资源块进行上行传输,其中每个终端都是采用1根发射天线,系统侧接收机对上行多用户混合接收信号进行联合检测,最后恢复出各个用户的原始发射信号。上行MU-MIMO是大幅提高LTE系统上行频谱效率的一个重要手段,但是无法提高上行单用户峰值吞吐量。其传输模型如下图所示: