新技术讲座大作业——关于MIMO技术的简单介绍

关于MIMO技术的简单介绍

新技术讲座报告

姓名：沈云彬

学号：02116026

任课教师：史琰

完成日期：2014.04.17

关于MIMO技术的简单介绍

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摘要: 我根据一些关于MIMO的论文、资料的理解，简单介绍了MIMO及其应用背景，并对MIMO技术的优点和在雷达中的应用作了简单的介绍。MIMO技术室最近很热门的一项技术，随着人们对更高速率和带宽的要求，MIMO技术显得愈发重要。

关键词：MIMO技术、应用背景、优点、MIMO雷达

一、 MIMO介绍

MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)（多入多出技术），是应用于WLAN的一项核心技术，通过多根天线在不同频率下工作从而使无线网络实现带宽增倍或者增强信号的功能。现在MIMO已经广泛应用于军用和民用上，MIMO阵列对空成像雷达、MIMO SAR雷达其实就是一个MIMO的典型应用，民用上，就连简单的路由器已具备了简单的MIMO技术。

实际上多输入多输出(MIMO)技术由来已久，早在1908年马可尼就提出用它来抗衰落。在20世纪70年代有人提出将多入多出技术用于通信系统，但是对无线移动通信系统多入多出技术产生巨大推动的奠基工作则是上世纪90年代由AT&TBell实验室的学者完成的。

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二、 MIMO的应用背景

随着科学技术的发展，我们对天线的要求也越来越高。

首先，为了实现更高的传输速率，我就需带宽更宽的天线。像WCDMA的3G网络就是用了两个不同的频率范围来进行接收和发送数据，还有WIFI的信号为了防止干扰，按照频率分成13个信道，另外我们的蜂窝通信系统也是根据频率分成许多信道来减少干扰和增加容量，种种应用使得天线的工作频率变得很宽。

其次，为了让手机等终端有更好的通用性，我们也需要让天线在多个完全不同的频率上工作，像多网通用的手机，我们既要支持900MHz的GSM，也要支持大约1800-2000Mhz的3G网络，相当于把一根天线当多根天线使用，否则我们就需要使用多根天线来实现。

再次，为了使天线具有更好的接收性能，我们往往需要多幅天线来增加信号强度，因此MIMO天线就显得很重要。

然而，通过MIMO多天线技术可以很好地解决这些问题。与传统的单天线系统相比，MIMO 通信系统具有更高的信道容量增益。在不同的发射和接收天线对之间信道衰落特性互不相关的条件下，MIMO

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系统可以实现信道容量增益的最大化。正是由于 MIMO 具有以上特性，它即将成为第四代移动通信的核心技术之一。

三、 MIMO的优点

MIMO的优点是能够增加无线范围并提高性能。当连接到老的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。

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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。

四、 MIMO在雷达中的应用

MIMO雷达是将多输入多输出技术应用于雷达系统，在传统的相控阵雷达基础上发展起来的一种新型雷达。目前MIMO雷达有两种模型：美国麻省理工学院林肯实验室提出的发射分集MIMO雷达模型、贝尔实验室提出的统计MIMO雷达模型。发射分集MIMO雷达是在发射端由阵元（或子阵）全向发射相互正交的波形，回波信号为所有信号的延迟和；在接收端，用匹配滤波器组来分离回波信号中的各发

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射分量，然后通过DBF技术来形成接收波束和等效发射波束。和传统的相控阵雷达性比较，MIMO雷达提高了雷达抗截获性能和在高杂波背景中探测低速目标的能力。

目前MIMO雷达有两种模型：美国麻省理工学院林肯实验室提出的发射分集MIMO雷达模型以及贝尔实验室提出的统计MIMO雷达模型。发射分集MIMO雷达的基本思想是：多个发射站和接收站同时发射和接收信号，发射站发射的信号是相互正交的，由于信号正交，因而在空间不能形成高增益的发射波束，而是以宽的低增益发射波束覆盖整个检测空间；接收站对每个发射站发射的信号进行匹配滤波，然后通过DBF技术来形成接收波束和等效发射波束。

在发射分集MIMO雷达系统中发射波束形成和接收波束形成同时采用了数字处理技术，发射站发射相互正交的信号以宽的低增益的发射波束覆盖整个检测空间，这样的体制使MIMO雷达在抗杂波、抗干扰、低截获、角分辨率等性能方面，与传统雷达相比具有明显的优势。

五、 总结

现在无线通信系统需要提供越来越高的数据速率。传统的方式通过高阶调制和更大的信号带宽来实现，新的方法却通过利用无线系统

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的传输信道来提高数据速率。通过使用多天线系统（典型的MIMO），可以使数据速率和信道容量有了比较大的提升。因此，MIM系统已广泛应用于多种移动通信标准，也成为了未来移动通信标准的必选项目。MIM技术是一项全新的技术，在其算法开发、信道建模、大线设计、测试平台搭建、芯片开发与标准化方而还有大量工作有待进行。尽管如此，我们还是相信，随着技术的发展和器件工艺的进步提高，MIMO终将在末来的移动通信系统中得到广泛应用。

总之，MIMO无线通信技术日趋成熟，逐步从理论研究走向产品开发，其锐小可当的发展趋势已预示着高速无线传输时代的来临。

参考文献：

[1]何子述,韩春林,刘波.MIMO雷达概念及其技术特点分析.电子学报,2005,33(12A):2441-2445.

[2] 赵亚男,张禄林,吴伟陵;MIMO技术的发展与应用[J];电讯技术;2005年01期

[3] 束锋;颜永庆;陈明;程时昕;;MIMO无线通信系统的关键技术和应用前景[J];江苏通信技术;2005年05期

[4] 李忻,黄绣江,聂在平，“MIMO 无线传输技术综述”,无线电工程，2006，36(8):42-47