MIMO潛力

時間：2022-02-18 17:24:01 | 來源：信息時代

時間：2022-02-18 17:24:01 來源：信息時代

通常，多徑要引起衰落，因而被視為有害因素。然而研究結(jié)果表明，對于MIMO系統(tǒng)來說，多徑可以作為一個有利因素加以利用。MIMO系統(tǒng)在發(fā)射端和接收端均采用多天線(或陣列天線)和多通道，MIMO的多入多出是針對多徑無線信道來說的。傳輸信息流s(k)經(jīng)過空時編碼形成N個信息子流ci(k)，I=1，……，N。這N個子流由N個天線發(fā)射出去，經(jīng)空間信道后由M個接收天線接收。多天線接收機利用先進的空時編碼處理能夠分開并解碼這些數(shù)據(jù)子流，從而實現(xiàn)最佳的處理。

特別是，這N個子流同時發(fā)送到信道，各發(fā)射信號占用同一頻帶，因而并未增加帶寬。若各發(fā)射接收天線間的通道響應(yīng)獨立，則多入多出系統(tǒng)可以創(chuàng)造多個并行空間信道。通過這些并行空間信道獨立地傳輸信息，數(shù)據(jù)率必然可以提高。

MIMO將多徑無線信道與發(fā)射、接收視為一個整體進行優(yōu)化，從而實現(xiàn)高的通信容量和頻譜利用率。這是一種近于最優(yōu)的空域時域聯(lián)合的分集和干擾對消處理。

系統(tǒng)容量是表征通信系統(tǒng)的最重要標(biāo)志之一，表示了通信系統(tǒng)最大傳輸率。對于發(fā)射天線數(shù)為N，接收天線數(shù)為M的多入多出（MIMO）系統(tǒng)，假定信道為獨立的瑞利衰落信道，并設(shè)N、M很大，則信道容量C近似為：C=Blog2(ρ/2)

其中B為信號帶寬，ρ為接收端平均信噪比，min(M,N)為M，N的較小者。上式表明，功率和帶寬固定時，多入多出系統(tǒng)的最大容量或容量上限隨最小天線數(shù)的增加而線性增加。而在同樣條件下，在接收端或發(fā)射端采用多天線或天線陣列的普通智能天線系統(tǒng)，其容量僅隨天線數(shù)的對數(shù)增加而增加。相對而言，多入多出對于提高無線通信系統(tǒng)的容量具有極大的潛力。

理論容量與天線數(shù)關(guān)系：

（1）圖4-4所示的四條信道容量曲線的發(fā)射天線數(shù)量都為4，以接收天線數(shù)量為橫軸，信噪比依次為0dB、5dB、10dB、15dB。從這四條不同的曲線我們可以得出結(jié)論：

圖4-4

1．發(fā)射天線數(shù)量一定，信噪比不變時信道容量隨著接收天線數(shù)的增多而增大，且增大的幅度越來越小。

2．發(fā)射天線和接收天線的數(shù)量均相同，信道容量隨信噪比的增大而增大。

（2）圖4-5所示的四條信道容量曲線的接收天線數(shù)量都為4，以發(fā)射天線數(shù)量為橫軸，信噪比分別為0dB、5dB、10dB、15dB。從這四條不同的曲線我們可以得出結(jié)論：

1．接收天線數(shù)量一定，信噪比不變時信道容量隨著發(fā)射天線數(shù)的增多而增大，增大的幅度會越來越小。

2．當(dāng)發(fā)射天線數(shù)大于接收天線數(shù)時，信道容量增大的幅度會大幅度減緩，當(dāng)>10以后，信道容量基本上就沒有多大變化。

由上述結(jié)論我們可以看到信道容量隨著天線數(shù)量的增大而線性增大。也就是說可以在不增加帶寬和天線發(fā)送功率的情況下利用MIMO信道成倍地提高無線信道容量，證明了MIMO信道系統(tǒng)理論的正確性。