MIMOMIMO技術(shù)

時(shí)間：2022-02-18 17:36:01 | 來(lái)源：信息時(shí)代

時(shí)間：2022-02-18 17:36:01 來(lái)源：信息時(shí)代

所謂的MIMO，就字面上看到的意思，是MultipleInputMultipleOutput（多入多出）的縮寫(xiě)，大部分您所看到的說(shuō)法，都是指無(wú)線網(wǎng)絡(luò)訊號(hào)通過(guò)多重天線進(jìn)行同步收發(fā)，所以可以增加資料傳輸率。

然而比較正確的解釋?zhuān)瑧?yīng)該是說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)資料通過(guò)多重切割之后，經(jīng)過(guò)多重天線進(jìn)行同步傳送，由于無(wú)線訊號(hào)在傳送的過(guò)程當(dāng)中，為了避免發(fā)生干擾起見(jiàn)，會(huì)走不同的反射或穿透路徑，因此到達(dá)接收端的時(shí)間會(huì)不一致。為了避免資料不一致而無(wú)法重新組合，因此接收端會(huì)同時(shí)具備多重天線接收，然后利用DSP重新計(jì)算的方式，根據(jù)時(shí)間差的因素，將分開(kāi)的資料重新作組合，然后傳送出正確且快速的資料流。

由于傳送的資料經(jīng)過(guò)分割傳送，不僅單一資料流量降低，可拉高傳送距離，又增加天線接收范圍，因此MIMO技術(shù)不僅可以增加既有無(wú)線網(wǎng)絡(luò)頻譜的資料傳輸速度，而且又不用額外占用頻譜范圍，更重要的是，還能增加訊號(hào)接收距離。所以不少?gòu)?qiáng)調(diào)資料傳輸速度與傳輸距離的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，紛紛開(kāi)始拋開(kāi)對(duì)既有Wi-Fi聯(lián)盟的兼容性要求，而采用MIMO的技術(shù)，推出高傳輸率的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品。

MIMO技術(shù)大致可以分為兩類(lèi)：發(fā)射/接收分集和空間復(fù)用。傳統(tǒng)的多天線被用來(lái)增加分集度從而克服信道衰落。具有相同信息的信號(hào)通過(guò)不同的路徑被發(fā)送出去，在接收機(jī)端可以獲得數(shù)據(jù)符號(hào)多個(gè)獨(dú)立衰落的復(fù)制品，從而獲得更高的接收可靠性。舉例來(lái)說(shuō)，在慢瑞利衰落信道中，使用1根發(fā)射天線n根接收天線，發(fā)送信號(hào)通過(guò)n個(gè)不同的路徑。如果各個(gè)天線之間的衰落是獨(dú)立的，可以獲得最大的分集增益為n，平均誤差概率可以減小到，單天線衰落信道的平均誤差概率為。對(duì)于發(fā)射分集技術(shù)來(lái)說(shuō)，同樣是利用多條路徑的增益來(lái)提高系統(tǒng)的可靠性。在一個(gè)具有m根發(fā)射天線n根接收天線的系統(tǒng)中，如果天線對(duì)之間的路徑增益是獨(dú)立均勻分布的瑞利衰落，可以獲得的最大分集增益為mn。智能天線技術(shù)也是通過(guò)不同的發(fā)射天線來(lái)發(fā)送相同的數(shù)據(jù)，形成指向某些用戶的賦形波束，從而有效的提高天線增益，降低用戶間的干擾。廣義上來(lái)說(shuō)，智能天線技術(shù)也可以算一種天線分集技術(shù)。

MIMO

分集技術(shù)主要用來(lái)對(duì)抗信道衰落。相反，MIMO信道中的衰落特性可以提供額外的信息來(lái)增加通信中的自由度(degreesoffreedom)。從本質(zhì)上來(lái)講，如果每對(duì)發(fā)送接收天線之間的衰落是獨(dú)立的，那么可以產(chǎn)生多個(gè)并行的子信道。如果在這些并行的子信道上傳輸不同的信息流，可以提供傳輸數(shù)據(jù)速率，這被稱為空間復(fù)用。需要特別指出的是在高SNR的情況下，傳輸速率是自由度受限的，此時(shí)對(duì)于m根發(fā)射天線n根接收天線，并且天線對(duì)之間是獨(dú)立均勻分布的瑞利衰落的。

根據(jù)子數(shù)據(jù)流與天線之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，空間多路復(fù)用系統(tǒng)大致分為三種模式：D-BLAST、V-BLAST以及T-BLAST。

D-BLAST

D-BLAST最先由貝爾實(shí)驗(yàn)室的GerardJ.Foschini提出。原始數(shù)據(jù)被分為若干子流，每個(gè)子流之間分別進(jìn)行編碼，但子流之間不共享信息比特，每一個(gè)子流與一根天線相對(duì)應(yīng)，但是這種對(duì)應(yīng)關(guān)系周期性改變，如圖1.b所示，它的每一層在時(shí)間與空間上均呈對(duì)角線形狀，稱為D-BLAST(Diagonally-BLAST)。D-BLAST的好處是，使得所有層的數(shù)據(jù)可以通過(guò)不同的路徑發(fā)送到接收機(jī)端，提高了鏈路的可靠性。其主要缺點(diǎn)是，由于符號(hào)在空間與時(shí)間上呈對(duì)角線形狀，使得一部分空時(shí)單元被浪費(fèi)，或者增加了傳輸數(shù)據(jù)的冗余。如圖1.b所示，在數(shù)據(jù)發(fā)送開(kāi)始時(shí)，有一部分空時(shí)單元未被填入符號(hào)(對(duì)應(yīng)圖中右下角空白部分)，為了保證D-BLAST的空時(shí)結(jié)構(gòu)，在發(fā)送結(jié)束肯定也有一部分空時(shí)單元被浪費(fèi)。如果采用burst模式的數(shù)字通信，并且一個(gè)burst的長(zhǎng)度大于M(發(fā)送天線數(shù)目)個(gè)發(fā)送時(shí)間間隔，那么burst的長(zhǎng)度越小，這種浪費(fèi)越嚴(yán)重。它的數(shù)據(jù)檢測(cè)需要一層一層的進(jìn)行，如圖1.b所示：先檢測(cè)c0、c1和c2，然后a0、a1和a2，接著b0、b1和b2……

V-BLAST

另外一種簡(jiǎn)化了的BLAST結(jié)構(gòu)同樣最先由貝爾實(shí)驗(yàn)室提出。它采用一種直接的天線與層的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即編碼后的第k個(gè)子流直接送到第k根天線，不進(jìn)行數(shù)據(jù)流與天線之間對(duì)應(yīng)關(guān)系的周期改變。如圖1.c所示，它的數(shù)據(jù)流在時(shí)間與空間上為連續(xù)的垂直列向量，稱為V-BLAST(Vertical-BLAST)。由于V-BLAST中數(shù)據(jù)子流與天線之間只是簡(jiǎn)單的對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此在檢測(cè)過(guò)程中，只要知道數(shù)據(jù)來(lái)自哪根天線即可以判斷其是哪一層的數(shù)據(jù)，檢測(cè)過(guò)程簡(jiǎn)單。

T-BLAST

考慮到D-BLAST以及V-BALST模式的優(yōu)缺點(diǎn)，一種不同于D-DBLAST與V-BLAST的空時(shí)編碼結(jié)構(gòu)被提出：T-BLAST。等文獻(xiàn)分別提及這種結(jié)構(gòu)。它的層在空間與時(shí)間上呈螺紋(Threaded)狀分布，如圖2所示。原始數(shù)據(jù)流被多路分解為若干子流之后，每個(gè)子流被對(duì)應(yīng)的天線發(fā)送出去，并且這種對(duì)應(yīng)關(guān)系周期性改變，與D-BLAST系統(tǒng)不同的是，在發(fā)送的初始階段并不是只有一根天線進(jìn)行發(fā)送，而是所有天線均進(jìn)行發(fā)送，使得單從一個(gè)發(fā)送時(shí)間間隔來(lái)看，它的空時(shí)分布很像V-BALST，只不過(guò)在不同的時(shí)間間隔中，子數(shù)據(jù)流與天線的對(duì)應(yīng)關(guān)系周期性改變。更普通的T-BLAST結(jié)構(gòu)是這種對(duì)應(yīng)關(guān)系不是周期性改變，而是隨機(jī)改變。這樣T-BLAST不僅可以使得所有子流共享空間信道，而且沒(méi)有空時(shí)單元的浪費(fèi)，并且可以使用V-BLAST檢測(cè)算法進(jìn)行檢測(cè)。