mimo技術(shù)有什么用_mino技術(shù)原理解析

　　所謂的MIMO，就字面上看到的意思，是Multiple Input Multiple Output（多入多出）的縮寫，大部分您所看到的說法，都是指無線網(wǎng)絡(luò)訊號(hào)通過多重天線進(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，應(yīng)該是說，網(wǎng)絡(luò)資料通過多重切割之后，經(jīng)過多重天線進(jìn)行同步傳送，由于無線訊號(hào)在傳送的過程當(dāng)中，為了避免發(fā)生干擾起見，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線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，紛紛開始拋開對(duì)既有Wi-Fi聯(lián)盟的兼容性要求，而采用MIMO的技術(shù)，推出高傳輸率的無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品。

　　mimo技術(shù)的作用

　　無線電發(fā)送的信號(hào)被反射時(shí)，會(huì)產(chǎn)生多份信號(hào)。每份信號(hào)都是一個(gè)空間流。使用單輸入單輸出（SISO）的系統(tǒng)一次只能發(fā)送或接收一個(gè)空間流。MIMO允許多個(gè)天線同時(shí)發(fā)送和接收多個(gè)空間流，并能夠區(qū)分發(fā)往或來自不同空間方位的信號(hào)。MIMO 技術(shù)的應(yīng)用，使空間成為一種可以用于提高性能的資源，并能夠增加無線系統(tǒng)的覆蓋范圍。

　　提高信道的容量

　　MIMO接入點(diǎn)到MIMO客戶端之間，可以同時(shí)發(fā)送和接收多個(gè)空間流，信道容量可以隨著天線數(shù)量的增大而線性增大，因此可以利用MIMO信道成倍地提高無線信道容量，在不增加帶寬和天線發(fā)送功率的情況下，頻譜利用率可以成倍地提高。

　　提高信道的可靠性

　　利用MIMO信道提供的空間復(fù)用增益及空間分集增益，可以利用多天線來抑制信道衰落。多天線系統(tǒng)的應(yīng)用，使得并行數(shù)據(jù)流可以同時(shí)傳送，可以顯著克服信道的衰落，降低誤碼率。

　　MIMO技術(shù)大致可以分為兩類：發(fā)射/接收分集和空間復(fù)用。傳統(tǒng)的多天線被用來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。舉例來說，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 。

　　MIMO

　　對(duì)于發(fā)射分集技術(shù)來說，同樣是利用多條路徑的增益來提高系統(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)也是通過不同的發(fā)射天線來發(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。廣義上來說，智能天線技術(shù)也可以算一種天線分集技術(shù)。

　　分集技術(shù)主要用來對(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增加通信中的自由度（degrees of freedom）。從本質(zhì)上來講，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Gerard J. 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)過程中，只要知道數(shù)據(jù)來自哪根天線即可以判斷其是哪一層的數(shù)據(jù)，檢測(cè)過程簡(jiǎn)單。（圖1）

　　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 來看，它的空時(shí)分布很像V-BALST，只不過在不同的時(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)。

　　MIMO

　　mino技術(shù)原理

　　OFDM是多載波數(shù)字調(diào)制技術(shù)，它將數(shù)據(jù)經(jīng)編碼后調(diào)制為射頻信號(hào)。不像常規(guī)的單載波技術(shù)，如AM/FM（調(diào)幅/調(diào)頻）在某一時(shí)刻只用單一頻率發(fā)送單一信號(hào)，OFDM在經(jīng)過特別計(jì)算的正交頻率上同時(shí)發(fā)送多路高速信號(hào)。這一結(jié)果就如同在噪聲和其它干擾中突發(fā)通信一樣有效利用帶寬。

　　傳統(tǒng)的FDM（頻分復(fù)用）理論將帶寬分成幾個(gè)子信道，中間用保護(hù)頻帶來降低干擾，它們同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)。例如：有線電視系統(tǒng)和模擬無線廣播等，接收機(jī)必須調(diào)諧到相應(yīng)的臺(tái)站。

　　OFDM系統(tǒng)比傳統(tǒng)的FDM系統(tǒng)要求的帶寬要少得多。由于使用無干擾正交載波技術(shù)，單個(gè)載波間無需保護(hù)頻帶。這樣使得可用頻譜的使用效率更高。另外，OFDM技術(shù)可動(dòng)態(tài)分配在子信道上的數(shù)據(jù)。為獲得最大的數(shù)據(jù)吞吐量，多載波調(diào)制器可以智能地分配更多的數(shù)據(jù)到噪聲小的子信道上。

　　應(yīng)用OFDM來克服碼間串?dāng)_和鄰頻干擾技術(shù)可以追溯到上世紀(jì)60年代中期。然而，長(zhǎng)久以來OFDM的實(shí)際應(yīng)用受限于快速富里葉變換器的速度和效率。如今，高性能PLD（可編程邏輯器件）技術(shù)的成熟造就了OFDM現(xiàn)階段的應(yīng)用。

　　現(xiàn)代單載波調(diào)制方式如積分幅度調(diào)制（QAM）或積分移相鍵控調(diào)制（QPSK），結(jié)合了基本的調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相技術(shù)來提供更高的噪聲抑制和更好的系統(tǒng)吞吐量。利用增加的復(fù)雜調(diào)制技術(shù)要求有高性能的數(shù)字邏輯，但也允許系統(tǒng)構(gòu)造者獲得更高的信噪比和接近先農(nóng)限制的頻譜有效性。

　　OFDM結(jié)構(gòu)可根據(jù)OFDM數(shù)據(jù)處理流程分為發(fā)送部分的前向糾錯(cuò)編碼器、交錯(cuò)器、星座圖映射、串并轉(zhuǎn)換器及接收部分的反向快速富里葉變換器、并串轉(zhuǎn)換器、循環(huán)前綴插入、整形有限激勵(lì)響應(yīng)過濾器、數(shù)模轉(zhuǎn)換等模塊。

　　OFDM調(diào)制采用信道編碼來抑制多徑效應(yīng)，數(shù)據(jù)符號(hào)映射到一個(gè)相應(yīng)的星座圖上（如同QPSK，QAM），結(jié)果I和Q值存儲(chǔ)在緩沖中，并應(yīng)用了快速富里葉反變換（IFFT）。IFFT在正交載波上進(jìn)行調(diào)制。數(shù)據(jù)被準(zhǔn)備發(fā)送并被串行化另外為抵抗多徑效應(yīng)加上一個(gè)循環(huán)前綴。經(jīng)過處理的信號(hào)被送到天線上被發(fā)送出去。

　　1．功能模塊

　　（1）前向糾錯(cuò)（ForwardErrorCorrection）

　　信道編碼采用Reed-Solomon碼、卷積糾錯(cuò)碼、維特比碼或TURBO碼。

　?。?）交錯(cuò)器

　　交錯(cuò)器用于降低在數(shù)據(jù)信道中的突發(fā)錯(cuò)誤，交錯(cuò)后的數(shù)據(jù)通過一個(gè)串并行轉(zhuǎn)換器，將IQ映射到一個(gè)相應(yīng)的星座圖上。

　　（3）星座圖

　　多載波OFDM被認(rèn)為優(yōu)于N個(gè)獨(dú)立的由單載波調(diào)制的子頻帶。星座圖將符號(hào)映射到相應(yīng)的星座點(diǎn)上。這一過程產(chǎn)生IQ值，它們被過濾并送到IFFT上進(jìn)行變換。

　?。?）緩沖

　　用于存儲(chǔ)送到IFFT前的IQ值。IFFT可快速、高效應(yīng)用離散富里葉變換功能并數(shù)學(xué)生成用于OFDM傳輸?shù)恼惠d波。OFDM的核心為IFFT，IFFT調(diào)制每一個(gè)子信道到高精度的正交載波上，信道化后的數(shù)據(jù)注入到一個(gè)并串緩沖器，串行數(shù)據(jù)通過DAC變換為發(fā)送做準(zhǔn)備。

　?。?）并串轉(zhuǎn)換器

　　用于將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)。

　?。?）循環(huán)前綴

　　循環(huán)前綴為單個(gè)的OFDM符號(hào)個(gè)體創(chuàng)建一個(gè)保護(hù)帶，在信噪比邊緣損耗中被丟掉以極大的減少ISI。整形有限激勵(lì)響應(yīng)過濾器（ShaperFIRFilter）用于整形信號(hào)。