MIMO定义及阵列

多进多出(multiple input multiple output，MIMO)是为极大地提高信道容量，在发送端和接收端都使用多根天线，在收发之间构成多个信道的天线系统。多进多出是一种相当复杂的天线分集技术。多径效应会影响信号质量，因此传统的天线系统都在如何消除多径效应上动脑筋。而MIMO系统正好相反，它利用多径效应来改善通信质量。在MIMO系统中，收发双方使用多副可以同时工作的天线进行通信。MIMO系统通常采用复杂的信号处理技术来显著增强可靠性、传输范围和吞吐量。发射机采用这些技术同时发送多路射频信号，接收机再从这些信号中将数据恢复出来。

要提高系统的吞吐量，一个很好的方法就是提高信道的容量。MIMO可以成倍地提高衰落信道的信道容量。根据这个工具，对于采用多天线阵发送和接收技术的系统，在理想情况下信道容量将随着m线型增加，从而提供了目前其他技术无法达到的容量潜力。其次，由于多天线阵发送和接收技术本质上是空间分集与时间分集技术的结合，有很好的的抗干扰能力;进一步将多天线发送和接收技术与信道编码技术结合，可以极大地提高系统的性能，这样导致了空时编码技术的产生。空时编码技术真正实现了空分多址，是将来无线通信中必然选择的技术之一。 [2] MIMO天线阵列，是一种开环的MIMO技术，m个发送天线，使用编码重用技术将同样码集的每个码重复使用m次，每个码用来调制不同的数据子流，这样在不增加码资源的基础上提高了原始数据的传输速率。为了分辨m个数据子流，在接收端也要使用多天线和空间信号处理。 [2] MIMO技术主要有两种表现形式，即空间复用和空时编码。这两种形式在WiMAX技术中都得到了应用。WiMAX技术还给出了同时使用空间复用和空时编码的形式。目前MIMO技术正在被开发应用到各种高速无线通信系统中。 [2] 为充分利用MIMO的容量，人们提出了不同的空时处理方案。贝尔实验室提出了一种分层空时结构，它将信源数据分成几个子数据流，独立地进行编码调制，因而它不是基于发射分集的。AT&T在发射延迟分集的基础上正式提出了基于发射分集的空时编码。同时，一种简单的发送分集方案也被提出，并将它进一步推广提出了空时分组编码，由于它具有很低的译码复杂度，已经被正式列入WCDMA标准中。空时编码是一种把编码、调制和空间分集结合起来的新兴技术，也成为后3G技术中重要的一部分。

智能终端迅速普及将移动数据业务需求推到一个更高的水平上，从而导致了频谱资源的严重短缺。大规模技术主要挑战包括导频污染、波束赋型、预编码和高性能信号检测等。技术优势大规模MIMO技术采用大量天线来服务数量相对较少的用户，可以有效提高频谱效率。国内外研究机构围绕吞吐量、传输功率效率、预编码和接收端设计等方面对大规模技术进行了深入研究。另一方面，能耗效率是又一关键性能指标。大规模MIMO不仅能够有效提高系统信道容量，同时还能显著改善无线系统的能耗效率。 大规模MIMO与传统MIMO性能对比大规模MIMO与传统MIMO相比具有诸多特点。导频污染成为大规模MIMO技术的关键性限制因素，这是因为随着基站天线数量的增加，相邻小区的用户在上行道估计中使用同一组(或非正交的)训练序列，从而导致基站端信道估计结果并非本地用户和基站间的信道，而是被其他小区用户发送的训练序列所污染的估计。此外，信道测量、建模与估计、波束赋型/预编码与检测设计、硬件复杂度等问题也将限制大规模MIMO系统的实现