MIMO天線設(shè)計(jì)

1、MIMO天線技術(shù)MIMO天線的歷史、原理及特點(diǎn)概述技術(shù)設(shè)計(jì)優(yōu)化MIMO系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和優(yōu)化空間分集和空間復(fù)用等技術(shù)應(yīng)用MIMO天線的歷史、原理及特點(diǎn)概述技術(shù)設(shè)計(jì)優(yōu)化MIMO系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和優(yōu)化空間分集和空間復(fù)用等技術(shù)應(yīng)用 MIMO系統(tǒng)提出背景l(fā) 傳統(tǒng)無線通信系統(tǒng)中，發(fā)射端和接收端通常各使用一根天線l 信道容量：l 容量表示通信系統(tǒng)的最大傳輸速率，香農(nóng)公式確定了在有噪聲的信道中進(jìn)行可靠通信的上限速率。隨著對(duì)通信速率要求的不斷提高，因此需要突破傳統(tǒng)無線通信系統(tǒng)的容量界限。提升信道容量的方法1.設(shè)置更多的基站代價(jià)高2.拓寬已使用的頻帶資源緊張3.提高頻譜使用效率增加信噪比器件散熱、干擾電平為了改善通

2、信質(zhì)量，提高信道容量，由SIMO和MISO技術(shù)發(fā)展演變?yōu)镸IMO（Multiple Input Mutiple Output)MIMO是指在發(fā)射端和接收端采用多根天線，使信號(hào)在空間獲得陣列增益、分集增益、復(fù)用增益和干擾抵消等的一種多天線技術(shù)。 MIMO系統(tǒng)工作過程MIMO系統(tǒng)配有M根發(fā)送天線和 N 根接收天線在發(fā)送端經(jīng)空時(shí)編碼形成M個(gè)子信息流，送到天線進(jìn)行發(fā)射，并行傳送，在接收端根據(jù)不同天線信號(hào)在無線信道中的不相關(guān)性，通過各種空時(shí)檢測(cè)技術(shù)把并行合流為串行數(shù)據(jù)流。 各個(gè)天線之間的距離足夠大，防止信號(hào)間過大的相關(guān)性 任意無線信道是相互獨(dú)立或具有很小的相關(guān)性壹貳MIMO系統(tǒng)的特點(diǎn)：MIMO技術(shù)是如何

3、提高信道容量在收發(fā)天線之間形成了 N M信道矩陣H ，在某一時(shí)刻t，信道矩陣為：元素h是發(fā)射天線i的信道增益。假定發(fā)送端確定信道信息，總的發(fā)送功率為P，功率與發(fā)送天線的數(shù)量M無關(guān)；各個(gè)接受天線的噪聲功率均為發(fā)射功率平均分配到每一個(gè)發(fā)送天線上，則系統(tǒng)容量為：注：H為NM的信道矩陣，上標(biāo)H表示復(fù)共軛轉(zhuǎn)置 SIMO信道容量（H已知） 為接收天線數(shù)目 接收天線對(duì)信道容量的增加貢獻(xiàn)呈指數(shù)，信道情況知曉否對(duì)容量無明顯影響)1 (log22PnCRnRMISO信道容量lH已知： （ )1 (log22PnCTnT 為發(fā)射天線數(shù)目）lH未知)1 (log22PC當(dāng)發(fā)送與接收端都對(duì)H一無所知時(shí)，系統(tǒng)容量沒有提升

4、當(dāng)天線數(shù)量較多時(shí)，系統(tǒng)容量可近似表達(dá)為：B為信號(hào)帶寬，p為接收端平均信噪比該系統(tǒng)的容量隨最小天線數(shù)目min（M,N)線性增長(zhǎng)。 MIMO技術(shù)實(shí)質(zhì)上是為無線通信系統(tǒng)提供一定的分集增益和復(fù)用增益。對(duì)于理想的隨機(jī)信道，如果天線的空間和成本不受限制，MIMO系統(tǒng)就能提供無限大的容量。 MIMO天線的歷史、原理及特點(diǎn)概述技術(shù)設(shè)計(jì)優(yōu)化MIMO系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和優(yōu)化空間分集和空間復(fù)用等技術(shù)應(yīng)用空間復(fù)用12空間分集空時(shí)編碼3空間復(fù)用12空間分集空時(shí)編碼3空間被當(dāng)作一種能有效提供分集的資源，假設(shè)接收機(jī)具有多個(gè)天線，發(fā)射信號(hào)通過不同路徑到達(dá)接收機(jī)，如果接收機(jī)的天線距離足夠大（通常大于半個(gè)波長(zhǎng)即可），那么接收信號(hào)將會(huì)

5、經(jīng)歷不同的信道衰落，即每個(gè)接收信號(hào)可以看作獨(dú)立的，從而提供空間分集?？臻g分集實(shí)質(zhì)上是通過信號(hào)通過不同路徑獲得的收機(jī)端獲得同一個(gè)多個(gè)獨(dú)立衰落的信號(hào)，用多根發(fā)送天線將具有相同信息的信號(hào)通過不同的路徑發(fā)送空間復(fù)用12空間分集空時(shí)編碼3在發(fā)射端，高速率的數(shù)據(jù)流被分割為多個(gè)較低速率的子數(shù)據(jù)流，不同的子數(shù)據(jù)流在不同的發(fā)射天線上在相同頻段上發(fā)射出去?？臻g復(fù)用的優(yōu)點(diǎn)是提高傳輸速率。空間復(fù)用12空間分集空時(shí)編碼3空時(shí)編碼l空時(shí)分組編碼就是在空間域和時(shí)間域兩維方向上對(duì)信號(hào)進(jìn)行編碼。在時(shí)間上把不同信號(hào)在不同時(shí)隙內(nèi)使用同一個(gè)天線發(fā)射，使接收端可以分集接收。用這樣的方法可以獲得分集和編碼增益，從而實(shí)現(xiàn)高速率的傳輸。作用

6、：為不同天線上發(fā)射的信號(hào)引入了時(shí)間和空間的相關(guān)性，從而提高系統(tǒng)容量和信道利用率編時(shí)碼CONTENTS空空時(shí)網(wǎng)格碼（STTC）空時(shí)塊編碼（STBC）空時(shí)分層碼（LSTC）關(guān)鍵技術(shù)小結(jié)MIMO優(yōu)點(diǎn) 不增加頻譜資源 不增加發(fā)射天線功率多發(fā)多收充分利用空間資源成倍提高系統(tǒng)信道容量改善通信質(zhì)量MIMO天線的歷史、原理及特點(diǎn)概述技術(shù)設(shè)計(jì)優(yōu)化MIMO系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和優(yōu)化空間分集和空間復(fù)用等技術(shù)應(yīng)用在MIMO系統(tǒng)中，天線的數(shù)目和間距是影響系統(tǒng)參數(shù)的重要因素，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：l采用小型化天線，盡量減小天線尺寸；l將多副天線的功能集中到一副天線上，用一副天線來代替二副或多副天線。設(shè)計(jì)思想設(shè)計(jì)思想：l 增大

7、頻率帶寬，便于MIMO系統(tǒng)頻段在一定范圍內(nèi)做調(diào)整；l 保證分集接收效果，實(shí)現(xiàn)雙極化，正負(fù)45度正交極化，并工作于雙工模式；l 改善方向圖，控制（垂直，減?。凰?，增大）波瓣寬度提高增益；l 采用分集技術(shù)，減輕衰落的影響，獲得分集增益，提高接收靈敏度；l 改進(jìn)天線結(jié)構(gòu)，如減小天線尺寸。MIMO-OFDM定義：OFDM是一種多載波調(diào)制技術(shù)，基本思想是將信道分成若干個(gè)正交子信道，然后將高速數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行的低速數(shù)據(jù)流，并調(diào)制到每個(gè)子信道上進(jìn)行傳輸，在接收端分開正交信號(hào)并減少子信道間干擾。優(yōu)點(diǎn)：用多個(gè)天線傳輸不同子信道上的數(shù)據(jù)，可以大大降低無線寬帶通信系統(tǒng)中接收機(jī)的復(fù)雜度。多天線分布策略l定義：MI

8、MO技術(shù)可以比較簡(jiǎn)單地直接應(yīng)用于傳統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)，將基站的單天線換為多個(gè)天線構(gòu)成的天線陣列。l優(yōu)點(diǎn)：MIMO智能天線分布策略,通過多天線基站分布優(yōu)化來增強(qiáng)衰落獨(dú)立性。與傳統(tǒng)陣列相比：A 陣元間距要足夠 B 不要求方向性C 無須設(shè)計(jì)饋電電路 D 布局靈活l如圖,基站通過天線陣列與小區(qū)內(nèi)的具有多個(gè)天線的移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行MIMO通信。1發(fā)展背景：在一些無線傳感器網(wǎng)絡(luò)或者移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中，接收端的節(jié)點(diǎn)比較小，無法安裝多天線或者沒有足夠的能量支持多天線。我們就會(huì)用到虛擬MIMO技術(shù)。2定義：虛擬MIMO的基本思想是天線共享，多個(gè)節(jié)點(diǎn)共同接收數(shù)據(jù)，然后在節(jié)點(diǎn)之間共享數(shù)據(jù)。這樣可以使一些無法安裝多天線的設(shè)備提高

9、傳輸容量。3問題：虛擬MIMO在實(shí)現(xiàn)的過程中還存在很多問題，如物理層關(guān)鍵問題，共享安全，不同系統(tǒng)兼容等虛擬MIMOMIMO天線的歷史、原理及特點(diǎn)概述技術(shù)設(shè)計(jì)優(yōu)化MIMO系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和優(yōu)化空間分集和空間復(fù)用等技術(shù)應(yīng)用 雷達(dá)12無線傳輸智能電網(wǎng)321 雷達(dá)12無線傳輸智能電網(wǎng)32 為了提高系統(tǒng)容量，下一代的無線寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)將會(huì)采用MIMO技術(shù)。 應(yīng)用MIMO技術(shù)的無線寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)從基站端的多天線放置方法上可以分為兩大類：l 一類是多個(gè)基站天線集中排列形成天線陣列，放置于覆蓋小區(qū): 集中式MIMOl 另一類是基站的多個(gè)天線分散放置在覆蓋小區(qū): 分布式MIMO。 雷達(dá)12無線傳輸智能電網(wǎng)32

10、MIMO技術(shù)在雷達(dá)領(lǐng)域的應(yīng)用 MIMO技術(shù)能使雷達(dá)系統(tǒng)通過獨(dú)特的時(shí)間-能量管理技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)個(gè)獨(dú)立寬波束同時(shí)照射。主要是通過多個(gè)天線發(fā)射不同的正交波形，同時(shí)覆蓋較大空域，并利用長(zhǎng)時(shí)間相干積累來獲得較高的信噪比。 MIMO雷達(dá)具有處理維數(shù)更高、手法孔徑利用更充分、角分辨率更高的優(yōu)點(diǎn)如圖所示,在將遠(yuǎn)程預(yù)警機(jī)或衛(wèi)星作為MIMO 雷達(dá)的發(fā)射系統(tǒng),通過在飛機(jī)、地面艦船、導(dǎo)彈或戰(zhàn)車平臺(tái)上布置一部MIMO雷達(dá)小型化接收系統(tǒng)。該雷達(dá)本身就是一部完整的收發(fā)分置MIMO雷達(dá),可以分別對(duì)目標(biāo)和干擾完成自適應(yīng)以及自學(xué)習(xí)的觀測(cè)和抑制。 雷達(dá)12無線傳輸智能電網(wǎng)32MIMO技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用智能電網(wǎng)選擇MIMO技術(shù)作為主要的通信方式，具