智能天线技术论文
多输入多输出(MIMO)或多输入多输出天线(MTMRA)技术是智能天线技术在无线移动通信领域的重大突破。该技术可以在不增加带宽的情况下使通信系统的容量和频谱利用率翻倍，是新一代移动通信系统必须采用的关键技术。
那么到底什么是MIMO技术呢？
事实上，MIMO技术由来已久。早在1908，马可尼就提出用它来抗衰落。在20世纪70年代，提出了在通信系统中使用MIMO技术，但极大地推动MIMO技术在无线移动通信系统中应用的基础工作是at & T贝尔实验室的学者完成的。1995 Teladar给出了衰落条件下的MIMO容量；1996中，Foshinia提出了多输入多输出处理算法——对角线-贝尔实验室分层空时(D-BLAST)算法；1998 Tarokh等人讨论了MIMO的空时码。1998年，Wolniansky等人利用垂直贝尔实验室分层空时(V-BLAST)算法建立了MIMO实验系统，在室内实验中实现了20 bit/s/Hz以上的频谱利用率，这在普通系统中是极难实现的。这些工作引起了世界各国学者的极大关注，使多输入多输出的研究工作迅速发展。
总之，MIMO(多输入多输出)系统使用多个天线来抑制信道衰落。根据发射端和接收端的天线数量，与普通的SISO(单输入单输出)系统相比，MIMO还可以包括SIMO(单输入多输出)系统和MISO(多输入单输出)系统。
MIMO的概念
通常，多径会引起衰落，因此被视为有害因素。然而，研究结果表明，多径可以作为MIMO系统的有利因素。MIMO系统在发射端和接收端都采用多天线(或阵列天线)和多信道，MIMO针对的是多径无线信道。图1是MIMO系统的原理图。传输信息流s(k)被空时编码以形成n个信息子流ci(k)，I=1，...这n个子流由n个天线发射，并在通过空间信道后由m个接收天线接收。多天线接收机可以通过使用先进的空时编码处理来分离和解码这些数据子流，从而实现最佳处理。
特别是这n个子流同时发送到信道，每个发送的信号占用相同的频带，所以带宽没有增加。如果发射和接收天线之间的信道响应是独立的，则MIMO系统可以创建多个并行的空间信道。通过这些平行的空间信道独立地传输信息，数据速率当然可以提高。
MIMO从整体上优化多径无线信道、发射和接收，从而实现高通信容量和频谱利用率。这是一种接近最优的时空联合分集和干扰消除处理。
系统容量是通信系统最重要的标志之一，它表示通信系统的最大传输速率。对于具有N个发射天线和M个接收天线的MIMO系统，假设信道是独立的瑞利衰落信道，并且N和M都很大，则信道容量C约为:C=[min(M，N)]Blog2(ρ/2)。
其中b是信号带宽，ρ是接收端的平均信噪比，min(M，N)是M和N中较小的一个..上述公式表明，当功率和带宽一定时，MIMO系统的最大容量或容量上限随着最小天线数的增加而线性增加。在相同条件下，接收端或发射端具有多个天线或天线阵列的普通智能天线系统的容量只随天线数量的对数而增加。相对而言，MIMO对于提高无线通信系统的容量具有巨大的潜力。
可以看出，此时的信道容量随着天线数量的增加而线性增加。也就是说，利用MIMO信道可以指数级提高无线信道的容量，在不增加带宽和天线发射功率的情况下，可以指数级提高频谱利用率。使用MIMO技术可以提高信道的容量，提高信道的可靠性，降低误码率。目前，MIMO技术领域的另一个研究热点是空时编码。常见的空时码包括空时分组码和空时网格码。空时码的主要思想是利用空时编码实现一定的空间分集和时间分集，从而降低信道误码率。
MIMO的研究现状
目前，世界各地的学者都在广泛研究MIMO的理论、性能、算法和实现。关于MIMO系统的理论和性能研究的文献很多，涉及的内容也很广泛。然而，由于无线移动通信的MIMO信道是一个时变、非平稳的MIMO系统，因此还有很多问题需要研究。例如，大多数文献假设信道是分段常数衰落信道。这对于宽带信号4G系统和室外快速移动系统是不够的，必须使用复杂的模型进行研究。这方面已经有很多工作，即信道是频率选择性衰落，移动台移动快。此外，在基础文献中，假设接收机准确地知道多径信道参数，因此需要发送训练序列来训练接收机。但是，如果移动台移动过快，训练时间过短，那么快速信道估计或盲处理就成为一个重要的研究内容。
此外，该实验系统是MIMO技术研究的重要一步。实际系统研究中的一个重要问题是在移动终端中实现多天线多信道接收，学者们正在这方面做出巨大的努力。因为移动终端设备要求体积小、重量轻、功耗低，所以还有很多工作要做。目前各大公司都在开发实验系统。
贝尔实验室的BLAST系统[4]是最早的MIMO实验系统。系统工作频率为1.9 GHz，发射8天线，接收12天线，采用D-BLAST算法。频谱利用率达到25.9 bit/(Hz？s).但该系统只研究了窄带信号和室内环境，在3G和4G应用上还有很长的路要走。在发射机和接收机处设置多个天线可以提供空间分集效果，并克服无线电波衰落的不利影响。这是因为适当布置的多个天线提供了多个空间信道，并且所有这些天线不会同时衰落。在上述具体的实验系统中，每个基站配备两个发射天线和三个接收天线，每个用户终端配备1个发射天线和三个接收天线，即下行路径配备2×3个天线，上行路径配备1×3个天线。这样与SISO相比，传输效益为10 ~ 20 dB，系统容量相应增加。而且基站的两个发射天线可以在需要的时候用来发射不同的数据信号，用户发射的数据速率可以翻倍。
朗讯科技贝尔实验室的分层空时(BLAST)技术是移动通信领域领先的MIMO应用技术，也是其智能天线的进一步发展。BLAST技术，就其原理而言，就是利用每对发射和接收天线上信号的独特“空间识别”，在接收端“恢复”信号。BLAST技术像在原频段建立多个互不干扰、并行的子信道，同时利用先进的多用户检测技术准确高效地传输用户数据，将大大提高前向和反向链路容量。BLAST技术证明，在天线的发射端和接收端使用多天线阵列，可以充分利用多径传播，达到“变废为宝”的效果，提高系统容量。理论研究证明，利用BLAST技术，系统的频谱效率可以随天线数线性增加，也就是说，只要允许天线数增加，系统容量就可以不断提高。这也充分证明了BLAST技术的巨大潜力。鉴于其在无线通信理论方面的突出贡献，BLAST技术于2002年获得了托马斯·爱迪生发明奖。5438年6月+2002年10月，全球首款BLAST芯片出现在朗讯的贝尔实验室，贝尔实验室的设计团队宣布推出业界首款结合贝尔实验室分层时空(BLAST) MIMO技术的芯片。该芯片支持最大4×4的天线布局，可处理的最高数据速率达到19.2Mbps，该技术用于移动通信，BLAST芯片使终端在3G移动网络中能够接收19.2 Mbps的数据。现在，朗讯科技已经开始将这款BLAST芯片应用到旗下Flexent OneBTS系列基站中，并计划授权终端厂商使用这款BLAST芯片，提高无线3G数据终端支持高速数据接入的能力。
2003年8月，Airgo Networks推出了AGN100 Wi-Fi芯片组，并声称这是全球第一款集成MIMO技术的大众市场产品。AGN100使用该公司的多天线发射和接收技术，将当前的Wi-Fi速率提高到每通道108Mbps，同时保持与所有常用Wi-Fi标准的兼容性。该产品集成了两个芯片，包括一个基带/MAC芯片(AGN100BB)和一个射频芯片(AGN100RF)，并采用可扩展的结构，因此制造商可以只使用一个射频芯片来实现单天线系统，或者添加其他射频芯片来提高性能。该芯片支持所有802.11 a、B、G模式，包括IEEE 802.11工作组推出的最新标准(包括TGi安全和TGe优质服务功能)。Airgo的芯片组兼容当前的Wi-Fi标准，支持802.11a、“b”和“G”模式，并使用三个5-GHz和三个2.4 GHz天线。使用Airgo芯片组的无线设备可以与以前的802.11设备通信，即使在。