MIMO無線通信系統(tǒng)是未來移動與無線通信系統(tǒng)的關鍵技術(shù)之一。MIMO系統(tǒng)的一個明顯特點就是具有極高的頻譜利用效率，在對現(xiàn)有頻譜資源充分利用的基礎上通過利用空間資源來獲取可靠性與有效性兩方面增益，其代價是增加了發(fā)送端與接收端的處理復雜度。

關鍵模塊1.MIMO系統(tǒng)信道模型建模MIMO系統(tǒng)的性能在很大程度上取決于信道模型，盡管目前已經(jīng)存在標準化的無線傳播模型，并且在大量實測與理論研究工作的基礎上提供了許多種MIMO信道模型，但是至今還沒有被ITU所認可的標準化MIMO信道模型(3GPP已制定出了有關MIMO的信道模型標準)。因此，了解和掌握戶內(nèi)和戶外環(huán)境中無線MIMO信道的特性，建立MIMO信道的靜態(tài)模型和特定的動態(tài)模型，對選擇合適的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和設計優(yōu)良的信號處理算法以實現(xiàn)MIMO系統(tǒng)潛在的巨大信道容量、取得預期的性能至關重要。

 2.MIMO系統(tǒng)的容量相對于傳統(tǒng)的單天線系統(tǒng)，MIMO系統(tǒng)無論在性能還是在數(shù)據(jù)的傳輸速率上都是有很大的提高，首先對MIMO系統(tǒng)的信道容量進行了深入分析的是Telestar和Foschini，它們分別對高斯噪聲下的MIMO系統(tǒng)容量的研究表明，在假設各天線相互獨立條件下，多天線系統(tǒng)比單天線系統(tǒng)有顯著地提高，考慮M副發(fā)送天線、N幅接收天線的無線傳輸系統(tǒng)，在接收端以準確知道信道傳輸特性的情況下，F(xiàn)oschini的研究表明：當M=N時，得到的與N成比例增加的信道容量。在相同發(fā)射功率和傳輸寬帶下，該系統(tǒng)比單入單出(SISO)系統(tǒng)的信道容量提高了約40多倍。 [3] 3.MIMO天線陣列的設計一般情況下，基站天線架設的較高，天線陣列周圍的近場散射相對較為微弱，因而為了在不同陣元上獲取不相關的信號往往需要將陣元間至少保持10倍波長間距。當天線數(shù)量較大時，基站線陣列的架設將可能存在障礙。對于移動終端而言，由于近場散射體較為豐富，一般認為天線陣元間距1/2波長以上就可以使信號相關性足夠微弱。極化天線陣可以在同一空間位置利用相互正交的極化狀態(tài)實現(xiàn)陣元見得不相關性，因而可相對的減小天線陣列的尺寸。 

 4.MIMO系統(tǒng)的信號處理處于衰落環(huán)境中的陣列天線通信系統(tǒng)面臨著同信道干擾和符號間干擾。為了逼近多天線系統(tǒng)的容量需要很好地信號處理技術(shù)。高性能、低復雜度的信號檢測方法或聯(lián)合檢測方法一直是研究者的熱點內(nèi)容。 [3] 5.MIMO系統(tǒng)的復雜度問題由于MIMO系統(tǒng)中信號被擴展至空時二維中，與單天線系統(tǒng)相比，其信道估計、信道均衡、譯碼、檢測環(huán)節(jié)的復雜度都將隨著天線數(shù)量或者信號調(diào)制階數(shù)的增長而急劇增加，而算法計算量又將直接影響到處理時延、設備功耗以及待機時間。同時，在實際應用中，限制MIMO系統(tǒng)的一個關鍵因素就是多個射頻鏈路所帶來的的昂貴成本。對于降低“軟件”的計算復雜度，為MIMO系統(tǒng)提供更為簡單而且有效的信號處理方法和各種空時編、譯碼方案層出不窮。對于降低“硬件”成本，天線選擇則是一項非常關鍵的技術(shù)，其可在保持MIMO技術(shù)優(yōu)點的同時，大幅度降低處理復雜度和硬件成本，是將MIMO系統(tǒng)推向?qū)嵱没囊粋€研究重點。6.MIMO系統(tǒng)的分集與復用MIMO系統(tǒng)的本質(zhì)是提供分集增益和復用增益。前者保證系統(tǒng)的傳輸可靠性，后者提高系統(tǒng)的傳輸速率。早期文獻大多數(shù)集中在發(fā)送分集和空間復用單獨使用或單獨與編碼結(jié)合使用，研究表明，多天線系統(tǒng)能同時提供分集和空間復用，兩者之間存在折衷關系。通過合理利用MIMO系統(tǒng)分集和復用兩種模式來最大限度獲得系統(tǒng)增益是非常值得探討的。7.(多小區(qū))多用戶MIMO系統(tǒng)從理論上講，多用戶MIMO系統(tǒng)的容量域已經(jīng)得到解決，但是如何讓容量域滿足各種用戶對傳輸速率的要求，仍然沒有很好地解決。再者，在廣播信道中，由于MIMO系統(tǒng)存在天線間和用戶間干擾，如何設計發(fā)送向量以消除用戶間的共信道干擾，如何使功率受限時系統(tǒng)的容量和每個用戶特定QoS的功率控制最優(yōu)化的問題，以及存在多小區(qū)多用戶系統(tǒng)時的相關技術(shù)仍是研究重點。 [3]

MIMO技術(shù)基本原理MIMO技術(shù)指在發(fā)射端和接收端分別使用多個發(fā)射天線和接收天線，使信號通過發(fā)射端與接收端的多個天線傳送和接收，從而改善通信質(zhì)量。它能充分利用空間資源，通過多個天線實現(xiàn)多發(fā)多收，在不增加頻譜資源和天線發(fā)射功率的情況下，可以成倍的提高系統(tǒng)信道容量，顯示出明顯的優(yōu)勢、被視為下一代移動通信的核心技術(shù)。MIMO技術(shù)的實質(zhì)是為系統(tǒng)提供空間分集增益與空間復用增益。 [3] 發(fā)射端通過空時映射將要發(fā)送的數(shù)據(jù)信號映射到多根天線上發(fā)送出去，接收端將各根天線接收到的信號進行空時譯碼從而恢復出發(fā)射端發(fā)送的數(shù)據(jù)信號。

根據(jù)空時映射方法的不同，MIMO技術(shù)大致可以分為兩類：空間分集和空間復用?？臻g分集是指利用多根發(fā)送天線將具有相同信息的信號通過不同的路徑發(fā)送出去，同時在接收機端獲得同一個數(shù)據(jù)符號的多個獨立衰落的信號，從而獲得分集提高的接收可靠性。舉例來說，在慢瑞利衰落信道中，使用一根發(fā)射天線n 根接收天線，發(fā)送信號通過n 個不同的路徑。如果各個天線之間的衰落是獨立的，可以獲得最大的分集增益為n 。對于發(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，如果天線對之間的路徑增益是獨立均勻分布的瑞利衰落，可以獲得的最大分集增益為mn。目前在MIMO系統(tǒng)中常用的空間分集技術(shù)主要有空時分組碼(Space Time Block Code，STBC)和波束成形技術(shù)。STBC是基于發(fā)送分集的一種重要編碼形式，其中最基本的是針對二天線設計的Alamouti方案。STBC方法，其最重要的地方就是使得多根天線上面要傳輸?shù)男盘柺噶肯嗷フ?。使用STBC技術(shù)，能夠達到滿分集的效果，即在具有M根發(fā)射天線N 根接收天線的系統(tǒng)中采用STBC技術(shù)時最大分集增益為MN。波束成形技術(shù)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，從而有效提高天線增益。為了能夠最大化指向用戶的波束的信號強度，通常波束成形技術(shù)需要計算各個發(fā)射天線上發(fā)送數(shù)據(jù)的相位和功率，也稱之威波束成形矢量。常見的波束成形矢量計算方法有最大特征值向量、MUSIC算法等。M根發(fā)射天線采用波束成形技術(shù)可以獲得的最大發(fā)送分集增益為M?？臻g復用技術(shù)是將要傳送的數(shù)據(jù)可以分成幾個數(shù)據(jù)流，然后在不同的天線上進行傳輸，從而提高系統(tǒng)的傳輸速率。常用的空間復用方法是貝爾實驗室提出的垂直分層空時碼，即V-BLAST技術(shù)。