【摘 要】多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)是在通信系統(tǒng)的收發(fā)端放置多根天線的一種通信技術(shù)，是近年來無線通信領(lǐng)域的一個新突破。MIMO技術(shù)能夠在不增加系統(tǒng)的帶寬和發(fā)射功率的前提下提高通信系統(tǒng)的容量、頻帶利用率以及改善系統(tǒng)的性能，從而成為新一代高數(shù)據(jù)率和多數(shù)據(jù)類型無線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】MIMO；信道容量；多徑效應(yīng)

過去的十幾年中，MIMO技術(shù)已經(jīng)取得相當大的進展，但是在實際系統(tǒng)中要達到MIMO理論上的容量增加仍然有許多技術(shù)難點。這些技術(shù)難點也是目前MIMO技術(shù)的研究熱點，主要有以下五個方面。

一、信道建模和信道容量

MIMO技術(shù)研究必須考慮信道模型和信道容量。實現(xiàn)MIMO系統(tǒng)實際增益的關(guān)鍵在于建立更準確的信道模型，在對MIMO信道容量進行研究時，應(yīng)該考慮多徑，考慮衰落之間的相關(guān)性對信道容量的影響。

二、MIMO系統(tǒng)的信號設(shè)計和信號處理

MIMO信道的識別、對于已知信道應(yīng)如何設(shè)計最佳發(fā)送信號——設(shè)計出如何對應(yīng)信號設(shè)計，這些都是實際可用的MIMO系統(tǒng)必須考慮的問題。使用最有的發(fā)送信號方案，可以大大簡化對接收信號的處理。一旦發(fā)送方案確定，就可以確定各種接受端的結(jié)構(gòu)，當前的研究熱點是考慮信號處理結(jié)構(gòu)在性能和處理復(fù)雜性兩者之間折中。

三、與傳播相關(guān)的研究方向

如何解決MIMO系統(tǒng)的多徑效應(yīng)是一個很重要的問題，現(xiàn)在常用的方法一是在接收端做均衡處理，二是與OFDM技術(shù)結(jié)合。美國A gere系統(tǒng)公司日前開發(fā)成功了最高傳輸速度為162Mbit/s的無線LAN（局域網(wǎng)）技術(shù)，這種技術(shù)是在收發(fā)兩端使用陣列天線的多輸入多輸出（MIMO）和正交頻分復(fù)用（OFDM）。該系統(tǒng)使用3對收發(fā)天線， 每對收發(fā)天線可以實現(xiàn)54M bit/s的傳輸速率。這是目前 MIMO+OFDM技術(shù)所表現(xiàn)的強大的應(yīng)用潛力。世界各國和各大電信廠商目前都已經(jīng)開展了新一代移動通信系統(tǒng)的研究， 而且MIMO技術(shù)是具有極高頻譜利用率的技術(shù)， 在V - BLAST算法下， 理想情況下可以達到20-40 bit/s/Hz， 這是目前任何一種技術(shù)所達不到的。另外在各類無線通信系統(tǒng)中，ISI（符號間干擾）一直是影響通信質(zhì)量的重要因素。OFDM技術(shù)能夠有效對抗ISI， 同時具有頻譜利用率高、抗多徑衰落性能好、成本偏低等優(yōu)點，使得這兩種技術(shù)特別是兩者的結(jié)合有望成為過渡到4G的潛在技術(shù)。因此這兩種技術(shù)已經(jīng)成為目前4G研究的熱點，是一個非常有前景的研究方向。

四、MIMO在未來網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

在未來的4G系統(tǒng)中， MIMO技術(shù)將發(fā)揮巨大的作用， 但還有很多工作需要廣大學(xué)者進行：研究開發(fā)適合蜂窩網(wǎng)絡(luò)的MIMO鏈路； 設(shè)計利用MIMO信道實現(xiàn)在降低干擾和提高速率之間最優(yōu)的折衷算法；MIMO算法如何應(yīng)用在由于用戶移動造成的快速時變信道中；減少附加天線所帶來的干擾；基于MIMO的物理層和MAC（媒體接入控制）層主要功能的分析及兩者之間的相互作用；多用戶情況下所引入的多址干擾等。

五、MIMO的未來展望

MIMO天線系統(tǒng)的容量突破了傳統(tǒng)的Shannon信道容量（單天線發(fā)送和接收）的瓶頸。在平均分配天線的發(fā)射功率，且接收方已知信道信息的條件下，該容量與發(fā)送和接收天線數(shù)最小的一個成正比，在理論上，對于理想的隨機信道，只要付出足夠的天線成本和提供更多的空間，便可獲得無限大的信道容量，但在實際中，并非如此，它要受到多種因素的制約。

由于無線信道不可避免地存在多徑傳播，它帶來的影響是碼間干擾。而MIMO系統(tǒng)在一定程度上可以利用傳播中多徑分量，也就是說MIMO可以抗多徑衰落，但是對于頻率選擇性深衰落，MIMO系統(tǒng)依然是無能為力。目前解決MIMO系統(tǒng)中的頻率選擇性衰落的方案一般是利用均衡技術(shù)，還有一種是利用OFDM。通常普遍認為OFDM技術(shù)是4G的核心技術(shù)，4G需要極高頻譜利用率的技術(shù)，而OFDM提高頻譜利用率的作用畢竟是有限的，在OFDM的基礎(chǔ)上合理開發(fā)空間資源，也就是MIMO-OFDM，可以提供高的數(shù)據(jù)傳輸速率，另外OFDM由于碼率低和加入了時間保護間隔而具有極強的抗多徑干擾能力。

由于多徑時延小于保護間隔，所以系統(tǒng)不受碼間干擾的困擾，由此可見，MIMO-OFDM將是一個非常有前景的研究方向。當然目前的MIMO還有相當?shù)木窒扌裕热绱嬖陬~外的射頻開銷、收發(fā)天線的體積較大等。目前需要做的工作是：研究開發(fā)適合蜂窩網(wǎng)絡(luò)的MIMO鏈路，以提高頻譜效率、擴大小區(qū)覆蓋范圍、提高傳輸質(zhì)量；設(shè)計利用MIMO信道實現(xiàn)在降低干擾和提高速率之間最優(yōu)的折中算法；MIMO算法如何應(yīng)用在由于用戶移動造成的快速時變信道中；減少附加天線所帶來的干擾；基于MIMO的物理層和MAC層主要功能的分析及二者之間的相互作用；多用戶情況下所引入的多址干擾等等。

由此可見MIMO技術(shù)是未來移動通信中極具競爭力的技術(shù)，不但為固定天線接入帶來革命性的變化而且將對無線蜂窩系統(tǒng)產(chǎn)生深遠的影響。