一文帮你捋清MIMO和分集、复用的关系,顺便介绍几种常用的分集技术

MIMO大规模多输入输出(multiple-in multiple-out),它利用多径效应来改善通信质量,收发双方使用多副同时工作的天线进行通信,采用复杂的信号处理技术来增强可靠性、传输范围和吞吐量。不过MIMO和分集、复用之间是怎样的一种联系呢?
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如上图,基站和终端之间信号的传输途径不外乎SISO基站单天线发和终端单天线收、MISO基站多天线发终端单天线收、SIMO基站单天线发终端多天线收、MIMO基站多天线发终端多天线收。其中MISO中,终端只有单根天线,基站多根天线发出的信号最终在终端处要合成一路信号,所以此时基站多根天线发出的信号都是相同的,这种是发送分集技术。SIMO同理,基站通过两路路径将信号发送到终端,因为终端接收到的两路信号都是来自同一天线,所以数据是一样的,这是一种接收分集技术。如下图(图来源于无线深海)。
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空间分集就是把信息符号的多个独立衰落的副本提供给接收机,减小信号深度衰落的概率,从而达到改善系统性能的目的。
空间复用。对于 MIMO 无线通信系统,衰落对于各个收发天线之间是独立的,因此可以将 MIMO 信道看成是多个并行的空间子信道。复用就是在多条独立的路径上传输不同数据,提高系统容量。
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MIMO的本质就是一种复杂的分集技术,它通过空间复用和空间分集这两种方式来提高信息传输速率或改善系统性能。空间分集是为了提高系统的鲁棒性(在异常的情况下维持某种性能的特性),而空间复用更多的是为了提高系统的吞吐量;这两种技术都可以有效的提高信号增益。

相信大家都经常听说2T2R、4T4R等,这是4G中经常使用的多天线技术(其中T表示transmit发送,R表示receive接收)。而5G中的天线技术已经发展到32T32R、64T64R、128T128R。

正题已经讲完了,我们来聊一下常见的几种分集技术

空间分集(又叫做天线分集),指将同一信息进行编码后从多指将同一信息进行编码后从多根天线上发射出去的方式,接收端将信号区分出来并进行合并,从而获得分集增益。空间分集技术经常用于城市蜂窝系统中,它可以通过选择最好的接收信号或其合成信号以减少衰落的影响。

在空间分集系统模型中,当发射天线间距大于长度d时,我们可以认为不同子信道的信道增益相互独立,产生的信号路径也是不相关的,d是与天线所处的散射环境和载波频率有关的常数。

时间分集是将同一信号以超过信道相干时间的时间间隔进行重复发送,各次发送间隔出现相互统计独立的的衰落。在实现抗时间选择性衰落时,就是通过时间分集利用时间上衰落在统计上互不相关的特性上的差异,重复发送的时间间隔必须保证发送出去的信号副本保持不相干的衰落。

频率分集是在多个载频上对同一信号进行重复发送,发送信号副本以频率冗余的方式到达接收端,形成独立的衰落,然后对接收信号进行合成或选择。频率分集需要利用不同频段的信号经衰落信道后在特性上的差异来实现。

极化分集是利用在同一地点两个极化方向相互正交的天线发出的信号可以呈现不相关的衰落特性进行分集接收,目前我们最常用的双极化天线多采用±45°双线极化,即在收发端天线上安装± 45°极化天线,就可以把得到的两路衰落特性不相关的信号进行极化分集。

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