作者：韩旭东 ;曹建海
【MIMO无线通信技术的四大发展】 随着无线通信技术的快速发展，频谱资源的严重不足已经日益成为遏制无线通信事业的瓶颈 。
如何充分开发利用有限的频谱资源，提高频谱利用率，是当前通信界研究的热点课题之一 。研究证实，MIMO技术非常适用于城市内复杂无线信号传播环境下的无线宽带通信系统使用，在室内传播环境下的频谱效率可以达到20-40bit/s/Hz；而使用传统无线通信技术在移动蜂窝中的频谱效率仅为1-5bit/s/Hz，在点到点的固定微波系统中也只有10-12bit/s/Hz 。MIMO技术作为提高数据传输速率的重要手段得到人们越来越多的关注，被认为是新一代无线通信技术的革命 。
什么是MIMO技术
任何一个无线通信系统，只要其发射端和接收端均采用了多个天线或者天线阵列，就构成了一个无线MIMO系统 。无线MIMO系统采用空时处理技术进行信号处理 。在多径环境下，无线MIMO系统可以极大地提高频谱利用率，增加系统的数据传输率 。
MIMO技术实质上是为系统提供空间复用增益和空间分集增益，目前针对MIMO信道所进行的研究也主要围绕这两个方面 。空间复用技术可以大大提高信道容量，而空间分集则可以提高信道的可靠性，降低信道误码率 。
MIMO技术的要害是能够将传统通信系统中存在的多径影响因素变成对用户通信性能有利的增强因素 。MIMO技术有效地利用了随机衰落和可能存在的多径传播来成倍地提高业务传输速率 。MIMO技术成功之处主要是它能够在不额外增加所占用的信号带宽的前提下带来无线通信的性能上几个数量级的改善 。
MIMOOFDM技术实现高速数据传输
在未来的宽带无线通信系统中，存在两个最严重的挑战：多径衰落信道和带宽效率 。OFDM通过将频率选择性多径衰落信道在频域内转换为平坦信道，从而减小了多径衰落的影响 。而MIMO技术能够在空间中产生独立的并行信道同时传输多路数据流，这样就有效的增加了系统的传输速率，即由MIMO提供的空间复用技术能够在不增加系统带宽的情况下增加频谱效率 。这样，假如我们将OFDM和MIMO两种技术相结合，就能达到两种效果：一种是系统很高的传输速率，另一种是通过分集达到的很强的可靠性 。同时，在MIMO-OFDM系统中加入合适的数字信号处理的算法能更好的增强系统的稳定性 。
MIMOOFDM系统能够同时增大空间复用技术和OFDM技术的能力，有利于增加系统的容量和高速率的传输 。通过多路数据流在发送天线的同时发射，实现了在相同带宽的情况下的多路空间并行信道 。这样的系统不仅发挥了OFDM和空间复用技术的优势，同时也有效的利用了空间的并行性和频率选择性 。在接收判决一方，将接收信号转化为若干子信号分别通过OFDM的子载波立方式 。
空时编码技术实现可靠的无线数据传输
最近几年来空时编码技术在无线通信领域引起了广泛关注 。朗讯实验室的Forchini和Gans，AT&T的Tarokh及其同事们在这方面作了要害性工作，率先提出了空时编码的概念 。空时编码的有效工作需要在发射和接收端使用多个天线，因为空时编码同时利用时间和空间两维信号处理来构造码字，这样才能有效抵消衰落，提高功率效率 。并且能够在传输信道中实现并行的多路传送，提高频谱效率 。需要说明的是，空时编码技术因为属于空间分集的范畴，所以要求在多散射体的多径情况下应用，天线间距应适当拉开以保证发射、接收信号的相互独立性，以充分利用多散射体所造成的多径(也称之为充分多径) 。
空时编码方案结合了信道编码和多发送天线，通过空时编码后的数据被串并转换成n个数据流，每一路数据流经脉冲形成、调制，然后通过n个天线同时发送到无线空间 。在接收端，可以用单一天线，也可以用多个天线进行接收，每一个接收天线接收到的是n个发送信号与干扰噪声线性的叠加(衰落系数为权重)，然后通过最大似然检测的方法，正确地识别出发送信号 。空时译码算法和信道估计技术结合以获得分集增益和编码增益 。
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