mimo的基础资料，北邮老师讲解

### MIMO基础资料知识点 #### 一、MIMO与空时处理技术背景 - **定义与历史**: 多输入多输出（Multiple Input Multiple Output, MIMO）是一种利用多个发射和接收天线增强无线通信系统性能的技术。空时处理技术则是为了有效利用多天线资源而发展起来的一系列信号处理技术。 - **发展历程**: 上世纪90年代中期，随着移动通信的迅速发展，对无线链路传输速率的需求不断提高，传统时频域信号设计难以满足要求。这促使学术界和产业界开始深入探索空时处理技术。 - **关键人物与贡献**: - **Foschini**: 提出分层空时码，推动了V-Blast系统的诞生，展示了MIMO系统的优越性能。 - **Alamouti**: 首次提出两天线正交空时码，其后Tarokh等人进一步扩展至多天线场景，该技术因其实现简单且能获得分集增益而在3G移动通信系统中得到广泛应用。 - **空时格码(STTC)**: 将信道编码与多天线系统结合，即使在较少天线的情况下也能获得较大的编码增益。 #### 二、MIMO系统信号模型 - **系统组成**: - 发送端：`n_T`个天线。 - 接收端：`n_R`个天线。 - 模型：采用空时编码的离散时间复基带线性系统模型。 - **信号模型**: - 发送信号：`n_T×1`维列向量`X`，其中第`i`个分量`x_i`表示从第`i`个天线发送的信号。 - 假设条件：发送信号向量的每个分量都服从零均值独立同分布(i.i.d.)的高斯随机变量。 - **协方差矩阵**: - 表示方式：`R_{xx}`，其中`R_{xx} = E[xx^H]`。 - 功率约束：系统总发射功率`P`可表示为`Tr[R_{xx}] = P`。 - **模型示意图**: - 发射端与接收端之间存在复杂的信道响应，通过空间-时间编码器进行信号处理，并通过空间-时间解码器进行接收处理。 - 信道响应未知情况下，接收机需基于接收到的信号进行估计和检测。 #### 三、MIMO系统信息论 - **基础概念**: - 在高斯信道下，MIMO发送系统的信道容量和差错指数函数由Telatar首次计算得出。 - Foschini和Gans在准静态衰落信道条件下给出了截止信道容量(Outage Capacity)。 - **理论贡献**: - Telatar的工作表明，当各通道间的衰落相互独立时，MIMO系统的信道容量增长与天线数目成线性关系。 - Foschini和Gans的工作强调了在特定条件下，MIMO系统能够显著提升系统容量。 - **理论意义**: - 这些开创性工作奠定了多天线信息论的基础，并激发了后续关于MIMO系统的广泛研究。 #### 四、MIMO关键技术 - **空时块编码**: - 特点：编码算法简单，能够获得分集增益，适用于多天线场景。 - 应用：已经在3G移动通信系统中得到广泛应用。 - **分层空时码**: - 结构与算法：结构复杂，需要高效的译码算法支持。 - **空时格码(STTC)**: - 目标：联合优化信道编码和多天线系统，即使在天线数目较少的情况下也能获得较大的编码增益。 - 实现：将信道编码与信息处理相结合，实现性能最大化。 #### 五、总结 MIMO技术及其相关的空时处理技术已经成为现代通信系统不可或缺的一部分，尤其是在高速数据传输需求日益增长的背景下。通过深入了解MIMO系统的基本原理、信号模型、关键技术以及理论基础，我们可以更好地把握其在未来通信系统中的发展趋势和应用前景。