移动通信系统关键技术多址接入MIMO学习（8）

1.Multiple-antenna Techniques多天线技术MIMO，从SISO到SIMO到MISO到如今的MIMO；

2.SIMO单发多收，分为选择合并、增益合并；SIMO，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。

选择合并：接收天线多个中选择最大的SNR；

增益合并：信噪比较高的加权应在最终信号中发挥更重要的作用，利用所有接收到的信号根据权重进行最大比合并（MRC）；

3.MISO多发单收，信道有反馈则为波束形成；信道无反馈，则为预处理 (空时编码)；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。

信道有反馈则为波束形成：匹配波束形成或传统波束形成或发射MRC；

无反馈：通过空时编码的发射分集，发射机侧不需要信道信息，双发射天线系统。

4.MIMO（Multiple-Input Multiple-Output System）多发多收系统。

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。

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。

5.相对 SISO，SIMO 如何改进性能? SIMO 可以应用在移动通信系统的基站端还是终端?为什么?

答：SIMO 在上行传输过程中使用接收分集提高系统容量，SIMO 应用在基站端，基站为接收端，基站做多天线分集接收和信号合并。

6.相对 SISO，MISO 如何改进性能？MISO 可以应用在移动通信系统的基站端还是终端？为什么？MISO 和 SIMO 技术的主要区别在哪里？

答：MISO 在下行传输过程中使用发送分集提高系统容量，MISO 应用在用户端，用户端作为接收端，基站做多天线分集发送。

MISO 和 SIMO 的区别在于一个是在发送端使用多天线发送，一个是在接收端多天线接收。

7.空间多路复用（Spatial Multiplexing）：在两个天线上在一个符号周期内传输的两个符号，吞吐量翻了一番；

8.MIMO系统为了获得最大的分集增益，应采取Dominant Eigenmode（主导特征模态）还是Multiple Eigenmode（多特征模态）? 发送端该如何设置?接收端该如何设置?

答：为了获得最大的分集增益，MIMO系统通常采用Dominant Eigenmode（主导特征模态）传输，其中发送端主要采用预编码技术来实现信号的预处理，而接收端则根据信道状态信息进行信号检测和解码。

9.MIMO系统为了获得最大的空间复用增益，应采取Dominant Eigenmode（主导特征模态）还是Multiple Eigenmode（多特征模态）? 发送端该如何设置接收端该如何设置?

答：为了获得最大的空间复用增益，MIMO系统通常采用Multiple Eigenmode（多特征模态）传输，其中发送端需要进行波束赋形和预编码处理，而接收端则需要进行信号检测和最大比合并操作。

10.考虑2x2的MIMO系统，采用Alamouti机制，请推导Alamouti机制下接收端可获得的SNR表达式。

答：根据Alamouti Code 的方案可得下图：

11.在利用多天线最大化分集增益时，每根发送天线上传送的信号是相同的还是不同的?在利用多天线进行空间复用时，每根发送天线上传送的信号是相同的还是不同的?为什么?

答：为最大化分集增益，每根天线上应发送相同的信号；

为最大化复用增益，每根天线上应发送不同的信号，因为空间复用则需要同时传输多个独立的数据流来提高吞吐量。

12.已知发送端采用 BPSK 调制，数据符号功率为 1，Simple example received signal接收信号的简单示例: ，𝑐ℎ𝑎𝑛𝑛𝑒𝑙𝑚𝑎𝑡𝑟𝑖𝑥矩阵信号:，求s=？

请给出MLD的的中英文全称，并用 MLD 算法求取 S。

答：最大似然检测MLD（maximum likehood detection），因为 Y=HX+N ，一一列举X值的所有可能，

13.与上一题相同的条件下，请给出 ZF 和 MMSE 的中英文全称，并用 ZF 检测算法求取 S。

答：最大比合并MRC(maximum ratio combining)，

破零检测(zero forcing, ZF)和最小二乘法 LS(least square)，将 X 看为是任意值，求解，    

最小均方误差(minimum mean square error, MMSE)，将 X 看为是任意值，求解，    

14.与 ZF/MMSE 相比，MLD 的优势在哪里？缺点在哪里？

答：MLD 检测即有分集增益，又有复用增益，检测性能好，但是复杂度较高。检测性能排序是: MLD>MMSE>ZF>MRC，MMSE 和 ZF 都不具有分集增益，而MMSE 因为利用 SNR 信息，检测效果更好。

15.IC 全称是什么？其作用是什么？

答：干扰消除(Interference Cancellation, IC)，先检测一个符号（正确检测），将该符号的影响减去，增加系统分集增益。