预编码

此处存在两个问题，

一个是，为了获取更高的MIMO容量，接收机侧需要对MIMO的发射矩阵H中的每个信道都进行均衡处理，消除信道间的影响，这样增加接收机的实现复杂度。

另一个是，若通过增加天线空间来消除信道间的影响，但天线近处的杂散环境使实现难度增加。于是提出了通过技术改进解决，这个方法就是预编码（Precoding）。

因此，预编码（Precoding）的目的是降低接收机消除信道间影响实现的复杂度，同时减少系统开销，最大提升MIMO的系统容量。 

为了识别MIMO矩阵H中有用的通道，需要把多个通道（如2*2MIMO H11\H12\H21\H22)转化成类似于SISO的一对一模式，实现发送信号S1对应接收信号R1，S2对应接收信号R2，也就是将多个MIMO交叉通道转换成多个平行的一对一信道。

这个过程通过信道矩阵SVD（奇异值分解）实现。如r=H*s+n，变换为r=UΣ(V*)T*s+n，经过接收端的处理=Σ(V*)T*s+UHn，从结果可以发现发射端不再需要知道MIMO信道矩阵H，而知道V（共轭转置矩阵，又叫酉矩阵）即可，此处的V即码本（Codebook），3GPP定义了一系列V矩阵，eNodeB和ue侧均可获得，应用时根据PMI选择一个可以使信道矩阵H容量最大的V。到这里，预编码就很好理解了，实际上就是在发射端对发射信号S乘以V，与后面SVD过程匹配，这样在接收端需要处理的复杂性与开销大大减少了。

TDD的上下行是用的同一个频率，因此可以通过单边的信道估计来获取上行和下行的信道情况，所以，TDD网络非常适合波束赋形（因为波束赋形功能的前提是对信道有个良好的估计），可以提高一定的信噪比，在网络边缘的覆盖能力更强，而FDD不具备这种优势，一般波束赋形不用。

但是有一点我想提醒的是，波束赋形至少是需要4个天线的，所以一般采用了波束赋形的基站天线会比较大，下面出很对馈线的，可能对于天面空间日益紧张的城市来说，波束赋形的智能天线可用场景将受到限制。

关于波束赋形，是有个前提条件，就是系统对信道的情况很了解，也就是说要建立在"准确的信道估计"这个基础之上，而且速度要快（因为信道变化是很快的，尤其是高速场景下，你这一刻可能估计的很准，但下一刻信道质量已经变化了。。）。

FDD不是不能做信道估计，而是相比TDD不够方便（FDD上下行必须分别估计信道，TDD只需一方去估计即可），所以呢，FDD做波束赋形可能没TDD效果好。而且波束赋形用了智能天线的技术，需要很多天线才能实现，所以对天面空间要求就大些吧。其实它最主要是抗同频干扰，当区内用户多的时候它的作用就大，只要数据流量稳定，波束成形器的weights需要重新定义的时间间隔就足够长，来得及反应的。波束赋形主要的问题还是智能天线过于笨重和难以布置。不过3G网络中，智能天线也有用，笨重之类的问题也不大。

简单的说呢，MIMO有3种理解如下。

空间分集：通过分集技术克服多径衰弱，获得额外的分集增益，这是我们最熟悉的理解。

空分复用：利用空间这个维度上信道的差异来同时传送多路不同的信息，你可以简单想象成空间中多条不相关的信道（通道）。

波束赋形：通过信道估计，调整多个天线的相位，使得被服务目标能获得最大的信噪比，你可以想象成多个天线的波瓣图通过调整之后主瓣都朝向被服务目标，合成之后的总的波瓣对于被服务目标来说单方向是最佳的，因此提升了信噪比。

ok，咱再来说说这几种MIMO模式一般都适合总在什么场合。回顾下香农定理，极限速率跟可用带宽及信噪比有关系。一般可以通过提升带宽和提升信噪比来获取速率的提升。当给定一个系统带宽后，在带宽一定的条件下咱只有打信噪比的主意了。也就是通过提升信噪比来提速了，但是当信噪比提升到一定程度后再提升信噪比的话，速率虽然会提升，但提升的不明显了，化成曲线的话，其走势有点类似对数曲线。