MIMO技术概述

　　MIMO（Multiple-Input Multiple-Out-put）是一种用于无线通讯收发端的智能天线技术，这种技术可以利用多天线来抑制多径信道衰落和信号干扰，可以在现有的频宽条件下成倍的提高通信系统的容量和频谱利用率，是新一代的移动通信技术中的关键技术之一。根据收发两端天线数量，相对于普通的SISO（Single-Input Single-Output）系统，MIMO还可以包括SIMO（Single-Input Multi-ple-Output）系统和MISO（Multiple-Input Single-Output）系统。

　　MIMO主要运行在两种模式下：

• Diversity Mode（分集模式）

• Spatial Multiplexing Mode（空分复用模式）

　　Diversity Mode（分集模式）

　　分集模式的主要原理是：多个天线分别产生不同信号，无线信号在复杂无线信道中传播会产生多径瑞利衰落，在不同空间位置上，其衰落特性是不同的，因此不同的天线接收的信号也各不相同。信号发射端、接收端或者两端同时都可以采用分集模式。

　　如果两个位置相隔十个无线信号波长以上，就可以认为两处的信号是完全不相关的。利用这个特点，可以实现信号空间分集接收。空间分集一般用两副相距十个波长以上的天线同时接收信号，然后在基带处理中把两路信号合并。根据两路信号的信号质量，合并的方法可分为选择合并、开关合并、等增益合并和最大比合并。

　　其中，最大比合并（Maximum Ratio Combining，MRC）分集模式同时的接收不同的信号，然后把各个天线得到的信号按照一定的算法计算得出SNR最高的信号。采用这种方式得到的信号的信噪比等于合并之前各支路的信噪比之和，是非常好的的合并方式。诸如图2所显示的就是启用分集模式之后信号的信噪比的对比。

图2：MRC同切换式分集模式的信噪比对比

　　分集发射（Transmit Diversity）是一种更复杂的技术，发射器需要确认接收器的优先级，然后提供最优的传输路径。最简单的实现思路是这样的，它选择之前已经成功完成了信号收发的路径。在这个基础上，通过在多个天线上传输信号，从而提供“线路备份”，来传输路径更加稳定。在这种情况下，同样的信息的信息必需首先转换为不同的RF信号以避免相互干扰。复杂的信号变换技术需要接收器采用相应的“反变换”算法。不过，诸如周期性延迟性变异（Cyclic Delay Diversity）在连接的一端即可实现。

　　分集模式最大化了无线范围和覆盖范围。它通过寻找较高质量的通路来提升网络的吞吐量，在这同时还能降低产生错包和重发的几率。一般的来说，所使用的非关联天线的数量、分集次序同性能的关系大致是对数的关系。

　　空分复用模式（Spatial Multiplexing Mode）

　　在资源丰富的多路径环境（多个非相关信号路径，图3），空分复用（SM）允许发射器把用户的数据转换为不同的部分然后通过多条路径并行发送出去，以提升网络的容量。目标接收器必需支持相应的逆行复用算法来恢复原始的信息流。在理想的多路环境中，空分复用可以线性的提升单一频道的容量——天线数量越多，频道容量越高。但是，最后的性能是高度依赖RF环境的。

图3：基于分相关多路径的空分复用模式，左图为相关衰减、右图为不相关衰减

　　空分复用模式需要非相关多路径(在不同空间位置上，其衰落特性是不同的。如果两个位置相隔十个无线信号波长以上，就可以认为两处的信号是完全不相关的。)因为多径衰减是随着运动时刻变换着的，因此无法确定总是能找到不相关路径。在低SNR环境中，距离、噪声衰减导致信号很弱，空分复用模式不能很好的工作。当空分复用模式不可用的时候，MIMO系统将会回复到分集模式。

　　我们也注意到，空分复用自身无法改善覆盖范围。为了改进覆盖范围和吞吐量，MIMO仅仅采用了空分复用技术是不够的，它还需要其它的一些分集技术。