[科普中国]-多进多出通信

概述

MIMO(Multipie Input Multiple Output)是指网络资料通过多重切割之后，经过多重天线进行同步传送，由于无线讯号存传送的过程当中，为了避免发生干扰起见，会走不同的反射或穿透路径，因此到达接收端的时问会不一致。为了避免资料不一致而无法重新组合，因此接收端会同时具备多重天线接收，然后利用DSP重新计算的方式，根据时间差的因素将分开的资料重新组合，然后传送出正确且快速的资料流。

由于传送的资料经过分割传送，不仅单一资料流量降低，可拉高传送距离．又增加天线接收范围，因此MIMO技术不仅可以增加既有无线网络频谱的资料传输速度，而且又不用额外占用频谱范围，更重要的是还能增加信号接收距离。所以不少强调资料传输速度与传输距离的无线网络设备，纷纷开始抛开对既有Wi—Fi联盟的兼容性要求，而采用MIMO的技术，推出高传输率的无线网络产品。

MIMO技术简称是多进多出技术，是在20世纪末美国的贝尔实验室提出的多天线通信系统，在发射端和接收端均采用多天线(或阵列天线)和多通道。因此MIMO产品多数都不只一根天线。MIMO无线通信技术的概念是在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。MIMO无线通信技术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速率。MIMO技术非常适用于室内环境下的无线局域网系统使用。采用MIMO技术的无线局域网系统在室内环境下的频谱效率可以达到20～40b/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1～5b/s/Hz，在点到点的固定微波系统中也只有10~12b/s/Hz。

MIMO一词泛指任何在传送器部分具有多重输入，在接收器部分具有多重输出的系统。它不是单一概念，是由多种无线射频技术所组成，因此必须充分了解MIMO的运作和效能。当应用于WLAN时，有些MIMO技术能与现时的WLAN标准(如802．11 a、802．11 b与802．1lg)相兼容，因而能扩充其传输范同；相反，有些MIMO技术则只能用于与一般WLAN标准不相容的MIMO装置。2

MIMO技术的分类MIMO技术可以看作所有多天线传输技术的总称，不同的MIMO技术可以看作MIMO理论在现实条件中的不同实现方式。对MIM0技术的分类方法也不尽相同，从不同的角度出发，可以进行不同的分类。普遍的分类方法，即分为单用户MIMO技术和多用户MIMO技术两大类。

单用户MIMO技术是指用于增强单用户传输性能的MIMO技术。单用户MIMO技术又可以分为两大类：空时编码(Space-Time Coding，STC)和空间复用(SpatialMultiplexing，SM)。这两种MIMO技术是从不同的出发点设计的，有截然不同的发展历史。前一种技术主要是AT&T实验室在早期的发送分集技术基础上发展起来的，包括空时网格码和空时块码两类，这种技术的出发点是利用发射分集以提高无线链路的鲁棒性(Robustness)。后一种技术主要指Bell实验室发明的BLAST技术，其出发点是利用MIMO信道的特性以提高无线链路的容量，这种技术的前身与其说是空间分集技术，不如说是多用户检测技术。即可以看作是将多用户的数据流用于一个用户，但用不同的天线发送，通过空间复用实现多数据流的并行发送，以提高数据率。

多用户MIM0技术是指利用空间分集实现多用户传输的MIMO技术，这种技术由于通过空间分集实现了多址，又可以称为空分多址(SDMA，Space-Division Multiple Access)技术。SDMA技术又可以分为两大类：多用户MIMO(MU-MIMO)技术和波束赋形(Beamforming)技术。这里的MU-MIMO技术特指SM技术的多用户版本，传统的SM技术是指单用户的多数据流通过多天线并行发送，而MU-MIMO是将多天线分配给多个用户，每个用户占用一个或多个天线，以实现多用户复用。Beamforming技术又称为智能天线技术，这种技术是通过发送信号进行线性变换，实现多用户的空分多址。传统的Beamforming技术又称为波束轮(Beam Steering)技术，即固定的波束赋形。现在的智能天线技术通常指采用特征值赋形的动态的Beamforming技术。

另外，Beamforming不一定用于区分多个用户，也可以用于区分SM发送的多个层(layer)，这种由Beamforming和SM合并形成的自适应MIMO技术可以根据信道的变化灵活地选择Beam的数量和layer的数量，是目前最适于移动宽带接人系统的MIMO技术。1

MIMO天线对吞吐量和容量需求不断增加的无线网络，使用802．11n接入点已经成为必然。802．11n不只在室内的网络普遍应用，也开始应用于室外点对点无线网络。M1MO天线选择和安装工作在这些环境中是非常重要的。

室内MIMO天线关于室内的MIMO接入点，通常很少涉及天线问题。许多新型的企业级MIMO接入点都有集成天线，没有突出在AP以外的天线。如果AP没有集成天线，MIMOAP上可能有三个全向天线直接。这些天线有些可拆卸，并可以选择更高增益的全向天线。

安装或配置MIMO天线与分集天线不同，你并不希望天线处于在相同方向。一个天线应垂直，其他两根天线应该倾斜。倾斜角度也是需要讨论的一个话题。室内环境可能存在很多反射表面，环境本身就能提供必要的多径信号。把天线倾斜30°～45°的做法可能是个好主意。任何两根天线都不应该处于相同的方向。倾斜天线的目标是帮助创建多径环境，但你可能不想改变天线的覆盖模式。

室外MIMO天线大多数室外MIMO接入点每个射频卡都有两根天线。正如室内AP，多径可以被MIMO设备利用提供更高的数据率。因此，在保证相同的射频覆盖范围的同时如何改变两根天线的辐射路径成为关键。在室外环境中，达到这个目标需要更多的支持及技术手段，通常由网络设计者和安装者来选择和布置天线。因此许多AP和天线制造商设计出了全向和定向MIMO天线。

为了彼此区分两个信号，定向MIMO天线将两个天线单元纳入一个物理天线中，一个垂直极化固定，另一个水平极化固定，并用两个连接头接到接入点上。如果该接入点是多频的，每个频率的射频模块都有两个天线连接头。请注意一定要确保同一天线的两根电缆与同一个射频模块接头相连。

要提供全向的MIMO覆盖，可以利用特别的成对全向天线。每对全向天线都由一个垂直极化的全向天线和一个水平极化的全向天线组成。因为旧式的非802．11n接入点使用全向天线时，需要购买相同类型的天线。但室外MIMO全向天线由于每个天线有不同的极化方向，通常具有不同的长度和宽度。如果不熟悉这些天线对，单看不同的天线外形，你可能以为寄错了产品。3