无线通信：MIMO技术

一、什么是MIMO技术？

MIMO技术称为多入多出（Multiple-Input Multiple-Out-put）技术，同时也可以称为多发多收天线(MTMRA，Multiple Transmit Multiple Receive Antenna)技术。

其基本原理是在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，并能够区分发往或来自不同空间方位的信号，还可以在不增加带宽与发射功率的前提下，提高系统容量、覆盖范围和信噪比、改善无线信号的传送质量，它与传统的信号处理方式的不同之处在于其同时从时间和空间两个方面研究信号的处理问题。

MIMO技术原理示意图

二、MIMO工作模式哪些？

在如今智能化设备日益增长的大环境下，MIMO技术在其中的应用可谓相当关键。我们可根据不同条件、不同的无线环境采用不同的工作模式，协议中定义了以下七种MIMO的工作模式：

（1）单天线工作模式：也就是我们熟知的SISO（Single-Input Single-Output）系统，使用单个天线发射信号和单个天线接收信号。

（2）开环发射分集：利用复数共轭的数学方法，在多个天线上形成了彼此正交的空间信道，发送相同的数据流，提高传输可靠性。

（3）开环空间复用：在不同的天线上人为制造“多径效应”，一个天线正常发射。其他天线引入相位偏移环节。多个天线的发射关系构成复矩阵，并行地发射不同的数据流。这个复矩阵在发射端随机选择，不依赖接收端的反馈结果，就是开环空间复用。

（4）闭环空间复用：发射端在并行发射多个数据流的时候，根据反馈的信道估计结果，选择制造“多径效应”的复矩阵，就是闭环空间复用。

（5）MU-MIMO：允许发射端同时和多个用户传输数据。

（6）闭环RANK=1预编码：也就是空间分集技术，作为闭环空间复用的一个特例，只传输一个数据流，也就是说空间信道的秩Rank=1。这种工作模式起到的是提高传输可靠性的作用，实际上是一种发射分集的方式。

（7）波束成型：波束成型又称为智能天线，通过对多个天线输出信号的相关性进行相位加权，使信号在某个方向形成同相叠加，在其他方向形成相位抵消，从而实现信号的增益。

三、MIMO技术优势是什么？

（1）信道容量提升

MIMO系统可以在高信噪比条件下提高信道容量，并且能够在开环，即发射端无法获得信道信息的条件下使用，还可以在不增加带宽和天线发射功率的条件下提升信息传输速率，从而极大地提高了频谱利用率。

（2）信道可靠性加强

利用MIMO信道提供的空间复用技术可以极大地增强系统的稳定性，同时也可以增加传输速率。

四、总结

随着5G时代的到来，远程通信的流量增长远远超过了无线通信网络容量的增长，而MIMO技术在信道矩阵满秩的情况下，适当增加天线数量以提高信道容量和减少发射功率，以此满足了无线通信业务需求。因此天线在后续的无线通信技术演进过程中成为不可缺的一部分，如今的5G技术也应用其后续演进的Massive MIMO（大规模MIMO技术），并成为5G技术中至关重要的一环。