MIMO技术入门：从原理到应用的全面解析
MIMO技术入门：从原理到应用的全面解析
MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）技术是一种在无线通信中使用多个发射天线和多个接收天线的技术，可以显著提高数据传输速率和通信质量。形象地来说，就是从一个人搬砖变成多个人一起搬砖。
MIMO技术的思路
MIMO技术的核心是利用多个天线进行信号的发送和接收。对于基站来说，多天线并不是指有多个天线板，而是指天线有多套振子，每一套振子都可以看成一个独立的天线。下图展示了4G 8天线的示意图：
MIMO实现效果的分类
MIMO技术主要有三种实现效果：空间分集、空间复用和波束赋形。
空间分集（提升接收质量）
空间分集是指用多个天线发送或接收一个数据流，以避免单个信道衰落对整个通信链路的影响。例如，蓝牙耳机左右各一个，即使其中一个损坏，另一个耳机仍能正常工作。
空间复用（提升传输速率）
空间复用是利用较大间距的天线阵元之间或波束赋形之间的不相关性，向一个终端/基站并行地发射多个数据流，从而提高链路容量。
波束赋形
波束赋形是将电磁波的形状约束，使其朝一个方向发射。这项技术的关键在于相位控制，通过改变相位可以调整波束的方向，在实际应用中还会伴随幅度的变化。
MIMO技术的信息处理流程
MIMO技术的信息处理流程主要包括以下几个步骤：
- 码字生成：原始数据（如一串二进制数010010110...）经过信道编码及交织后得到码字，类似于给产品加了个包装。
层的概念：在空间分集的情况下，一个码字需要发射到两条通道上，因此引入了"层"的概念。原始数据及其副本会被分配到不同的层，然后对应不同的天线端口。
天线端口：天线端口可以理解为逻辑通道，与实际天线上的物理端口不同。
预编码：预编码是使用矩阵将层映射到天线端口的过程。例如：
在LTE中，有多种不同的传输模式，包括空间分集、空间复用与波束赋形等。这些模式之间的区别可以通过下图来表示：
总结
MIMO技术通过多天线系统实现了空间分集、空间复用和波束赋形等效果，显著提升了无线通信系统的性能。其信息处理流程包括码字生成、层划分、天线端口映射和预编码等关键步骤。随着5G技术的普及，MIMO技术的重要性将更加凸显。