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）技术是现代无线通信系统中的关键技术之一，广泛应用于4G和5G网络中。本文将通过通俗易懂的语言和形象的比喻，帮助读者理解MIMO技术的基本概念、实现效果以及信息处理流程。
MIMO技术的思路
形象地形容就是，从原来的一个人在搬砖，转变成多个人在搬砖。
MIMO用专业一点的词形容，就是发射端和接收端都有多个天线，这里的多天线并不是指有多个天线板，对于基站来说，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。
4G 8天线示意图
MIMO实现效果的分类
有三种，空间分集，空间复用，波束赋形
- 空间分集（提升接收质量）
用多个天线发送或接受一个数据流，避免单个信道衰落对整个通信链路的影响。
举个例子，蓝牙耳机一般是左右各一个，如果其中一个坏了，其实是不影响另一个耳机的接收的，就是这个意思。
- 空间复用（提升传输速率）
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
简单来说就是把电磁波的形状约束了，朝一个方向发射出去。相位是该技术的关键因素，相位的改变可以带来波束的行程，实际应用中，也伴随着幅度的变化。
他们对天线数量的要求也不同，
Rank：一个参数，用来描述传输信道的相关性。接收端必须能够区分出两条不相关的独立“信道”，才能实现空间复用。
如果rank=1，说明相关性很强，接收端无法区分两路信道，只能起到空间分集的作用。
如果rank=2，说明接收端可以区分两路信道，可以接收两路数据。
MIMO技术的信息处理流程
码字是原始数据（一堆010010110.....） 经过信道编码及交织后得到的，类似于产品加了个包装。（如下图）
层这个概念，以空间分集为例，因为一个码字要发射到两条通道上，所以就有了层的概念，把原始数据和原始数据的另一个版本，放到不同的层，然后就可以对应不同的天线端口。
而天线端口可以理解成逻辑通道，并不是实际的天线上的物理端口。
预编码，就是使用矩阵将层映射到天线端口的过程。
举个例子（如下图）
右边这两个等式，可以写成（如下图）
这就是预编码的作用，利用预编码矩阵，将层映射到天线端口。
那在LTE中，有几种不同的传输模式。
不同传输模式示意图
对应空间分集、空间复用与波束赋形的有以下几种。
这些模式之间又各有一些区别，为了方便，下面用图来表示这些模式之间的区别。
总结
MIMO技术通过多天线的协同工作，实现了空间分集、空间复用和波束赋形三种不同的效果，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、层映射和预编码等关键步骤，通过这些技术手段，MIMO技术在现代无线通信系统中发挥着重要作用。