自4G时代起无线网络中就引入了MIMO技术。与传统单天线配置相比MIMO(Multiple Input Multiple Output)天线阵列可以显着提高网络性能和用户体验。
MIMO(多收多发)是在链路发送端和接收端放置多个不相关的天线。如果发射器上有四个不相关的天线，而接收器上还有四个不相关的天线，则有16条无线(电)路径连接接收器和发射器。它们中的每一个都容易受到多径效应的影响，从而在发射器和接收器之间产生更多的无线电路径；这些无线路径可以建设性地组合，在接收器中产生微分集增益。
由于接收器能够区分不同的不相关天线，因此可以沿着不同的路线传输各种数据流。传输到每个天线的数据流可以描述为“层”，接收器和发射器中可用的天线数量可以描述为秩(Rank)。例如，使用4×4 MIMO天线阵列的阵列运行的系统可以描述为具有4层(Layer)，并且秩(Rank)为4。
将数据流映射到层的方法可能会影响特定MIMO实现所提供的优势以及指定它的方式，这是设计过程的一个重要方面。预编码也是增强 MIMO 系统性能的一种方法。预编码可以是自适应的，因此将基于信道估计源。这可以从连接的发送或接收部分计算出来。
以非相关方式将天线安装到基站上相当简单。对于双向MIMO阵列，只能使用单个交叉极化天线;一个4×4 MIMO阵列需要两个具有适当间隔的面板,这对手机来说是一个挑战。然而，在基站的情况下可以通过交叉极化实现两个 MIMO，但它可能会导致天线的一些无意的方向性。
MIMO带来的益处
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图2.MIMO技术特点MIMO是一项复杂的技术，但它可以为系统功能带来巨大的好处。MIMO可以通过三种主要方式提高系统效率。任何MIMO实施都可以从这些优势中获益或者设置为仅利用其中一个或多个优势。理想情况下，系统必须在 MIMO实施中具有足够的灵活性，以允许系统管理员针对不同的条件或系统目标选择最佳方法。
分集增益(gain in diversity)源自在链路无线电的接收和/或发射端使用多个天线。这导致具有与装饰相关的衰落特性的多条传输路径。这导致信道信噪比的总体改进，从而导致信道容量和可靠性的增加。
阵列增益(array gain)是形成多天线阵列波束的能力；如果从接收器适当地发出反馈信号或通过返回链路收集数据，则阵列可以将辐射能量引导至受控波束中的接收器；这导致增强的通道性能和更高的吞吐量。
由多天线阵列生成的多条传输路径的正交性引起的空间复用增益。由于接收器可以解码不同的传输路径，因此接收器能够将不同的信息流集成到传输路径上，从它们的空间属性中识别出来。根据正在使用的不同传输流的数量，这导致信道容量的显着增加。
MU-MIMO(多用户MIMO)无线网络中通常接入是众多用户，为此引入了MU-MIMO；通常情况下应用就出现了以下场景：
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图2.无线网络中的MIMO应用场景 MIMO是最基本应用，也称为SU-MIMO(单用户MIMO)；SU-MIMO也可以扩展为包括MU-MIMO(Multi-User MIMO)。在这种情况下已利用MIMO的空间复用能力通过使用相同的频率和时间资源将链路多修补到多个移动设备。可用的多路复用顺序取决于连接上发送器和接收器末端可用的天线(或秩-Rank)数量。图2说明了用于使用两个移动设备的MIMO的 2×2 MIMO布置。在此情况下每个手机可以接收的数据量将低于提供给具有SU-MIMO设置的单个设备的速率，但两部手机都被赋予相同的频率和时间资源，并且仍然能够使用它用于阵列增长和多样性。这意味着手机的容量提高了，但是资源可以分配给更多的用户。以这种方式与多个发射器或接收站结合使用通常称为虚拟 MIMO。
此外，可以在移动设备上使用单个天线在一个方向上使用MU-MIMO。在此情况下阵列和分集增益会降低，但时间和频率资源仍能够在小区内重复使用。
MU-MIMO技术可进一步发展以创建多小区MU-MIMO。在这种情况下数据流被映射到几个基站的天线资源，这些基站提供到多个小区内的多个移动设备的组合连接。图2中是4×4 MIMO应用，其是在两个连接之间共享。特别是在由于基站与移动设备之间的地理距离较远场景下空间分集可能很重要。
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发表于 2022-10-20 17:53:11