多輸入多輸出(MIMO，Multiple Input Multiple Output)天線是一種能夠有效提高衰落信道容量的新技術(shù)。它在發(fā)送方和接收方都有多副天線，因此可以看成是雙天線分集的擴(kuò)展。不同之處在于MIMO有效使用了編碼重用(CR)技術(shù)，可用相同的信道編碼和擾碼調(diào)制多個(gè)不同的數(shù)據(jù)流。MIMO技術(shù)是無線通信領(lǐng)域智能天線技術(shù)的重大突破。該技術(shù)能在不增加帶寬的情況下成倍地提高通信系統(tǒng)的容量和頻譜利用率。普遍認(rèn)為，MIMO將是新一代無線通信系統(tǒng)必須采用的關(guān)鍵技術(shù)。

在室內(nèi)，電磁環(huán)境較為復(fù)雜，多徑效應(yīng)、頻率選擇性衰落和其他干擾源的存在使實(shí)現(xiàn)無線信道的高速數(shù)據(jù)傳輸比有線信道困難。通常多徑效應(yīng)會(huì)引起衰落，被視為有害因素。然而研究結(jié)果表明，對(duì)于MIMO系統(tǒng)來說，多徑效應(yīng)可以作為一個(gè)有利因素加以利用。MIMO系統(tǒng)在發(fā)射端和接收端均采用多天線(或陣列天線)和多信道。MIMO的多輸入多輸出是針對(duì)多徑無線信道來說的。圖1所示為MIMO系統(tǒng)的原理圖。傳輸信息流S(k)經(jīng)過空時(shí)編碼形成N個(gè)信息子流Ci(k)，i = 1……N。這N個(gè)子流由N個(gè)天線發(fā)射出去，經(jīng)空間信道后由M個(gè)接收天線接收。多天線接收機(jī)利用先進(jìn)的空時(shí)編碼處理能夠分開并解碼這些數(shù)據(jù)子流，從而實(shí)現(xiàn)最佳的處理。

圖1：MIMO系統(tǒng)原理

這N個(gè)信息子流同時(shí)發(fā)送到信道，各發(fā)射信號(hào)占用同一頻帶，因而并不增加帶寬。若各發(fā)射接收天線間的通道響應(yīng)獨(dú)立，則MIMO系統(tǒng)可以創(chuàng)造多個(gè)并行空間信道。通過這些并行空間信道獨(dú)立地傳輸信息，使得數(shù)據(jù)傳輸率得以提高。

MIMO將多徑無線信道與發(fā)射、接收視為一個(gè)整體進(jìn)行優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)高的通信容量和頻譜利用率。這是一種近于最優(yōu)的空域時(shí)域聯(lián)合的分集和干擾對(duì)消處理。

系統(tǒng)容量是表征通信系統(tǒng)的重要標(biāo)志之一，表示了通信系統(tǒng)最大傳輸率。對(duì)于發(fā)射天線數(shù)為N，接收天線數(shù)為M的MIMO系統(tǒng)，假定信道為獨(dú)立的瑞利衰落信道，N、M很大，則信道容量C近似為下式：

C=[min(M, N)]Blog2(ρ/2)

其中B為信號(hào)帶寬，ρ為接收端平均信噪比，min(M, N)為M，N的較小者。該式表明，功率和帶寬固定時(shí)，MIMO的最大容量或容量上限隨最小天線數(shù)的增加而線性增加。而在同樣條件下，在接收端或發(fā)射端采用多天線或天線陣列的普通智能天線系統(tǒng)，其容量?jī)H隨天線數(shù)的對(duì)數(shù)增加而增加。因此，MIMO技術(shù)對(duì)于提高無線局域網(wǎng)的容量具有極大的潛力。

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