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什么是MIMO、最大比合并MRC、波束成形、空時(shí)分組編碼STBC、空間復(fù)用

Admin2017-03-16 17:23:23

多入多出技術(shù)MIMO（multiple-input multiple-output）表示多輸入多輸出，由m個(gè)發(fā)射天線和n個(gè)接收天線組成的天線系統(tǒng)。MIMO技術(shù)的應(yīng)用，使空間成為一種可以用于提高性能的資源，并能夠增加無(wú)線系統(tǒng)的覆蓋范圍。
MIMO系統(tǒng)產(chǎn)生多空間流信號(hào)，最大每個(gè)天線產(chǎn)生一個(gè)空間流。使用單輸入單輸出（SISO）的系統(tǒng)一次只能發(fā)送或接收一個(gè)空間流，即一份信號(hào)。MIMO技術(shù)允許多個(gè)天線同時(shí)發(fā)送和接收多個(gè)空間流，即多份信號(hào)，并能夠區(qū)分發(fā)往或來(lái)自不同空間方位的信號(hào)。802.11n設(shè)備最大支持4x4，4個(gè)空間流，速率高達(dá)600Mbps。

最大比合并MRC（maximum ratio combining）是一個(gè)分集接收技術(shù)，目的是改善接收端的信號(hào)質(zhì)量。
基本原理：對(duì)于來(lái)自發(fā)射端的同一個(gè)信號(hào)，由于在接收端使用多天線接收，這個(gè)信號(hào)將經(jīng)過(guò)多條路徑（多個(gè)天線）被接收端所接收。多個(gè)路徑質(zhì)量同時(shí)差的幾率非常小，一般總有一條路徑的信號(hào)比其他信號(hào)好。在接收端使用某種算法，對(duì)各接收路徑上的信號(hào)進(jìn)行加權(quán)匯總，信號(hào)好的路徑分配最高的權(quán)重，實(shí)現(xiàn)接收端的信號(hào)改善。當(dāng)多條路徑上信號(hào)都不太好時(shí)，通過(guò)MRC技術(shù)能夠獲得較好的接收信號(hào)。

波束成形（beamforming或TxBF）技術(shù)是利用空間信道的強(qiáng)相關(guān)性，利用波的干涉原理產(chǎn)生強(qiáng)方向性的輻射方向圖，使得輻射方向圖的主瓣自適應(yīng)地指向用戶來(lái)波方向，從而提高信噪比，提高系統(tǒng)容量或者覆蓋范圍。傳輸波束成形是802.11n標(biāo)準(zhǔn)的可選特性。
Beamforming分顯式和隱式兩種。顯式波束成形（explicit beamforming）要求接收端將接收到的信號(hào)狀況反饋給AP，AP根據(jù)反饋信號(hào)進(jìn)行計(jì)算將發(fā)射的調(diào)整到最佳狀態(tài)使得接收端信噪比得到加強(qiáng)，提高了接收能力。而隱式波束成形（implicit beamforming）無(wú)需接收端配合，AP根據(jù)信道參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)達(dá)到提高接收端信噪比。目前主流終端均不支持beamforming，即不支持對(duì)AP的beamforming信號(hào)反饋。

空時(shí)分組編碼STBC（Space Time Block Coding）用在無(wú)線通信中傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)流的多個(gè)拷貝。通過(guò)許多天線來(lái)產(chǎn)生數(shù)據(jù)的多種接收版本，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。接收機(jī)接收到的數(shù)據(jù)拷貝中，存在一些比其它拷貝“更好”的拷貝。而這種冗余導(dǎo)致有更高機(jī)會(huì)使用一個(gè)或更多接收到數(shù)據(jù)拷貝來(lái)正確的解碼接收到的數(shù)據(jù)。實(shí)際上，STBC聯(lián)合所有接收到的信號(hào)的拷貝以一種最佳的方式從它們中盡可能地吸取更多有用的數(shù)據(jù)。

MIMO技術(shù)實(shí)質(zhì)上是為系統(tǒng)提供了空間復(fù)用增益和空間分集增益。
空間復(fù)用就是在接收端和發(fā)射端使用多副天線，充分利用空間傳播中的多徑分量，在同一個(gè)頻帶上使用多個(gè)數(shù)據(jù)通道（MIMO子信道）發(fā)射信號(hào)，從而使得容量隨著天線數(shù)量的增加而線性增加。這種信道容量的增加不需要占用額外的帶寬，也不需要消耗額外的發(fā)射功率，因此是提高信道和系統(tǒng)容量一種非常有效的手段。

空間復(fù)用的實(shí)現(xiàn)首先將需要傳送的信號(hào)經(jīng)過(guò)串并轉(zhuǎn)換成幾個(gè)平行的信號(hào)流，并且在同一頻帶上使用各自的天線同時(shí)傳送。由于多徑傳播，每一副發(fā)射天線針對(duì)接收端產(chǎn)生一個(gè)不同的空間信號(hào)。接收端接收多個(gè)數(shù)據(jù)的混合信號(hào)后，利用不同空間信道間獨(dú)立的衰落特性，區(qū)分開(kāi)這些并行的數(shù)據(jù)流。實(shí)現(xiàn)空間復(fù)用必須要求發(fā)射和接收天線之間的間距大于相關(guān)距離，這樣才能保證接收端各個(gè)子信道是獨(dú)立衰落的不相關(guān)信道。

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