MIMO 多输入多输出(Multi-i nput Multi-output MTMO)是一种用来描述多天线无 线通信系统的抽象数学模型，能利用发射端的多个天线各自独立发送信号，同时 在接收端用多个天线接收并恢复原信息。 Tx SIMO Tx MISO TX MIMO TX目0 Rx 图1、了解SIS0,SIMO,MIS0和MIM0 该技术最早是由马可尼于1908年提出的，他利用多天线来抑制信道衰落 (fading)。根据收发两端天线数量，相对于普通的单输入单输出系统 (Sing e-Input t Single- SISO MIM0此类多天线技术尚包含早期所 谓的“智 ,亦即单输入多输出系统(Single-Input Multi-0 utput, SIMO)和多输入单输出系统(Multiple-Input Single-Output,MISO)。 由于MIMO可以在不需要增加带宽或总发送功率耗损(transmit power xpenditure)的洁况下大幅地增加系统的资料吞叶量(+hroughput)及传送周 离，使得此技术于近几年受到许多瞩目。0的核心概念为利用多根发射天线 与多根接收天线所提供之空间自由度来有效提升无线通信系统之须谱效率，以提 升传输速率并改善通信品质。 发展历史 1990年代，全世界无线通信领域均针对多天线系统进行研究，希望实作出能指 向接收者之波束成型技术(en:Beamforming),亦即是所谓智慧型天线 种能使波束聪明地追踪接收者（即移动电话）的技术，如同有个人持着天线到处
MIMO 多输入多输出（Multi-input Multi-output ; MIMO）是一种用来描述多天线无 线通信系统的抽象数学模型，能利用发射端的多个天线各自独立发送信号，同时 在接收端用多个天线接收并恢复原信息。 图 1、了解 SISO, SIMO, MISO 和 MIMO 该技术最早是由马可尼于 1908 年提出的，他利用多天线来抑制信道衰落 （fading）。根据收发两端天线数量，相对于普通的单输入单输出系统 （Single-Input Single-Output，SISO），MIMO 此类多天线技术尚包含早期所 谓的“智慧型天线”，亦即单输入多输出系统（Single-Input Multi-Output， SIMO）和多输入单输出系统（Multiple-Input Single-Output，MISO）。 由于 MIMO 可以在不需要增加带宽或总发送功率耗损（transmit power expenditure）的情况下大幅地增加系统的资料吞吐量（throughput）及传送距 离，使得此技术于近几年受到许多瞩目。MIMO 的核心概念为利用多根发射天线 与多根接收天线所提供之空间自由度来有效提升无线通信系统之频谱效率，以提 升传输速率并改善通信品质。 发展历史 1990 年代，全世界无线通信领域均针对多天线系统进行研究，希望实作出能指 向接收者之波束成型技术（en:Beamforming），亦即是所谓智慧型天线 —— 一 种能使波束聪明地追踪接收者（即移动电话）的技术，如同有个人持着天线到处
移动，就像一道自手电筒射出的光束可追踪一位在黑暗中移动的人一样。智慧型 天线借由波束对其指向（亦即对目标接收者）的相长干涉(constructive interference)及同时间该波束对目标接收者指向以外其他方向之相消干涉 nter ence )来增加信号增益，以实现上述智慧型天线的优点 并对于此发送单位上的多天线间，采用一较窄的天线间距来实作此波束。一般以 发送信号之一半波长作为实体的天线间距，以满足空间上的采样定理且避免旁瓣 辐射(grating lobes),亦即空间上的混叠。 波束成刑术的缺占乃是在都宙的环培中，信号容易朝向建节物或移动的车辆坐 束的集中特性 (即相长 丧失多数的信 号增益 然而此项缺点却随若空间分集及空分复用的技术在1990年代 末的发展，而突然转变为优势。这些方法利用多径(multipath propagation) 现象来增加资料吞吐量、传送距离，或减少比特错误率。这些型态的系统在选择 实体的天线间距时，通常以大于被发送信号的波长的距离为实作，以确保MIO 频道间的低关联性及高分集阶数(diversity order) MIMO-OFDM复合技术 MIM0此科技与平坦衰落信道(flat fading channels)兼用时最佳，以降低接 收端信道等化器之复杂度及维持接收端的低功率耗损，也因此MI0多半与 0FDW结合为有合技术。MIIM0-0FDM同时为IEEE802.16及IEEE802.11nHT (High-Thr ut)的采用标准之 一.NCDM的系统，如HSDPA,亦进行将MIM 技术标准化的动 技术分类 Tx Rx 1 21 h 2 h 31 h 图2、MIMO channel model MIMO通信技术包括以下领域： ·空分复用(spatial multiplexing)：工作在MIMO天线配置下，能够在 不增加带宽的条件下，相比SI$0系统成倍地提升信息传输速率，从而极 大地提高了频谱利用率。在发射端，高速率的数据流被分割为多个较低速
移动，就像一道自手电筒射出的光束可追踪一位在黑暗中移动的人一样。智慧型 天线借由波束对其指向（亦即对目标接收者）的相长干涉（constructive interference）及同时间该波束对目标接收者指向以外其他方向之相消干涉 （destructive interference）来增加信号增益，以实现上述智慧型天线的优点， 并对于此发送单位上的多天线间，采用一较窄的天线间距来实作此波束。一般以 发送信号之一半波长作为实体的天线间距，以满足空间上的采样定理且避免旁瓣 辐射（grating lobes），亦即空间上的混叠。 波束成型技术的缺点乃是在都市的环境中，信号容易朝向建筑物或移动的车辆等 目标分散，因而模糊其波束的集中特性（即相长干涉），丧失多数的信号增益及 减少干扰的特性。然而此项缺点却随着空间分集及空分复用的技术在 1990 年代 末的发展，而突然转变为优势。这些方法利用多径（multipath propagation） 现象来增加资料吞吐量、传送距离，或减少比特错误率。这些型态的系统在选择 实体的天线间距时，通常以大于被发送信号的波长的距离为实作，以确保 MIMO 频道间的低关联性及高分集阶数（diversity order）。 MIMO-OFDM 复合技术 MIMO 此科技与平坦衰落信道（flat fading channels）兼用时最佳，以降低接 收端信道等化器之复杂度及维持接收端的低功率耗损，也因此 MIMO 多半与 OFDM 结合为复合技术。MIMO-OFDM 同时为 IEEE 802.16 及 IEEE 802.11n HT （High-Throughput）的采用标准之一。WCDMA 的系统，如 HSDPA，亦进行将 MIMO 技术标准化的动作。 技术分类 图 2、MIMO channel model MIMO 通信技术包括以下领域： • 空分复用（spatial multiplexing）：工作在 MIMO 天线配置下，能够在 不增加带宽的条件下，相比 SISO 系统成倍地提升信息传输速率，从而极 大地提高了频谱利用率。在发射端，高速率的数据流被分割为多个较低速
率的子数据流，不同的子数据流在不同的发射天线上在相同频段上发射出 夫。如果发射端上与接收瑞的天线阵列之间构成的空域子信道足够不同.即 能够在时域和频域之外额外提供空域的维度，使得在不同发射天线上传送 的信号之间能够相互区别，因此接收机能够区分出这些并行的子数据流 而不需付出额外的频率或者时间资源。空间复用技术在高信噪比条件下能 够极大提高信道容量，并且能够在“开环”，即发射端无法获得信道信息 的条件下使用。Foschini等人提出的“贝尔实验室分层字时”(BLAST) 是曲利的空间复田技术 空间分集(spatial diversity):利用发射或接收端的多根天线所提供 的多重传输途径发送相同的资料，以增强资料的传输品质。 波束成型(beamforming)：借由多根天线产生一个具有指向性的波束， 将能量集中在欲传输的方向，增加信号品质，并减少与其他用户间的干扰。 ·预编码(precoding) 以上MIM0相关技术并非相斥，而是可以相互配合应用的，如一个IMO系统即 可以包含空分复用和分集的技术
率的子数据流，不同的子数据流在不同的发射天线上在相同频段上发射出 去。如果发射端与接收端的天线阵列之间构成的空域子信道足够不同，即 能够在时域和频域之外额外提供空域的维度，使得在不同发射天线上传送 的信号之间能够相互区别，因此接收机能够区分出这些并行的子数据流， 而不需付出额外的频率或者时间资源。空间复用技术在高信噪比条件下能 够极大提高信道容量，并且能够在“开环”，即发射端无法获得信道信息 的条件下使用。Foschini 等人提出的“贝尔实验室分层空时”（BLAST） 是典型的空间复用技术。 • 空间分集（spatial diversity）：利用发射或接收端的多根天线所提供 的多重传输途径发送相同的资料，以增强资料的传输品质。 • 波束成型（beamforming）：借由多根天线产生一个具有指向性的波束， 将能量集中在欲传输的方向，增加信号品质，并减少与其他用户间的干扰。 • 预编码（precoding） 以上 MIMO 相关技术并非相斥，而是可以相互配合应用的，如一个 MIMO 系统即 可以包含空分复用和分集的技术