MIMO技术,赋形和STBC

MIMO技术
       搜各种百科资料IEEE802.11词条，我们可以读到，从802.11n开始，数据传输速率或者说承载的数据量有了很大的提升。首先，802.11n有了40MHz模式，然而按照之前的理论，它的发射范围应该因此降低一半才对，但事实上数据反而提升了一倍（70m），这又是怎么一回事?
      这就要得益于MIMO技术了，刚才我们讨论的种种手段都是为了对抗恶劣的多径环境，但是多径有没有好的一面呢?事实上，MIMO也是基于多径的，我们称之为空间多样性。多天线的应用有很多种技术手段，这里简单介绍两种：波束成型（Beamforming）和时空分组码（主要介绍Alamouti'scode）。这两种技术的优点是不需要多个接收天线。尤其是Alamouti码，连信道信息都不用，只用数学运算就可以利用两根天线实现3dB的增益，很赞对吧。

      而不需要多个接收天线的优点在于并不是所有设备都能装上多天线。为了避免旁瓣辐射（天线方向图上，最大辐射波束叫做主瓣，主瓣旁边的小波束叫做旁瓣），满足空间上的采样定理，一般以发送信号之一半波长作为实体的天线间距。无论是GSM信号1.8GHz，1.9GHz还是Wi-Fi信号的2.4GHz，我们暂取2GHz便于计算，半波长为7.5cm。所以，我们看到的路由器上天线的距离大多如此，也正是因此，我们很难在手机上安装多个天线

波束成型（Beamforming）
         借由多根天线产生一个具有指向性的波束，将能量集中在想要传输的方向，增加信号传输品质，并减少与其他用户间的干扰。我们可以简单笼统地这样理解天线的指向性：假设全指向性天线功率为1，范围只有180度的指向性天线功率可以达到2。于是我们可以用4根90度的天线在理论上提高4倍的功率。波束成型的另外一种模式是通过信道估算接收端的方位，然后有指向性的针对该点发射，提高发射功率（类似于聚光的手电筒，范围越小，光越亮）。智能天线技术的前身就是波束成型。

　空时分组码（Space-Time Block Code，即STBC）：
      在多天线上的不同时刻发送不同信息来提高数据可靠性。Alamouti码是空时分组码里最简单的一种。为了传输d1d2两个码，在两根天线1,2上分别发送d1,-d2*和d2,d1*。由于多径，我们假设两根天线的信道分别为h1h2，于是第一时刻接收端收到的信息r1=d1h1+d2h2，之后接收的信息r2=-d2*h1+d1*h2。接收到的这个2维方阵只要乘以信道，就可得到d1d2的信息了。看不懂没关系，总之呢就是Alamouti找到一组正交的码率为2×2矩阵，用这种方式在两根天线上发射可以互不影响；可以用一根天线接收，经过数学运算以后得到发射信息的方法。

       其他的MIMO呢，在概念上可能比较好理解，比如2个发射天线t1t2分别对两个接收天线r1r2发射，那么相当于两拨人同时干活，速度提升2倍等等。但是实际实现起来一方面在硬件上需要多个接收天线，另一方面需要信道估计等通信算法，那都是非常复杂，并且耗时耗硬件的计算了。
　　讲上面两种技术实际上是MISO（Multiple-Input Single-Output）的方法，也是想从另外一个方面证明，天线多了不代表他们能一起干活。100年前人们就知道天线越多越好越大越好了，但是天才的Alamouti码1998年才被提出来多天线技术的802.11n协议2009年才开始应用。

写在最后
　　MIMO本身就是一个时变的、不平稳的多入多出系统。关于MIMO的研究，是一个世界性课题，留下的疑问还有很多，同样的问题学术上甚至也会出现不同的说法。不过，对于一般消费者大可不必深究，认清了开头第一页我们讲的“误区”，知道路由天线是个“工具”，普通家庭双天线足以，选购时看清产品规格，不要被商家误导。

申明：网友回复良莠不齐，仅供参考。如需专业帮助，请学习业界专家讲授的天线设计视频培训教程。