MIMO為什麼不用一根天線和一條收通路?

時間 2021-05-31 12:30:40

1樓:Comzyh

各位說的都挺好,但是我估計題主不一定明白,我站在乙個非專業人士角度解答下。

OFDM是正交頻分復用,然而 MIMO 系統並不是(至少可以不是)一根天線乙個頻率。估計你理解成了一根天線乙個頻率,如果是這樣本質還是乙個頻分復用。

Multiple-In Multiple-Out (MIMO) Technology | Multiple Antenna Technology

MIMO 獲得增益的乙個主要方式是通過波束成形(Beamforming),類似的技術可以用在發射端,也可以用在接收端。而且考慮到手機通訊系統可能有多徑效應,這個意義上的波束成形也不是說像相控陣雷達那樣只瞄準乙個方向(這樣當然也行),而是解析出通道引數後利用這個資訊盡可能的還原關注的訊號即可,術語叫 Eigen-Beamforming。這種模式不要求發射機和接收機天線數量,SIMO或者MISO都行。

另乙個方式則是我們比較熟悉的空間復用。平常常見的 2X2,4X4 MIMO 所說的就是這個方式。這種方式的特點是要求接收機的天線數量至少不能少於發射機的天線數量。

原理可以做一些不嚴謹的簡化:如果你兩點之間有4條互不干擾的通道(比如4根光纖)你很容易實現4倍的傳輸速率。如果無線通訊能一根個發射機天線對應一根接收機天線,且不互相干擾,也能成倍的提公升通訊速度。

然而在現實無線通訊系統中,一根接收機天線不可避免的接收到多個發射機天線的訊號。但是由於每個發射機天線到每個接收機天線的衰落都是不同的(CoucheTard 的答案提到了這一點)我們有可能通過足夠的接收機天線反求出所有發射機天線的訊號。以4X4系統為例,那麼我們就有4x 4 = 16 個不同的衰落,或者說16個係數,可以構成乙個 4X4的矩陣,那麼可以列出線性方程組,其中 a,b,c,d 是發射的訊號,w,x,y,z是接收的訊號。

這個 4X4 的矩陣實際上也是未知的,但是我們可以通過讓發射機發射一些參考訊號解出來這些係數,理想情況下我們可以用四根天線還原出發射機的四根天線傳送的資料,然後獲得四倍的通訊速率。不過這裡還有乙個顯而易見的約束,只有當這個矩陣是可逆的時候,或者說任意乙個發射機到所有接收機的衰落向量都不線性相關的時候(列向量不線性相關),或者說行向量都不線性相關的時候,你才能由 w,x,y,z 解出 a,b,c,d。

這個時候你用一根天線接收,那麼這個方程就變成了

這個方程顯然是不可解的,當然就達不到增加通訊速度的效果。

注:我專業不是通訊,以上理解可能有偏差。

2樓:「已登出」

mimo是spatial multiplexing,本質上是增加了頻寬。你用一根天線接四根,沒有復用增益。好比cdma結果四個相同的碼復用,那等於沒法用。

3樓:Robert Zhou

各位說的都很好。我對MIMO基本上不懂,姑且從我的角度補充幾句。

這麼做原則上沒啥不可以的。後果是,以簡單的高斯通道為例, capacity 的 pre-log 就從 4 變成 1 了,在衰落通道中就是失去了復用增益(傳送天線再多也沒用),或者說損失了自由度。當然,有些時候例如訊雜比較低時,pre-log 不太重要,用一根天線可能並不壞,還降低了實現代價。

但是這種情況下,通常沒必要強行傳四個流,那樣雖然理論上不見得檢測不了,但白白增加複雜度,速率並上不去啊。

題主說 OFDM 互不干擾什麼的,那只能是四個傳送天線在頻域上分開才行。那對每乙個子載波,就是SISO 了,問題就僅僅是怎麼分配子載波給四個天線了(當接收天線給定時)。此時 capacity 的 pre-log 也還是 1。

4樓:

天線選擇(antenna selection)是空間分集(spatial diversity)的一種實現方式,但只選一根天線就只能傳單流資料,無法利用空間復用(spatial multiplexing)傳多流資料。

長答案的分割線

MIMO的本質在於利用多徑通道的空間選擇性,利用方式有空間分集和空間復用兩種。

因為多徑的存在,不同位置上的天線看到的通道是不同的,用通訊的語言講叫做經歷不同的衰落。如果在這些不同的通道上只傳相同的資料(單流),因為各個通道經歷了不同的衰落,有時候這個通道上的接收訊號強,有時候那個通道上的接收訊號強,那麼把在所有通道上接收到的訊號合併起來,一定比固定某個通道上接收到的訊號要好,這就是分集增益(diversity gain)。合併的辦法可以是把所有接收天線上的訊號用某種方式都加起來,比如最大比合併等增益合併,也可以是每次都選擇接收訊號最強的那個天線,這叫選擇性合併。

天線選擇就是選擇性合併,它的分集度(diversity order)和最大比合併、等增益合併相同,比如接收天線4選1的分集度就是4。

這裡要注意,天線選擇之後就只對選擇的這1路訊號做處理,不是像題主想象的那樣還要再「一分多」送進modem。天線選擇的價值在於降低成本(比如天線4選1就只需要設計一條射頻鏈路)和降低演算法複雜度。另外如果在發射端做天線選擇還能降低發射功耗,這對移動終端尤其有意義。

現在市場上常見的4G手機很多都是2天線,射頻鏈路分別接2條接收鏈路、1條發射鏈路,支援上行發射天線選擇。

在通道條件比較好的時候,每一根天線上的接收訊號都比較強。這時候不再需要用空間分集保證訊號質量,我們更希望利用不同的通道傳不同的資料(多流),這是空間復用。4x4 MIMO最多能同時傳4流資料,而單天線的天線選擇只能傳1流,這就是天線選擇最主要的缺點——限制了空間自由度,影響了空間復用的多流傳輸能力。

天線選擇的另乙個缺點在於,為了選到訊號最強的天線,協議需要額外設計一套天線選擇的訓練機制,不僅協議變複雜而且要付出額外的訓練開銷。

5樓:柴健翌

可以有這樣的實現,但這不是MIMO,只是訊號都很差的時候,保留乙個通道,盡最大努力傳輸資料而已

MIMO要求的就是spacial diversity,一般實現方法是傳送已知的參考幀,通過觀察訊號的疊加狀況,測算spacial diversity,然後用一樣的條件傳送真實資料,用之前測算的結果把疊加的訊號原樣解回來,是個解方程組的問題而已

同一根天線不存在diversity,同樣的子頻直接疊加也不是正交,全糊一塊兒了,等效於資訊喪失

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