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MIMO（多輸入多輸出）是一種無線通信技術(shù)，它利用多個(gè)發(fā)射和接收天線來提高數(shù)據(jù)傳輸速率和可靠性。MIMO技術(shù)的核心思想是通過空間復(fù)用（spatial multiplexing）和空間分集（spatial diversity）來提升通信性能。

空間復(fù)用

空間復(fù)用技術(shù)則用于提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)容量。它通過利用多個(gè)天線同時(shí)發(fā)送獨(dú)立的數(shù)據(jù)，增加系統(tǒng)的數(shù)據(jù)容量。空間復(fù)用技術(shù)將需要傳送的數(shù)據(jù)分為多個(gè)數(shù)據(jù)流，分別通過不同的天線進(jìn)行編碼、調(diào)制，然后進(jìn)行傳輸，從而提高系統(tǒng)的傳輸速率。

空間分集

空間分集（Spatial Diversity），也稱為天線分集，是一種無線通信技術(shù)。

空間分集技術(shù)主要用于提高信號(hào)傳輸的可靠性。其核心思想是利用多個(gè)天線發(fā)送相同的數(shù)據(jù)，通過這種方式來增加信號(hào)的冗余度，從而減少信道衰落和噪聲導(dǎo)致的符號(hào)錯(cuò)誤率。

從上述兩種方式可知，MIMO通過使用多個(gè)發(fā)射和接收天線來提高數(shù)據(jù)傳輸速率、增強(qiáng)信號(hào)質(zhì)量，并增加無線網(wǎng)絡(luò)的容量。

MIMO（多入多出）技術(shù)是無線移動(dòng)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，是新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)必須采用的關(guān)鍵技術(shù)。

MIMO與波束賦型

上一篇文章講了，波束成型是通過調(diào)整天線陣列中各個(gè)天線的信號(hào)相位和幅度，使得信號(hào)在特定方向上集中能量，形成窄而集中的波束，從而提高信號(hào)在該方向上的強(qiáng)度。

多天線與波束成型的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)天線的定向發(fā)射。

傳統(tǒng)的 MIMO 系統(tǒng)中，使用的最大天線元件數(shù)量為發(fā)射器 8 個(gè)，接收器側(cè)再使用 8 個(gè)天線元件（8 × 8 個(gè) MIMO 系統(tǒng)）。僅能實(shí)現(xiàn)水平維度的輻射調(diào)整。稱為2D波束成型。

隨著大規(guī)模 MIMO 的引入，通過額外利用仰角，出現(xiàn)了一種新的有前途的技術(shù)。這稱為 3D MIMO，它是通過在水平和垂直維度上部署天線元件來實(shí)現(xiàn)的。為了實(shí)現(xiàn) 3D MIMO，必須實(shí)現(xiàn) 3D 波束賦形，從而允許基站以這種方式適應(yīng)和動(dòng)態(tài)控制方位角和仰角的傳輸方向。

3D-MIMO技術(shù)采用大規(guī)模的二維天線陣列，可以在水平和垂直維度靈活調(diào)整波束方向，形成更窄、更精確的指向性波束。這種技術(shù)極大地提升了終端接收信號(hào)能量并增強(qiáng)了小區(qū)覆蓋。

3D-MIMO技術(shù)中，隨著基站天線數(shù)目的增加，用戶的信道趨向于正交，用戶間的干擾趨于消失，有效提升每個(gè)用戶的信噪比，支持更多用戶的傳輸，提升平均頻譜效率。

3D MIMO 是一項(xiàng)很有前途的技術(shù)，它旨在解決大量天線元件（例如 32 個(gè)，間距為 0.5 λ）在有限可用空間內(nèi)的擬合問題。在 3D MIMO 系統(tǒng)中時(shí)，可以通過適當(dāng)修改天線陣列元件的激勵(lì)權(quán)重來控制輻射方向圖的方位角和仰角。

技術(shù)挑戰(zhàn)

當(dāng)然，3D-MIMO技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中遇到很多的技術(shù)挑戰(zhàn)，天線振列多，每個(gè)陣列附帶幅度相位調(diào)整電路，陣列還包含振子，大規(guī)模天線波束成形的算法往往基于矩陣求逆運(yùn)算，其復(fù)雜度隨天線數(shù)量和同時(shí)服務(wù)的用戶數(shù)量上升而快速增加。