mimo值得是多入多出技術(shù)，很好理解，發(fā)射信號多，接收信號也多。形成大量天線的信道傳輸，并有效提高數(shù)據(jù)效率。
天線在通過空間傳播的無線電波和在金屬導(dǎo)體中移動的電流之間進行轉(zhuǎn)換。在早期的通信系統(tǒng)中，天線通常非常簡單，也許只是由電線構(gòu)成的半波偶極子。通常每個無線電只有一個天線，用于發(fā)送和接收。隨著無線通信的發(fā)展，無線工程師已經(jīng)弄清楚了如何在無線系統(tǒng)中部署多個天線以提高性能。MIMO系統(tǒng)和相控陣天線是兩個主要的技術(shù)趨勢，用于發(fā)送和接收5G所需的無線電信號。
▊多輸入多輸出（MIMO）
圖1顯示了發(fā)送和接收天線的四種配置。每個設(shè)備上一根天線的基本系統(tǒng)稱為單輸入單輸出（SISO）。這是用于多種無線電用途的最簡單，最常見的天線配置。添加第二個發(fā)射天線，您將獲得多輸入單輸出（MISO）。將第二根天線放在接收器上，您將獲得單輸入多輸出（SIMO）。最后，在發(fā)射器和接收器上都有多個天線的情況下，我們將擁有多輸入多輸出（MIMO），這是我們將重點關(guān)注的配置。
圖1.這四種常見的無線電配置可以在無線通信系統(tǒng)中使用
為簡單起見，圖1僅示出了每個設(shè)備上的兩個天線（稱為2×2 MIMO）。該方法已擴展為使用更多天線。例如，WiFi-6最多使用8×8 MIMO，5G將增加更多天線。
▊空間復(fù)用
MIMO利用空間復(fù)用的優(yōu)勢來增加信道的帶寬，而不會消耗額外的頻譜。這聽起來似乎是不可能的，但該技術(shù)確實有效。許多無線信道會經(jīng)歷多徑傳播，這種情況會在輻射信號沿著多條路徑從發(fā)射器到達接收器時發(fā)生。這些多路徑的常見機制是無線電信號從山脈，建筑物或其他障礙物反射出來。
在SISO無線電系統(tǒng)中，當多個信號重組時，多徑傳播通常會在接收器處引起失真。這些信號經(jīng)過不同的路徑后會及時偏移，從而造成破壞性的相加，從而引入失真。MIMO通過使用這些替代路徑發(fā)送附加信息來利用此信道特性。存在的多徑越多，使用MIMO的吞吐量就越好。實際上，如果不存在多徑傳播，則MIMO會失去其優(yōu)勢，其性能類似于SISO系統(tǒng)。
實現(xiàn)MIMO所需的信號處理異常復(fù)雜。圖2示出了用于2×2 MIMO系統(tǒng)的信道矩陣H的簡化模型。信道矩陣以矩陣形式描述了每個發(fā)射機/接收機對的信道特性。知道或至少估計這些信道參數(shù)可以使MIMO系統(tǒng)利用多徑傳播。
圖2.信道矩陣數(shù)學(xué)上描述了所有MIMO天線之間的信號路徑
信道矩陣也稱為信道狀態(tài)信息（CSI），它是通信鏈路的已知信道屬性，包括散射，衰落和隨距離的功率衰減。一些MIMO系統(tǒng)是開環(huán)的，需要接收機估計信道矩陣。更高級的系統(tǒng)使用來自接收器的反饋來通知發(fā)送器有關(guān)CSI的信息。
理想情況下，由于通道特性可以快速更改，因此可以實時更新CSI。系統(tǒng)中的設(shè)備可能正在移動，并且發(fā)射器和接收器之間的障礙物可能會出現(xiàn)或消失。理想情況下，CSI是對每個發(fā)射天線到每個接收天線的路徑的完整而準確的表征。實際上，由于反饋有限，信道條件變化和測量誤差，該值小于此值。
▊波束成形
到目前為止，我們已經(jīng)假定使用具有寬輻射方向圖的簡單天線。無線通信的另一個技術(shù)趨勢是相控陣天線的使用增加（圖3）。相控陣天線由獨立控制和組合以創(chuàng)建特定天線輻射方向圖的眾多天線組成。通過調(diào)節(jié)傳遞到天線每個單獨元件的信號幅度和相位，可以在所需方向上使組合信號最大化。術(shù)語“波束成形”用于描述相控陣天線的這種使用。（此外，術(shù)語“光束轉(zhuǎn)向”是指對光束進行動態(tài)控制以優(yōu)化系統(tǒng)性能。）
圖3.相控陣天線通過調(diào)整幅度和相位將信號轉(zhuǎn)向所需的方向
使用相控陣天線，我們可以將信號轉(zhuǎn)向想要的位置，以實現(xiàn)最大的效果。圖4A示出了具有與單個用戶設(shè)備（UE）對話的基站收發(fā)器（BTS）的無線系統(tǒng)。BTS使用波束成形來最大化發(fā)送給該UE的信號（基本波束成形）。圖4B示出了更一般化的情況，其中BTS發(fā)出多個波瓣以最優(yōu)化向UE的信號，同時向相鄰小區(qū)中的另一個UE創(chuàng)建空值。在這里，我們看到天線輻射方向圖可以有多個波瓣和凹口。
圖4.波束控制的范圍從使用單個天線/接收器對到處理許多用戶設(shè)備的蜂窩塔
如圖4C所示，可以將MIMO和波束成形結(jié)合起來以獲得更大的效果。可以調(diào)整天線方向圖以優(yōu)化MIMO利用的多徑傳播。圖4C中的系統(tǒng)示出了由BTS服務(wù)的一個UE，因此這被稱為單用戶MIMO（SU-MIMO）。圖4D示出了具有為不同UE服務(wù)的多個天線瓣的多用戶場景（MU-MIMO）。模式中也可能存在空值，以減少來自附近小區(qū)中UE的干擾。顯然，這種MU-MIMO方案可能導(dǎo)致支持所有UE的復(fù)雜天線輻射方向圖。請記住，UE通常處于運動狀態(tài)，因此BTS需要實時進行調(diào)整。
繪制圖4，重點放在向UE發(fā)送的BTS（下行鏈路）上。UE必須在上行鏈路側(cè)發(fā)送回BTS，這是一個相應(yīng)的挑戰(zhàn)。
總結(jié)
MIMO完全是關(guān)于空間復(fù)用的，利用信道中的多條路徑來提高數(shù)據(jù)吞吐量。波束成形是一項附加技術(shù)，可以使用相控陣天線來改善系統(tǒng)性能，無論是否使用MIMO。這兩種技術(shù)一起將無線信道的最大性能壓縮。
客服1