MU-MIMO是什么
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1.什么是MIMO
MIMO:Multiple-Intput Multiple-Output,即多入多出系统,这里的入和出是相对于发射天线和接受天线构成的天线系统来讲。
通常的通信系统是单发单收,也就是SISO:Single-Input Single-Output
2.SISO系统信息传输速率受限于香浓定理
香农给出了在高斯白噪声干扰的,带宽受限的信道上实现无差错传输的信息速率的最大值,也就是信道容量。
单根发射天线和单根接受天线之间的信道容量受限于香浓公式,想要在相同的频谱带宽下进一步提升信道容量,要采用多天线技术。
3.MU-MIMO
MU-MIMO是基于多天线技术的,这个技术的物理层是多天线技术。多天线可以实现多种技术,不仅仅是MU-MIMO。
MU-MIMO的实现是结合波束成型的,波束成型有两种实现方式,一种是智能天线波束成型,一种是基于全向天线的波束成型。在CWNA一书中,已经给出了其定义。
MIMO包含2D-MIMO和3D-MIMO两种,目前5G NR已经有3D-MIMO的波束了,Wi-Fi 6里面还停留在2D-MIMO上。打个比方就是说利用定向天线,天线辐射可以参考手电筒打光,波束的概念就是从光束来的,手电筒打的光就是定向的光束,同理,定向天线辐射的信号就是定向的波束。如果发送和接收方同时用两个手电筒打信号,那么一次性就可以传递更多的信息,这种多天线的发送方式就是MIMO。
MIMO和全双工存在区别,MIMO模式下两根天线,只能够同时处于发送,或者接收状态。而全双工可以一根天线是发送状态,一根是接收状态。(PS:全双工也可以通过EBD之类的设备,一根天线实现全双工,这里不加以讨论)
MIMO的概念比较多,是针对多根天线而言的,主要是两个概念分集和复用。如果有多个通路的时候,比如有两个通路。我们可以简单理解如下,如果两个通路传同一个信息,那么就是分集。如果两个通路传两个不同的信息,那么就是复用。在802.11协议的相关培训书籍里面,这个概念实际上给的是比较粗的解释,MIMO实际上是分集和复用结合的技术,波束成型是发送分集。
在我们常用的路由器中都是配备了全向天线。利用全向天线实现定向天线实际上是基于干涉抵消的机制来做的,通过预编码,让数据流通过两根天线具有一定的相位差发送出去,达到接收方接收功率叠加,或者干扰方接收功率抵消的效果。
预编码可以通过数字编码的形式添加相位差,目前Wi-Fi就是采用这一种。移动通信(比如LTE或者5G NR)里面方式多了一种是电相位差,是通过基带连接到RF这一段的线路上,通过线路的长度差异来做相位差。总之,有了相位差就可以做波束成型了。2维平面上的干涉抵消就是2D-MIMO,3维平面就是3D-MIMO了。
然后需要回顾下,基于MIMO技术,可以做到多发多收。基本的MIMO就是,一个发送者有两根天线,一个接受者有两根天线,发送者一次用两根天线发,接受者用两根天线收,然后两倍传输速率,这个就是802.11n时代做的MIMO技术。
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