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MIMO:一個(gè)以多次元傳輸方案提升傳輸容量的新技術(shù)

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作者:洪嘉鴻 時(shí)間:2005-08-30 來源: 收藏
MIMO:一個(gè)以多次元傳輸方案提升傳輸容量的新技術(shù)

  MIMO技術(shù)可以大幅改善WLAN的涵蓋范圍與傳輸速率。
  當(dāng)家庭寬帶網(wǎng)絡(luò)連結(jié)、HDTV無線實(shí)時(shí)傳播等不容許延遲且頻寬需求大的多媒體應(yīng)用,以及娛樂設(shè)備分散和分享內(nèi)容的應(yīng)用愈來愈普遍時(shí),無線通訊技術(shù)也被要求在有限頻譜的條件下提高其效能。
  我們需要能更有效率地高速傳送高品質(zhì)信號(hào)的技術(shù),而這種技術(shù)又不能用到額外的波段頻寬。多進(jìn)多出(Multiple-input multiple-output;MIMO)技術(shù)正是能克服信號(hào)衰落、干擾增加及有限頻譜等無線通訊挑戰(zhàn)的解決方案。它在不占用更多頻寬的情況下,除了能讓傳輸速率倍增,也同時(shí)能增加傳輸范圍和使用的穩(wěn)定性。


  一個(gè)多次元傳輸方案
  MIMO技術(shù)是一個(gè)能在單一射頻信道中收發(fā)兩個(gè)或多個(gè)資料信號(hào)流的技術(shù)。它采用多次元傳輸方案:通過一個(gè)單一射頻信道來收發(fā)兩個(gè)或多個(gè)的信號(hào)流,如此一來,無線通訊系統(tǒng)就能在一個(gè)信道中達(dá)到兩倍或兩倍以上的數(shù)據(jù)傳輸。

在系統(tǒng)中,用一個(gè)以上高整合的射頻升頻器(upconverter)和天線來傳送這些多重信號(hào),同時(shí)也有一個(gè)以上高整合的射頻降頻器(downconverter)和天線來接收這些多重信號(hào)。采用MIMO技術(shù),每個(gè)信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率將隨著信道中傳送的不同資料流數(shù)目而呈線性增長。
  由于具有同時(shí)傳送多重資料流的能力,MIMO可以在不用到額外頻譜的條件下讓無線信號(hào)的傳輸能力倍增。MIMO系統(tǒng)的峰值傳輸速率(peak throughput)隨微波信道中傳送的數(shù)據(jù)流數(shù)目而增加,也因?yàn)樵诓煌奶炀€和信道中傳送多重信號(hào),MIMO信號(hào)有時(shí)也被稱為“多次元信號(hào)”(multi-dimensional signal)。
  除了讓相同信道中的信號(hào)速率倍增外,妥善設(shè)計(jì)的MIMO系統(tǒng)還可以藉由高頻譜效率和更高的遠(yuǎn)程傳輸速率(throughput-at-range)來增加覆蓋范圍和穩(wěn)定性。MIMO系統(tǒng)對(duì)“有效傳輸速率”(effective throughput,距發(fā)射器特定距離所測(cè)量到的傳輸速率)的提升比對(duì)“峰值傳輸速率”(peak throughput,距發(fā)射器很近的地方測(cè)量到的傳輸速率)的提升效果還要好,獨(dú)立的測(cè)試顯示一個(gè)設(shè)計(jì)良好的WLAN MIMO系統(tǒng)可以將有效涵蓋范圍提升八倍,同時(shí)也能將有效傳輸速率提升六倍。


  MIMO并非一般的智能型天線系統(tǒng)
  其它一些多天線傳送及接收技術(shù)常常會(huì)和MIMO技術(shù)相混淆,這些技術(shù)包括發(fā)射波束成形(transmitter beam-forming)和接收多樣性(receiver diversity)。這類技術(shù)雖然可以改善一般傳統(tǒng)一次元信號(hào)的覆蓋范圍,也很適合戶外點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連結(jié)(wireless backhaul)等特定應(yīng)用,但它們還是無法達(dá)到真正MIMO系統(tǒng)讓傳輸容量倍增的效果。
  波束成形雖然能為某些應(yīng)用提供更廣的傳送范圍,但它的一些嚴(yán)重的負(fù)面因素卻不能被忽視,例如會(huì)造成一些隱蔽節(jié)點(diǎn)、可以支持的終端設(shè)備數(shù)目會(huì)減少,以及在高電力消耗的限制下對(duì)射頻傳送器的數(shù)目造成限制。
  再來看看接收多樣性(antenna diversity)方案,為了接收最強(qiáng)的信號(hào)和改善可靠性,多樣性天線在數(shù)個(gè)天線間切換選擇,但由于沒有額外的信號(hào)處理,信號(hào)的品質(zhì)并沒有改變。接收匯整技術(shù)的情況也很相似,它雖然能通過多個(gè)天線來進(jìn)行信號(hào)處理,但因信號(hào)衰減和多徑反射的影響,這項(xiàng)技術(shù)也不能增加數(shù)據(jù)傳輸速率或傳輸容量。
  其它會(huì)和MIMO混淆的技術(shù)還包括數(shù)據(jù)壓縮(data compression)和射頻信道匯整(radio channel combining)。在多數(shù)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用上,數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)實(shí)際上并沒有增加資料的傳輸速率;信道匯整技術(shù)則在許多國家(如日本)遭遇到頻段未開放而不能合法使用的問題。信道匯整技術(shù)的另一個(gè)問題是它可能會(huì)干擾到在同一網(wǎng)絡(luò)中的其它網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,這種會(huì)對(duì)鄰近無線網(wǎng)絡(luò)造成負(fù)面沖擊的情況,讓信道匯整常被視為是一種“壞鄰居”的技術(shù)。
  與信道匯整技術(shù)不同的是,MIMO不需要增加射頻信道的使用數(shù)目就能達(dá)到更高的數(shù)據(jù)傳輸速率;不僅如此,MIMO具有與其它設(shè)備的向下兼容性和互通操作性,而且不會(huì)對(duì)其他的網(wǎng)絡(luò)造成干擾。
 
  MIMO讓信道的傳輸容量倍增并改善頻譜使用效益



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