由于多重輸入多重輸出(multiple-input,multiple-output;MIMO)的技術(shù)提供了一個(gè)擴(kuò)展無線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(WLAN)范圍的極佳方式,因而最近成為了焦點(diǎn)。MIMO技術(shù)始于1985年,但直到現(xiàn)在才應(yīng)用于晶片層級(jí)的裝置,以大幅改善傳輸范圍與容量。由于MIMO并不是單一概念,而是由多種無線射頻技術(shù)所組成,因此我們必須充份了解MIMO的運(yùn)作和效能。當(dāng)應(yīng)用于WLAN時(shí),有些MIMO技術(shù)能與現(xiàn)時(shí)的WLAN標(biāo)準(zhǔn)(如802.11a、802.11b與802.11g)相容,因而能擴(kuò)充其傳輸范圍;相
由于多重輸入多重輸出(multiple-input, multiple-output;MIMO)的技術(shù)提供了一個(gè)擴(kuò)展無線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(WLAN)范圍的極佳方式,因而最近成為了焦點(diǎn)。MIMO技術(shù)始于1985年,但直到現(xiàn)在才應(yīng)用于晶片層級(jí)的裝置,以大幅改善傳輸范圍與容量。
由于MIMO并不是單一概念,而是由
多種無線射頻技術(shù)所組成,因此我們必須充份了解MIMO的運(yùn)作和效能。當(dāng)應(yīng)用于WLAN時(shí),有些MIMO技術(shù)能與現(xiàn)時(shí)的WLAN標(biāo)準(zhǔn)(如802.
11a、802.11b與802.11g)相容,因而能擴(kuò)充其傳輸范圍;相反,有些MIMO技術(shù)則只能用于與一般WLAN標(biāo)準(zhǔn)不相容的MIMO裝置。
“MIMO”一詞泛指任何在傳送器部分具有多重輸入,與在
接收器部分具多重輸出的系統(tǒng),(圖1)闡述了其基本概念。根據(jù)MIMO改良者Jack Salz在1965年觀察發(fā)現(xiàn),雖然MIMO系統(tǒng)可能包含有線連結(jié)的裝置,但整個(gè)系統(tǒng)通常是無線系統(tǒng),例如多重
天線系統(tǒng)、3G行動(dòng)電話系統(tǒng)(無線系統(tǒng))中所使用的Code Division Multiple Access(CDMA)系統(tǒng),甚至是使用多條電話線產(chǎn)生串音(crosstalk)的DSL系統(tǒng)(有線系統(tǒng))。
本文將先介紹MIMO的歷史背景和運(yùn)作,并討論MIMO能將WLAN傳輸范圍擴(kuò)充的程度。
MIMO 20年的開發(fā)進(jìn)程
MIMO在無線通訊的起源可追溯至1984年,當(dāng)時(shí)任職于Bell Laboratories的Jack Winters有了突破性的開發(fā)進(jìn)展。這位MIMO的先驅(qū)道出了利用傳送器與接收器的多重天線,把多個(gè)使用者所傳來的資料以相同的頻率/時(shí)間通道傳輸。
在1985年,Bell Laboratories的Jack Salz發(fā)表了一篇關(guān)于MIMO在有線通訊應(yīng)用的研究報(bào)告,之后便有多位學(xué)者與相關(guān)研究人員投入MIMO的領(lǐng)域并發(fā)表研究報(bào)告。值得注意的是,Jack Winters將Salz于1985的報(bào)告加以擴(kuò)充,應(yīng)用至無線通訊領(lǐng)域,證明使用者可以透過傳輸器與接收器的多重天線來同時(shí)無線傳輸多個(gè)資料流。
為了滿足強(qiáng)烈的市場需求,現(xiàn)今許多WLAN、Wi-
Max與行動(dòng)通訊公司均已提供(或計(jì)劃提供)以MIMO技術(shù)為基礎(chǔ)的解決方案。MIMO具有多項(xiàng)功能,如傳輸波束成形(Transmit Beamforming)/最高比結(jié)合(Maximal Ratio Combining;
MRC)、空間多工(spatial multiplexing)與時(shí)空編碼(space-time coding)。
無線市場的領(lǐng)導(dǎo)廠商如Intel、Cisco、Qualcomm、
Samsung、Mitsubishi、Panasonic、Philips、
Toshiba、Sony與Atheros共同合作,開發(fā)出多項(xiàng)可相互運(yùn)作且可擴(kuò)充的WLAN MIMO技術(shù)。這些領(lǐng)導(dǎo)廠商將共同努力為消費(fèi)者帶來廣為接受的標(biāo)準(zhǔn)解決方案。
MIMO技術(shù)優(yōu)勢
為何MIMO如此具有吸引力?透過增加傳輸器與接收器的天線數(shù)量,MIMO可以提升資料傳輸率,并提供更大的覆蓋率與傳輸范圍?墒,MIMO并不是那種一體適用(one-size-fits-all)的技術(shù)。MIMO能增加資料傳輸率,但也要視乎設(shè)計(jì)工程師會(huì)否應(yīng)用。如何選擇合適的MIMO工具,則要視操作環(huán)境與所采用的系統(tǒng)種類而定。
在過去20年來,許多MIMO的技術(shù)與應(yīng)用均相當(dāng)成功,其中包含:
·傳輸波束成形/最高比結(jié)合(Transmit beamforming/maximal ratio combining)
·空間多工(Spatial multiplexing)
·時(shí)空編碼(Space-time coding)
■傳輸效能加倍
傳輸波束成形(圖2)是一種傳輸器的技術(shù),在傳輸器與接收器之間,以
功率最強(qiáng)的路徑來傳輸資料(vanVeen88, Spencer04)。透過精密的運(yùn)算法,傳輸器可以驅(qū)動(dòng)多個(gè)天線,因而能把大部分的射頻功