这项技术让手机上网速度加倍 但一般厂商都不宣传 因为解释不清
随着LTE的普及,以及即将到来的5G技术的应用,现在手机上速度越来越快,已经不次于家里的宽带了。这多亏了手机中射频模组的整合和多天线技术的应用。

不过,目前很多的厂商很少宣传这方面的技术特点,原因有点复杂,一般的销售根本讲不清楚。本文简单分享下原理,仅供参考。
多天线技术之--多入多出系统(MIMO)的原理


夏农公式给出了单通道下:
高斯、带宽受限的通道传输资讯,速率上限是:
举个例子:

夏农公式给出了最大通道容量,除了增大通道带宽、提高信噪比以外,还有没有别
的办法?
答案是:在收发两端使用多对天线来收发资料。

如果用N根天线,并行传送资料,通道容量会扩大N倍

实际上受限于传送和接收装置的尺寸,两根天线不可能很远,也不可能完全隔离,
这时候就要定量的来分析各个引数对MIMO通道的影响。


考虑到空间通道的衰落和延时,通道增益hmn为复数
假定输入两个传送天线的基带讯号分别为S1和S2,从两个接收天线输出的基带讯号
分别为y1和y2,则由上图很容易得到输出讯号与输入讯号之间的关系:
Y=HS 目前没有加入高斯白噪声的影响。
在实际系统工作中,我们知道接受到的讯号,也知道通道矩阵,要求的是传送讯号
的值
多路MIMO的收发图示如下

Hmn表示第m个接收天线和第n个发射天线之间的增益
通道矩阵, 通道矩阵行数=接收天线个数,通道矩阵列数=发射天线个数

从前文可以看出, MIMO效能如何,主要是研究通道矩阵的特性。
先看一下最简单的双入双出系统,即MIMO2*2

MIMO通道矩阵4*4
再看一下四入四出系统,即MIMO4*4. 如下图所示:

要求S1234,就是要解线性方程,虽然系数是复数,但只要四组方程系数之间不相
关,就可以解出四个解,意味着MIMO通道同时可以跑四条资料流,通道容量是四
倍。
通道矩阵的秩
根据线性代数的知识,一个空间通道能够同时传送几条资料流,根本在于这个线性方程的系数矩阵是否满秩.

那么这个问题实际上就转换成了,我们如何设计天线让矩阵的秩最大?

让每个天线看到的通道引数不一样,除了天线间距,还可以增加极化,互相垂直方
式,等等。
假设总发送功率是P,每天线的噪声功率是s2,则该MIMO通道的容量为(如果发端不做功率分配):
这里I是单位矩阵、 (H)表示共轭转置、 H是MIMO系统通道矩阵, Mt表示发射天线
个数。 P是接收端收到资讯的平均信噪比

式中的P/Mt体现各个子通道均分功率, 已经证明,如果NM很大,当m=min(M, N)
时,容量会线性增长。 C≈min{M,N}log(P/2)
总而言之,一个多天线系统,表面上我们看见的是矩阵H。揭开它的面纱,我们发现
里面隐藏着R个独立的通道。
从这一点上看,手机的尺寸做大也是有好处的,这样天线之间可以离开一定的距离来保证MIMO需求的多径能够出现!