探究300M的秘密 无线网络MIMO技术浅谈

　　随着笔记本的不断发展，英特尔第四代迅驰平台的发布，无线网络模块已经成为了平台标准，人们对于WLAN性能和速度方面有了更高的要求。而今年802.11n协议也将转正，各大厂商都加快了步伐，新品上市的速度和力度也都加强了很多。这些无线高速路由器之所以能提供如此之高的速率，关键就是其应用了无线局域网当中的MIMO（多进多出）技术。而究竟什么是MIMO技术呢，对于很多消费者来说好像还只是一种虚无漂亮的“概念”，那我们就来探究一下什么是MIMO，它与300Mbps无线产品有什么样的关系呢？

　　MIMO技术概述

　　MIMO技术是目前最常见的无线技术之一，同时也是802.11N产品标志性的技术之一。在无线通信领域中，MIMO技术中的智能天线技术是具有重要意义的一件事，该技术能在不增加带宽的情况下成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率。

MIMO技术示意图

　　MIMO技术的本质是多进多出的多天线技术，就是无线信号通过多个天线进行同步收发的技术。所以，一个无线通信系统只要其发射端和接收端同时都采用了多个天线（或者天线阵列），就构成了一个无线MIMO系统。区别于以往典型的无线设备使用一个天线发送、一个天线接收的SISO系统。MIMO技术采用空间复用技术对无线信号进行处理——数据通过多重切割之后转换成多个平行的数据子流，数据子流经过多副天线同步传输，在空中产生独立的并行信道传送这些信号流；为了避免被切割的信号不一致，在接收端也采用多个天线同时接收，根据时间差的因素将分开的各信号重新组合，还原出原本的数据。

　　MIMO技术的主要优势体现在以下几个方面:

　　更高的数据吞吐量

　　802.11b工作在2.4GHz，采用CCK调制技术提供最高可达11Mbps的数据传输速率。802.11a运行在5GHz的UNII频段上，采用OFDM技术，其速率最高可达54Mbps，但由于成本问题制约了其发展，因此其并没有得到广泛的推广。802.11g兼容802.11b工作在2.4GHz，但采用OFDM技术使其最高数据速率可达54Mbps。而MIMO技术在同一个频带上利用多个天线创造多个并行的空间信道，通过多个而且相对独立的数据子信道来发送信息。当系统容量表示通信系统的最大传输率，那么根据MIMO系统容量的公式：C=[min(M, N)]Blog2(ρ/2)

　　（其中B为信号的频带宽度，ρ为接收端的平均信噪比，min（M，N）为天线的最小数目）

　　在发射功率和带宽固定时，系统的容量随最小天线数的增加而线性增加。所以，MIMO技术增加了系统的容量，必然也提高了数据传输速率。使用了MIMO技术的无线局域网的传输速率可增至108Mbps以上，最高可达320Mbps。

　　更优的频谱利用率

　　要改善无线局域网性能的一种选择是利用更多的频带宽度，如Super G技术使用专有的信道捆绑技术。IEEE802.11规范了从2.4GHz到2.4835GHz之间的83.5MHz的空间，并且将这段频谱空间分隔成11或13个频道，每个频道占用20MHz频带。在802.11b和g标准中，无线设备只能使用其中的一个频道来传输数据。Super G技术将两个频道捆绑起来，绑定后的双频传输相当于在一个单独的信道里接收和发送，所以最高的传输速率达到108Mbps。

　　但是这不是一个好的长期选择，因为数据负载和信道占用比率随着时间的增加而增长，从而造成Super G的频谱利用率较低，而且容易造成干扰。而MIMO技术通过增大天线的数量来传输信息子流，多个数据子流同时发送到信道上，各发射信号占用同一频带，从而在不增加频带宽度的情况下增加频谱利用率。采用MIMO技术的无线局域网频谱利用率可以达到20－40bps/Hz，非常适合室内环境下的无线局域网系统的应用。

　　更广的信号覆盖范围

　　MIMO技术能将遇到反射体后产生的发射波、折射波或散射波来组合信号，扩大了单一流量的传输距离和天线的接受范围。无线信号扩展到原本单一发射端的直接信号无法覆盖的范围，特别是覆盖到室内容易出现信号盲点的死角，真正让你无“盲区”之忧。随着家庭多媒体娱乐设备和Skype电话的推出，将信号覆盖到特定的位置更成为了迫切的需要，基于MIMO技术的无线局域网成为最理想的选择。

　　更强的抗衰落能力

　　多径衰落是影响通信质量的主要因素，也是通信中无法避免的问题。发射的无线信号在传播的过程中，遇到各种反射体引起反射、散射、穿透或者吸收，经过不同路径到达接收端的无线信号由于时延各不相同，经过矢量合成以后就在接收端形成瞬时值的迅速、大幅变化，这种变化就是由多径（空间）引起的快衰落。以往的技术都是采用分离信号的方法把干扰信号从最强的有用信号中分离来缓解多径传播的干扰。

　　MIMO技术不但没有设法消除多径信号，而是充分利用空间传播中的多径矢量，将信道与发射、接收视为一个整体进行优化——即当两处信号在被认为完全不相关的情况下实现多径信号的空间分集接收。如果按SISO系统的单个天线发送、单个天线接收，则单一的接收天线可能会对某个特定传播路径的信号重新组合后出现严重的失真，甚至由于信号相位相反而互相抵消。

　　但是MIMO系统采用多发送天线、多接收天线，那么不同的空间位置上的衰落特性不同，即便单个天线出现SISO系统信号多径衰落的问题，但是可以从其他的天线抽取出相同子信道的信号在不同传播路径下合成的信号，分析比较选取最优的信号作为这个子信道的接收信号，从而有效地利用随机的信道衰落和多径传播来提高传输速率。虽然说MIMO技术可以抵抗多径衰落的影响，但对于频率选择性引起的深衰落，只能通过结合OFDM技术将其转换为子载波上的平坦衰落，进一步减小多径衰落的影响。

　　MIMO技术的前景

　　MIMO技术兼容802.11的无线标准，在单一频道中具有更高的数据传输速率，在提高信道容量的同时提高了频谱的利用率。而且具有很好的抵抗信道衰落和干扰的能力，提高了信道的可靠性、降低了误码率，同时也拓展了信号的范围。所以MIMO技术将是无线通信领域最具潜力的一种技术，也是用户构建无线网络的主流选择。