MIMO的優點是可以增加無線範圍，提高性能。連接到舊的802.11g接入點的802.110n站點可以以更高的速度連接到更遠的距離。例如，如果您使用舊站點，從25英尺的距離連接到接入點的速度是1 Mbps；但使用802.11n MIMO時，站點速度為2Mbps。增加到2Mbps的範圍，允許用戶在更遠的距離保持連接。
當無線電發出的信號被反射時，會產生多個信號。每個信號都是壹個空間流。使用SISO的當前或舊系統壹次只能發送或接收壹個空間流。MIMO允許多個天線同時發送和接收多個空間流。它允許天線同時發射和接收。
舊接入點到舊客戶端-僅發送和接收壹個空間流。
MIMO接入點到MIMO客戶端-同時發送和接收多個空間流。
可以看出，此時的信道容量隨著天線數量的增加而線性增加。也就是說，利用MIMO信道可以指數級提高無線信道的容量，在不增加帶寬和天線發射功率的情況下，可以指數級提高頻譜利用率。
使用MIMO技術可以提高信道的容量，提高信道的可靠性，降低誤碼率。前者是MIMO信道提供的空間復用增益，後者是MIMO信道提供的空間分集增益。實現空間復用增益的算法主要有貝爾實驗室BLAST算法、ZF算法、MMSE算法和ML算法。ML算法具有良好的譯碼性能，但其復雜度相對較大，不能滿足對實時性要求較高的無線通信的要求。ZF算法簡單易行，但要求信噪比高。BLAST算法具有最好的性能和復雜度。該算法實際上是利用ZF算法和幹擾刪除技術得到的。目前，MIMO技術領域的另壹個研究熱點是空時編碼。常見的空時碼包括空時分組碼和空時網格碼。空時編碼的主要思想是利用空時編碼實現壹定的空間分集和時間分集，從而降低信道誤碼率。
通常，多徑會引起衰落，因此被視為有害因素。然而，研究結果表明，多徑可以作為MIMO系統的有利因素。MIMO系統在發射端和接收端都采用多天線(或陣列天線)和多信道，MIMO針對的是多徑無線信道。傳輸信息流s(k)被空時編碼以形成n個信息子流ci(k)，I=1，...這n個子流由n個天線發射，並在通過空間信道後由m個接收天線接收。多天線接收機可以通過使用先進的空時編碼處理來分離和解碼這些數據子流，從而實現最佳處理。
特別是這n個子流同時發送到信道，每個發送的信號占用相同的頻帶，所以帶寬沒有增加。如果發射和接收天線之間的信道響應是獨立的，則MIMO系統可以創建多個並行的空間信道。通過這些並行的空間信道獨立地傳輸信息，數據速率當然可以提高。
MIMO從整體上優化多徑無線信道、發射和接收，從而實現高通信容量和頻譜利用率。這是壹種接近最優的時空聯合分集和幹擾消除處理。
系統容量是通信系統最重要的標誌之壹，它表示通信系統的最大傳輸速率。對於具有N個發射天線和M個接收天線的MIMO系統，假設信道是獨立的瑞利衰落信道，並且N和M都很大，則信道容量C約為:C=[min(M，N)]Blog2(ρ/2)。
其中b是信號帶寬，ρ是接收端的平均信噪比，min(M，N)是M和N中較小的壹個..上述公式表明，當功率和帶寬壹定時，MIMO系統的最大容量或容量上限隨著最小天線數的增加而線性增加。在相同條件下，接收端或發射端具有多個天線或天線陣列的普通智能天線系統的容量只隨天線數量的對數而增加。相對而言，MIMO對於提高無線通信系統的容量具有巨大的潛力。【編輯本段】2。MIMO發展的歷史。20世紀60年代，全世界的無線通信領域都在研究多天線系統，希望實現可以指向接收機的波束形成技術，也就是所謂的智能天線——壹種可以讓波束智能跟蹤接收機(也就是手機)的技術，就像壹個人帶著天線四處移動壹樣，就像手電筒發出的波束可以在黑暗中跟蹤壹個人的移動壹樣。智能天線通過對其指向方向(即目標接收機)的相長幹涉和同時對除目標接收機指向方向之外的其他方向的相消幹涉來增加信號增益，從而實現智能天線的優點，並且波束以發射單元中多個天線之間的窄天線間距來實現。壹般以發射信號波長的壹半作為物理天線間距，以滿足空間采樣定理，避免柵瓣，即空間混疊。
波束形成技術的缺點是，在城市環境中，信號容易向建築物或行駛的車輛發散，從而模糊了其波束的聚焦特性(即相長幹涉)，損失了大部分信號增益，降低了幹擾。但是隨著1990年代後期空間分集和空間復用技術的發展，這種劣勢突然變成了優勢。這些方法利用多徑傳播現象來增加數據吞吐量、傳輸距離或降低誤碼率。當選擇物理天線間距時，這些類型的系統通常以大於發射信號波長的距離實現，以確保MIMO信道之間的低相關性和高分集階數。[1][2][編輯此段]3。MIMO技術MIMO技術大致可以分為兩類:發射/接收分集和空間復用。傳統的多天線用於增加分集和克服信道衰落。具有相同信息的信號通過不同的路徑發送出去，在接收端可以獲得數據符號的多個獨立衰落副本，從而獲得更高的接收可靠性。例如，在慢瑞利衰落信道中，1個發射天線和n個接收天線用於通過n條不同的路徑發射信號。如果天線間的衰落是獨立的，則最大分集增益可得為n，平均錯誤概率可降為，單天線衰落信道的平均錯誤概率為0。對於發射分集技術，多路徑的增益也被用來提高系統的可靠性。在具有m個發射天線和n個接收天線的系統中，如果天線對之間的路徑增益是獨立且均勻分布的瑞利衰落，則最大分集增益可以是mn。智能天線技術還通過不同的發射天線發送相同的數據，形成針對部分用戶的賦形波束，從而有效提高天線增益，降低用戶間的幹擾。廣義來說，智能天線技術也可以看作是壹種天線分集技術。
分集技術主要用於對抗信道衰落。相反，MIMO信道中的衰落特性可以提供額外的信息來增加通信的自由度。本質上，如果每對發射和接收天線之間的衰落是獨立的，則可以產生多個並行子信道。如果在這些並行的子信道上傳輸不同的信息流，則可以提供傳輸數據速率，這被稱為空間復用。需要特別指出的是，在高信噪比的情況下，傳輸速率是自由受限的。此時M個發射天線有N個接收天線，天線對獨立均勻分布瑞利衰落。
根據子數據流與子天線的對應關系，空間復用系統大致可以分為三種模式::D-BLAST、V-BLAST和T-BLAST。
D-BLAST是由貝爾實驗室的傑勒德·j·福西尼首先提出的。原始數據被分成幾個子流，每個子流被單獨編碼，但是子流不共享信息比特。每個子流對應於壹個天線，但是這種對應周期性地變化。如圖1.b所示，它的每壹層在時間和空間上都是對角的，稱為D-D-BLAST(Diagonally- BLAST)。D-BLAST的優點是所有層的數據都可以通過不同的路徑發送到接收端，提高了鏈路的可靠性。其主要缺點是由於符號在空間和時間上是對角的，浪費了壹些空時單位或者增加了傳輸數據的冗余度。如圖1.b，數據傳輸之初，部分時空單元沒有用符號填充(對應圖右下角空白部分)。為了保證D-BLAST的時空結構，在數據傳輸的最後必須浪費壹些時空單元。如果采用突發模式的數字通信，並且突發的長度大於m(發射天線數)個傳輸時間間隔，則突發的長度越小，浪費越嚴重。它的數據檢測需要逐層進行，如圖1.b:先檢測c0、c1和c2，再檢測a0、a1和a2，再檢測b0、b1和b2……...
貝爾實驗室還首次提出了另壹種簡化的爆炸結構。它采用了天線與層的直接對應關系，即將編碼後的第k個子流直接發送到第k個天線，而不需要周期性改變數據流與天線的對應關系。如圖1.c所示，其數據流是壹個在時間和空間上連續的垂直列向量，稱為V-BLAST(Vertical-BLAST)。由於V-BLAST的數據子流和天線之間只有簡單的對應關系，所以在檢測過程中，只要知道是來自哪壹層天線的數據，就可以判斷出是哪壹層的數據，檢測過程簡單。
(圖1)
考慮到D-BLAST和V-BALST模式的優缺點，提出了壹種不同於D-DBLAST和V-BLAST的空時編碼結構:T-BLAST。等等。分別提到了這個結構。它的層在空間和時間上是串連的，如圖2所示。原始數據流解復用成若幹子流後，每個子流由相應的天線發射，這種對應關系是周期性變化的。與D-BLAST系統不同的是，在傳輸的初始階段，不是只有壹個天線發射，而是所有天線都發射，這樣其時空分布從單個傳輸時間間隔看起來就像V-BALST，只不過子流與天線的對應關系在不同的時間間隔內是周期性變化的。更常見的T-BLAST結構是這種對應關系不是周期性變化的，而是隨機變化的。這樣，T-BLAST不僅能使所有子流都享受到空間信道，而且沒有空時單位的浪費，可以被V-BLAST檢測算法檢測到。
【編輯本段】4。MIMO的研究現狀關於MIMO系統的理論和性能研究已經有了大量的文獻，涉及的內容非常廣泛。然而，由於無線移動通信的MIMO信道是壹個時變、非平穩的MIMO系統，因此還有很多問題需要研究。例如，大多數文獻假設信道是分段常數衰落信道。這對於寬帶信號4G系統和室外快速移動系統是不夠的，必須使用復雜的模型進行研究。這方面已經有很多工作，即信道是頻率選擇性衰落，移動臺移動快。此外，在基礎文獻中，假設接收機準確地知道多徑信道參數，因此需要發送訓練序列來訓練接收機。但是，如果移動臺移動過快，訓練時間過短，那麽快速信道估計或盲處理就成為壹個重要的研究內容。
此外，該實驗系統是MIMO技術研究的重要壹步。實際系統研究中的壹個重要問題是在移動終端中實現多天線多信道接收，學者們正在這方面做出巨大的努力。因為移動終端設備要求體積小、重量輕、功耗低，所以還有很多工作要做。目前各大公司都在開發實驗系統。
貝爾實驗室的BLAST系統[4]是最早的MIMO實驗系統。系統工作頻率為1.9GHz，發射8天線，接收12天線，采用D-BLAST算法。頻譜利用率達到25.9bits/(Hz？6?1s).但該系統只研究了窄帶信號和室內環境，在3G和4G應用上還有很長的路要走。在發射機和接收機處設置多個天線可以提供空間分集效果，並克服無線電波衰落的不利影響。這是因為適當布置的多個天線提供了多個空間信道，並且所有這些天線不會同時衰落。在上述具體的實驗系統中，每個基站配備兩個發射天線和三個接收天線，每個用戶終端配備1個發射天線和三個接收天線，即下行路徑配備2×3個天線，上行路徑配備1×3個天線。這樣與SISO相比，傳輸效益為10 ~ 20 dB，系統容量相應增加。而且基站的兩個發射天線可以在需要的時候用來發射不同的數據信號，用戶發射的數據速率可以翻倍。
朗訊科技貝爾實驗室的分層空時(BLAST)技術是移動通信領域領先的MIMO應用技術，也是其智能天線的進壹步發展。BLAST技術，就其原理而言，就是利用每對發射和接收天線上信號的獨特“空間識別”，在接收端“恢復”信號。BLAST技術像在原頻段建立多個互不幹擾、並行的子信道，同時利用先進的多用戶檢測技術準確高效地傳輸用戶數據，將大大提高前向和反向鏈路容量。BLAST技術證明，在天線的發射端和接收端使用多天線陣列，可以充分利用多徑傳播，達到“變廢為寶”的效果，提高系統容量。理論研究證明，利用BLAST技術，系統的頻譜效率可以隨天線數線性增加，也就是說，只要允許天線數增加，系統容量就可以不斷提高。這也充分證明了BLAST技術的巨大潛力。鑒於其在無線通信理論方面的突出貢獻，BLAST technology獲得了2002年的ThomasEdison發明獎。
5438年6月+2002年10月，世界上第壹個BLAST芯片出現在朗訊的貝爾實驗室。貝爾實驗室的設計團隊宣布推出業界首款結合貝爾實驗室分層空間時間(BLAST) MIMO技術的芯片。該芯片支持最大4×4的天線布局，可處理的最高數據速率達到19.2Mbps，該技術用於移動通信，BLAST芯片使終端在3G移動網絡中能夠接收19.2 Mbps的數據。現在，朗訊科技已經開始將這款BLAST芯片應用到旗下Flexent OneBTS系列基站中，並計劃授權終端廠商使用這款BLAST芯片，提高無線3G數據終端支持高速數據接入的能力。
2003年8月，AirgoNetworks推出了AGN100Wi-Fi芯片組，並聲稱這是全球第壹款集成MIMO技術的大眾市場產品。AGN100使用該公司的多天線發射和接收技術，將當前的Wi-Fi速率提高到每通道108Mbps，同時保持與所有常用Wi-Fi標準的兼容性。該產品集成了兩個芯片，包括壹個基帶/MAC芯片(AGN100BB)和壹個射頻芯片(AGN100RF)，並采用可擴展的結構，因此制造商可以只使用壹個射頻芯片來實現單天線系統，或者添加其他射頻芯片來提高性能。該芯片支持所有802.11 a、B、G模式，包括IEEE 802.11工作組推出的最新標準(包括TGi安全和TGe優質服務功能)。
Airgo的芯片組兼容當前的Wi-Fi標準，支持802.11a、“b”和“G”模式，並使用三個5-GHz和三個2.4 GHz天線。使用Airgo芯片組的無線設備可以與以前的802.11設備通信，即使在。【編輯本段】5。MIMO的應用為了提高系統容量，下壹代無線寬帶移動通信系統將采用MIMO技術，即在基站放置多根天線，在移動臺放置多根天線，在基站和移動臺之間形成MIMO通信鏈路。采用MIMO技術的無線寬帶移動通信系統，從基站多天線放置的方法上可以分為兩類:壹類是多個基站天線集中排列形成壹個天線陣列，可稱為集中式MIMO；另壹種是基站的多根天線分散在覆蓋小區內，可以稱為分布式MIMO。
MIMO技術可以簡單直接地應用於傳統的蜂窩移動通信系統，用多天線組成的天線陣列代替基站的單個天線。基站通過天線陣列與小區中具有多個天線的移動臺進行MIMO通信。從系統結構的角度來看，這種MIMO系統與傳統的SISO蜂窩通信系統沒有根本的區別。
傳統的分布式天線系統可以克服大範圍衰落和陰影衰落帶來的信道路徑損耗，在小區內形成良好的系統覆蓋，解決小區內的通信死角，提高通信服務質量。最近，在對MIMO技術的研究中，發現傳統的分布式天線系統與MIMO技術的結合可以提高系統容量，而這種新的分布式MIMO系統結構——分布式無線通信系統(DWCS)[8]已經成為MIMO技術的重要研究熱點。
在采用分布式MIMO的DWCS系統中，分散在小區中的多個天線通過光纖與基站處理器相連。具有多個天線的移動站與附近的基站天線通信，並與基站建立MIMO通信鏈路。這種系統結構不僅具有傳統分布式天線系統的優點，降低了路徑損耗，克服了陰影效應，而且通過MIMO技術顯著提高了信道容量。與集中式MIMO相比，DWCS的基站天線間距較遠，不同天線與移動臺之間的信道衰落可以視為完全無關，信道容量更大。壹般來說，分布式MIMO系統具有更大的信道容量、更低的系統功耗、更好的系統覆蓋以及更好的可擴展性和靈活性。
分布式MIMO的DWCS系統也帶來了壹些新的問題。移動臺與小區內相鄰天線之間建立的MIMO鏈路，由於基站內不同天線的位置不同，它們與移動臺的距離也不同，使得基站多根天線的信號到達移動臺時有不同的延遲，從而帶來新的研究問題。目前這方面的研究更多的是容量分析。此外，研究內容還包括:特定同步技術、信道估計、天線選擇、傳輸方案、信號檢測技術等。這些問題需要進壹步研究。
MIMO技術已經成為無線通信領域的關鍵技術之壹。隨著近年來的不斷發展，MIMO技術將越來越多的應用到各種無線通信系統中。在無線寬帶移動通信系統中，第三代移動通信合作項目(3GPP)已經在標準中加入了MIMO技術，MIMO技術也將應用於B3G和4G系統中。在無線寬帶接入系統中，正在制定的802.16e、802.11n、802.20等標準也采用了MIMO技術。在其他無線通信系統的研究中，如超寬帶(UWB)系統和認知無線電系統(CR ),正在考慮MIMO技術。
隨著使用天線數量的增加，MIMO技術的復雜度大大增加，限制了使用天線的數量，無法充分發揮MIMO技術的優勢。目前，如何在保證壹定系統性能的基礎上，降低MIMO技術的算法復雜度和實現復雜度，已經成為業界面臨的巨大挑戰。