無線網(wǎng)絡(luò)最新技術(shù)：多重輸入多重輸出

由于多重輸入多重輸出(multiple-input, multiple-output；MIMO)的技術(shù)提供了一個擴(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，有些MIMO技術(shù)能與現(xiàn)時的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，但整個系統(tǒng)通常是無線系統(tǒng)，例如多重天線系統(tǒng)、3G行動電話系統(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，把多個使用者所傳來的資料以相同的頻率/時間通道傳輸。
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)表研究報告。值得注意的是，Jack Winters將Salz于1985的報告加以擴(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無線傳輸多個資料流。
為了滿足強(qiáng)烈的市場需求，現(xiàn)今許多WLAN、Wi-Max與行動通訊公司均已提供(或計劃提供)以MIMO技術(shù)為基礎(chǔ)的解決方案。MIMO具有多項功能，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)計工程師會否應(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：