多輸入多輸出(MIMO，Multiple Input Multiple Output)天線是一種能夠有效提高衰落信道容量的新技術。它在發送方和接收方都有多副天線，因此可以看成是雙天線分集的擴展。不同之處在于MIMO有效使用了編碼重用(CR)技術，可用相同的信道編碼和擾碼調制多個不同的數據流。MIMO技術是無線通信領域智能天線技術的重大突破。該技術能在不增加帶寬的情況下成倍地提高通信系統的容量和頻譜利用率。普遍認為，MIMO將是新一代無線通信系統必須采用的關鍵技術。
在室內，電磁環境較為復雜，多徑效應、頻率選擇性衰落和其他干擾源的存在使實現無線信道的高速數據傳輸比有線信道困難。通常多徑效應會引起衰落，被視為有害因素。然而研究結果表明，對于MIMO系統來說，多徑效應可以作為一個有利因素加以利用。MIMO系統在發射端和接收端均采用多天線(或陣列天線)和多信道。MIMO的多輸入多輸出是針對多徑無線信道來說的。圖1所示為MIMO系統的原理圖。傳輸信息流S(k)經過空時編碼形成N個信息子流Ci(k)，i = 1……N。這N個子流由N個天線發射出去，經空間信道后由M個接收天線接收。多天線接收機利用先進的空時編碼處理能夠分開并解碼這些數據子流，從而實現最佳的處理。
圖1：MIMO系統原理
這N個信息子流同時發送到信道，各發射信號占用同一頻帶，因而并不增加帶寬。若各發射接收天線間的通道響應獨立，則MIMO系統可以創造多個并行空間信道。通過這些并行空間信道獨立地傳輸信息，使得數據傳輸率得以提高。
MIMO將多徑無線信道與發射、接收視為一個整體進行優化，從而實現高的通信容量和頻譜利用率。這是一種近于最優的空域時域聯合的分集和干擾對消處理。
系統容量是表征通信系統的重要標志之一，表示了通信系統最大傳輸率。對于發射天線數為N，接收天線數為M的MIMO系統，假定信道為獨立的瑞利衰落信道，N、M很大，則信道容量C近似為下式：
C=[min(M, N)]Blog2(ρ/2)
其中B為信號帶寬，ρ為接收端平均信噪比，min(M, N)為M，N的較小者。該式表明，功率和帶寬固定時，MIMO的最大容量或容量上限隨最小天線數的增加而線性增加。而在同樣條件下，在接收端或發射端采用多天線或天線陣列的普通智能天線系統，其容量僅隨天線數的對數增加而增加。因此，MIMO技術對于提高無線局域網的容量具有極大的潛力。
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