爲什麼MIMO（multiple-input and multiple-output）在現代無線通信裏佔據如此重要的地位呢。這還得從古老的香農定理來分析一下，根據我們大學裏學的香農定理，某數字頻帶所能達到的最大傳輸率是有頻寬(W)和信噪比(SNR)決定的。 所以寬頻帶比如像UWB，11ad等通信都有很高的傳輸數率， 再反過來舉個例子，如果傳輸數率可以降的極低，則要求的信噪比也越低，這類通信用在宇宙航天上較多。
MIMO技術是運用相同的頻率，通過複數個收發段來提高數率。這如果改一下香農基本公式的話， 就變成了C[bit/s]=N*W*log2(1+SNR), MIMO的引入，相當於空間維度上使數據傳輸率提高了N倍。比較理想的情況下，只要接收端的各鏈路有一定的隔離性，N組接收發可使數率提高N倍，效果和通過頻帶擴充N倍是一樣的。 在頻率資源這麼緊張寶貴的現代通信中，MIMO技術就逐漸投入應用了。當然MIMO的革新也是有一定限制的。不管是我們引入多少路鏈路，一般我們對功耗的追求是不會妥協的。也就是如果輸出功率的和於單路輸出功率假設一樣的話，MIMO的時候，其實就變成了更短距離的通信。（假設SNR不變。）
WLAN的MIMO技術，其實感覺比LTE是晚一個節拍的。它從802.11n開始引入了單用戶MIMO。 後來發展到11ac的多用戶MIMO。下面分別就這2個方面簡單做一下介紹。
一、802.11 MIMO
802.11 MIMO家族裏，具體來說，又有很多不同的多徑傳輸技術。 Cyclic Shift Diversity (CSD, CDD), Transmit Beamforming (TxBF), Space Time Coding (STBC), Spartial Division Multiplexing (SDM), Maxmal Ration Combining (MRC)等。還有一種是天線的分集，這個在11b，11ag裏就開始運用了，因爲和芯片設計無多大關係，此文不作介紹。
從802.11ag開始支持CDD其，802.11n除了CDD，還支持SDM，STBC和TxBF(可選)，再到802.11ac的後期階段，各大Wifi芯片廠商開始支持多用戶的MIMO芯片。 11b因爲只有一條傳輸鏈路當然也無法支持MIMO了。
下面我們簡單介紹一下各項技術：
1、 先來談一下CDD。
CDD就是發送端通過在各發送天線加上一定的coded的延遲再發送，人工的產生多徑傳輸效應。所以CDD信號是各自關聯的，也就是分析功率的時候，要考慮這個鏈路Array增益的。
2、TxBF和CDD一樣，也是傳輸段的技術。
他應用權重（weight）到傳輸的信號上，提高接收質量，這個權重值是從Channel state Info（CSI）上提取的，所以也稱爲一個“steering”的過程。802.11n標準裏面沒有定義具體steer matrix的方法，導致了各大芯片商各顯神通創出了很多方法。仔細研究11n標準的同學們可能發現，裏面定義了兩種標準，implicit TxBF和explicit TxBF。 而在802.11ac標準裏，TxBF標準得到全面更新，明確定義了一種反饋矩陣(v)保留了explicit TxBF。那麼兩者有什麼區別呢，一句話簡單的說就是看信道是由接收端還是發送端來評估的。接收端評估的就是Explicit TxBF反之就是Implicit TxBF。 TxBF也是信號關聯的，所以它的鏈路array增益不能忘記。
3、而STBC，是指完全不相關的信號同時被髮送。
這在有些情況下是可能的，比如天線的數目超過了數據鏈路的數目。它要求每個鏈路接收的時候保證偶數個天線。比如下圖是2個發送天線對應1個接收。
4、MRC和前面幾種技術不同， 它是應用在接收端的技術。
通過組合多路徑的信號來提高信噪比。它可以與發送端的一些分集技術組合使用。
二、接下來我們談一下802.11ac 第二階段的MU-MIMO技術。
這裏說的MU-MIMO是指Access point的downlink 鏈路支持多用戶。到目前爲止，802.11只支持下鏈路的多用戶MIMO。 也就是說每個用戶的最大通信速度沒有增加，但是同一個Access point同時可傳輸的用戶數增加了。極大的提高的各用戶的通信體驗。
1、和前面所談的單用戶MIMO相比，MU最大的優點點就是不再需要時間上分割共享了，每一個用戶都可以真正的體驗到full time的傳輸效果。在前期的測試驗證中，一些芯片廠商已經驗證MU-MIMO的每個用戶的吞吐速率比SU-MIMO要快2～3倍。
2、第二個優點是傳輸數據的容量和Access point的天線數目成正比，不再要求STA用多個天線匹配。 還有就是MU有更小的延時。MU-MIMO裏充分利用了Beamforming技術。它利用了前面介紹的Explicit TxBF技術。AP利用發給某個用戶的幀來計算各個用戶的信號強度，然後改變矩陣的傳遞函數，是對象用戶的接受功率最大，其他用戶的功率降之Null程度。
3、MU-MIMO也是有一些限制的:
1） 最多同時連接四個用戶 (station) 也就是意味着MU frame裏最多包含4個不同的用戶信息包;
2） 每個用戶最多有四個鏈路;
3） MU-MIMO總共最多八個鏈路.
據筆者所知，2016年開始今後的1-2年，部分高端智能機，將逐步支持多用戶MIMO。前面已談到這裏的多用戶都是指downlink， 所以智能機上的MU-MIMO會提高其作爲AP的時候的通信速度。
原文轉載自微信號：融創芯城
文章作者：Will Hu
原文鏈接：【原創】WLAN中的MIMO技術