5G与MIMO天线关系深度解析
Lcom诺通2020-10-19 09:49
近期，iPhone12全系列配置了4x4 MIMO，但是由于美版和国行的外观区别，引发了热论。主要细节集中在手机侧面，美版增加了毫米波天线，由于两国之间对于5G不同的部署方式，导致了手机内置天线的区别。
2x2 MIMO和4x4 MIMO手机天线
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手机里的天线是保证信号强度的关键，例如各大厂商重点推进的4x4 MIMO，就是四个发射通道发送数据，然后使用四个接收通道接收并解析处理这些数据。
在传统的LTE网络里，基站采用的是2根天线，与传统的LTE手机共同构成了2X2 MIMO。而4根天线的基站，与4根天线的LTE手机相互配合，能够组成4X4 MIMO。
手机内置天线的提升，
也需要基站同步配套，
我们室外看到的MIMO天线同样重要。
全称是多输入多输出（Multi Input Multi Output）。通过使用多个天线，MIMO天线能够在相同无线电发射功率下实现高于单个天线的吞吐量和传输距离。其中在源（发射器）和目的地（接收器）处使用多个天线。MIMO 是智能天线技术的几种形式之一，其他形式是 MISO（多输入，单输出）和 SIMO（单输入，多输出）。
此外，与单天线系统相比，MIMO天线可提高链路可靠性并降低衰减。由于在同一时间传输多个数据流，因此MIMO天线还可提高无线容量。
空间分集
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空间分集分为接收分集和发射分集。使用分集的优点是：容易获得相对稳定的信号、可获得分集处理增益以及提高信噪比。
接收分集是多个天线接收来自多个信道的承载同一信息的多个独立的信号副本，由于信号不可能同时处于深陷落情况中，因此在任一给到的时刻，接收方至少可以保证接收到一个强度足够大的信号副本，从而提高了接收信号的信噪比。发射分集是在发射端使用多个发射天线发射相同的信息，在接收端获得比单天线高的信噪比。
简单解读版
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可以想象成，将要搬的东西复制出N份完全一样的，从N条路各发一次，最终从收到的N份中拆开取出最完整的部分（衰减最小的数据）重新组合成跟原来相同的一份。
空间复用
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空间复用，是通过在不同的天线上同时发射相互独立的信号来实现MlMO系统的高数据率以及高频谱利用率。发射的高速数据流被分成几个并行的低速数据流，在同一个频带从多个天线同时发射出去。由于多径传播，每个发射天线对于接收机产生不同的空间签名，接收机利用这些不同的签名分离出独立的数据流，最后再恢复成原始数据流．可以成倍提高数据传输速率。
简单解读版
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相当于从快递站到家多出了N条路，你可以选择将要搬的东西分成N小包分别从N条路发出，到家之后再组合起来。
空分多址
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空分多址是利用多个用户的空间位置带来的天然信道弱相关，分别向不同位置用户传输数据，提升系统连接数和容量，这种使用方式也被称为多用户MIMO（MU-MIMO）。实际上，空分复用和空分多址是MIMO系统对空间自由度的不同利用方式。
无线电发送的信号被反射时，会产生多份信号。每份信号都是一个空间流。使用单输入单输出（SISO）的系统一次只能发送或接收一个空间流。MIMO允许多个天线同时发送和接收多个空间流，并能够区分发往或来自不同空间方位的信号。MIMO 技术的应用，使空间成为一种可以用于提高性能的资源，并能够增加无线系统的覆盖范围。
提高信道的容量
MIMO接入点到MIMO客户端之间，可以同时发送和接收多个空间流，信道容量可以随着天线数量的增大而线性增大，因此可以利用MIMO信道成倍地提高无线信道容量，在不增加带宽和天线发送功率的情况下，频谱利用率可以成倍地提高。
提高信道的可靠性
利用MIMO信道提供的空间复用增益及空间分集增益，可以利用多天线来抑制信道衰落。多天线系统的应用，使得并行数据流可以同时传送，可以显著克服信道的衰落，降低误码率。
MIMO早已成为5G的关键技术，但是其中还是有些不同。区别于传统4G MIMO的最多8天线通道，大规模MIMO（Massive Multiple Input Multiple Output）在5G中实现16/32/64通道。大规模MIMO不是最新技术，2009年提出，是在MIMO技术上的延伸和拓展。
大规模MIMO就是大量天线的波束赋形
波束赋形的含义
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通过移动设备和网络基站上的先进天线技术，能将无线信号聚集到特定方向，而不是扩散到广域中。像手电筒与激光笔之间的区别，前者可照亮整个屋子里的人，后者则可以持续指向或追踪单个用户。
随着MIMO系统中天线数量的增加，波束成形就变成了“3D波束成形”。3D波束成形技术可生成面向用户的水平和垂直的波束，以此提高所有用户的数据传输速率和容量，包括位于高层建筑顶层的用户。
借助移动终端的反馈，波束能够找到空间中的任意一个点。因此，无论用户是在街上还是在建筑物的不同楼层之间移动，都能够通过聚集的波束连接到网络。此外，细长的直射波束还可降低不同方向上波束之间的干扰。
大规模MIMO的优势
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1、更精确的3D波束赋形，提升接收信号强度。
2、同时同频服务更多用户，提高网络容量。
3、更好的覆盖远端或近端的小区。
4、有效减少小区间的干扰。
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