随着LTE的普及，以及即将到来的5G技术的应用，现在手机上速度越来越快，已经不次于家里的宽带了。这多亏了手机中射频模块的集成和多天线技术的应用。

不过，目前很多的厂商很少宣传这方面的技术特点，原因有点复杂，一般的销售根本讲不清楚。本文简单分享下原理，仅供参考。

多天线技术之--多入多出系统（MIMO）的原理

香农公式给出了单信道下：

高斯、带宽受限的信道传输信息，速率上限是：

举个例子：

香农公式给出了最大信道容量，除了增大信道带宽、提高信噪比以外，还有没有别

的办法？

答案是：在收发两端使用多对天线来收发数据。

如果用N根天线，并行传送数据，信道容量会扩大N倍

实际上受限于发送和接收设备的尺寸，两根天线不可能很远，也不可能完全隔离，

这时候就要定量的来分析各个参数对MIMO信道的影响。

考虑到空间信道的衰落和延时，信道增益hmn为复数

假定输入两个发送天线的基带信号分别为S1和S2，从两个接收天线输出的基带信号

分别为y1和y2，则由上图很容易得到输出信号与输入信号之间的关系：

Y=HS 目前没有加入高斯白噪声的影响。

在实际系统工作中，我们知道接受到的信号，也知道信道矩阵，要求的是发送信号

的值

多路MIMO的收发图示如下

Hmn表示第m个接收天线和第n个发射天线之间的增益

信道矩阵， 信道矩阵行数=接收天线个数，信道矩阵列数=发射天线个数

从前文可以看出， MIMO性能如何，主要是研究信道矩阵的特性。

先看一下最简单的双入双出系统，即MIMO2*2

MIMO信道矩阵4*4

再看一下四入四出系统，即MIMO4*4. 如下图所示：

要求S1234，就是要解线性方程，虽然系数是复数，但只要四组方程系数之间不相

关，就可以解出四个解，意味着MIMO信道同时可以跑四条数据流，信道容量是四

倍。

信道矩阵的秩

根据线性代数的知识，一个空间信道能够同时传送几条数据流，根本在于这个线性

方程的系数矩阵是否满秩.

那么这个问题实际上就转换成了，我们如何设计天线让矩阵的秩最大？

让每个天线看到的信道参数不一样，除了天线间距，还可以增加极化，互相垂直方

式，等等。

假设总发送功率是P，每天线的噪声功率是s2，则该MIMO信道的容量为（如果发端不做功率分配）：

这里I是单位矩阵、 (H)表示共轭转置、 H是MIMO系统信道矩阵， Mt表示发射天线

个数。 P是接收端收到信息的平均信噪比

式中的P/Mt体现各个子信道均分功率， 已经证明，如果NM很大，当m=min(M, N)

时，容量会线性增长。 C≈min{M,N}log(P/2)

总而言之，一个多天线系统，表面上我们看见的是矩阵H。揭开它的面纱，我们发现

里面隐藏着R个独立的信道。

从这一点上看，手机的尺寸做大也是有好处的，这样天线之间可以离开一定的距离来保证MIMO需求的多径能够出现！