電腦MIMO天線應用簡介

摘 要:多入多出(MIMO)是無線移動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。本文將介紹MIMO天線的實際應用——802.11n，以及實際應用在電腦上MIMO天線的設計和如何進行測試。

關鍵詞:MIMO天線802.11n電腦應用

中圖分類號:TN82文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)01(a)-0022-01

1 多入多出(MIMO)簡介

MIMO(Multiple Input Multiple Output)系統在發(fā)射端和接收端均采用多天線(或陣列天線)和多通道。該技術采用空時處理技術進行信號處理，在多徑環(huán)境下，無線MIMO系統可以極大地提高頻譜利用率，增加系統的數據傳輸速率。在室內環(huán)境下，采用MIMO技術的無線局域網系統的頻譜效率可以達到20～40bit/s/Hz。對于MIMO系統來說，多徑可以作為一個有利因素加以利用。通過這些并行空間信道獨立地傳輸信息，數據率必然可以提高。

系統容量是表征通信系統的最重要標志之一，表示了通信系統最大傳輸率。對于發(fā)射天線數為N，接收天線數為M的多入多出(MIMO)系統，假定信道為獨立的瑞利衰落信道，并設N、M很大，則式1為信道容量C:

C=[min(M，N)]Blog2(ρ/2)(1)

其中B為信號帶寬，ρ為接收端平均信噪比。上式表明，功率和帶寬固定時，多入多出系統的最大容量或容量上限隨最小天線數的增加而線性增加，信道容量隨著天線數量的增大而線性增大。也就是說可以利用MIMO信道成倍地提高無線信道容量，在不增加帶寬和天線發(fā)送功率的情況下，頻譜利用率可以成倍地提高。

2 MIMO的應用

MIMO技術是802.11n標準所采用的關鍵技術之一，該技術具有遠超過傳統有線以太網連接所具備的數據吞吐能力，能顯著增加Wi-Fi設備的有效傳輸距離，并大幅提高服務質量(QoS)。另外，802.11n產品還將擴展Wi-Fi平臺以及流行應用的功能。

隨著無線技術的發(fā)展，電腦業(yè)越來越多的集成了無線技術，如:WLAN， WWAN (2G， 3G)， Bluetooth， Wimax等。如何將這些天線合理的分布在電腦上，且相互干擾最小，這是一個比較困難得問題。以電腦應用為例，WLAN都是以模塊的方式安裝到電腦上，并通過電腦里的屏蔽電纜連接到天線上。所以，一臺電腦上可以裝不同模式的WiFi模塊，而給其使用的MIMO天線數目為兩個或三個，可以支持IEEE802.11 a/b/g/n。如果是三支天線，一般命名為主天線、副天線和MIMO天線。實際設計過程中最關鍵的選對天線位置，除了預留好天線空間外，還要考慮到每個天線的增益， 場型，駐波比以及天線之間的隔離度。

3 電腦MIMO天線測試

MIMO天線測試除了要考慮每個天線增益，場型，駐波比外，還需要考慮天線之間的隔離度。天線之間的隔離度越大，不同通道之間的相關系數就越小，通信容量和頻譜利用率也會提高，所以MIMO天線之間的隔離度測試非常重要，一般要求隔離度在25dB以上。隔離度要求可以通過加大MIMO天線之間的間距或調整天線場型來達成目標。

MIMO天線的實際意義就是提高無線網絡傳輸速率，除了相關的測試設備外，全波暗室中測試天線之間的距離D 必須大于2.4GHz的一個波長，而且每個天線都要為垂直極化方向。WLAN的傳輸速率測試就是使用衰減器模仿待測物與無線接入點不同距離，測試待測物與主機之間實際的傳輸速率。所以測試過程中最重要的就是算準待測物與無線接入點之間的衰減，如式2。由于實際上在不使用衰減器的情況下，已經有了最小衰減量，如式3。所以，測試出來的數據是一般是從60dB空間衰減開始測量的。

Attenuation =Air Loss (path loss)+Loss of 2 cables+ Attenuation value of Attenuator - Antenna gain(2)

Lowest Attenuation =Air Loss(path loss) + Loss of 2 cables - Antenna gain

(3)

圖1為MIMO傳輸速率的測試結果，從圖中可以得出，該速率高于802.11g 27Mbit/s(最高是54Mbit/s但同時發(fā)送接受速率減半)的傳輸速率，表明MIMO技術確實提高了WiFi傳輸速率，而且在真實的用戶使用環(huán)境中，這個優(yōu)點更為突出。

4 結語

MIMO技術是一項全新的技術，其在算法開發(fā)、信道建模、天線設計、測試平臺搭建、芯片開發(fā)與標準化方面還有大量工作有待進行。隨著MIMO無線通信技術日趨成熟，將逐步從理論研究走向產品開發(fā)，同時也預示著高速無線傳輸時代的來臨。

參考文獻

[1]IEEE 802.11 Part11，Wireless LAN Medium Access Control(MAC) and Physical Layer(PHY) Specifications [S].

[2]IEEE 802.11g，Further High-Speed Physical Layer Extension in the 2.4 GHz Band [S].

[3]李積英．MIMO系統中空時編碼的研究[J]．科技創(chuàng)新導報，2007，32:12．