2.7 多输入多输出（MIMO）
什么是MIMO
MIMO（Multi Input Multi Output）即多输入多输出，通过采用空间复用技术，在几条链路（可以理解为几个天线）中传输不同的数据码流，成倍地提高数据吞吐量（速率）。
MIMO技术示意图如图2-6所示。
图2-6 MIMO技术示意图
MIMO的目的
目前绝大多数MIMO应用的目的是提高无线通信的吞吐量（传输速率）。采用不同的链路（天线）分别发送不同的信息（分集所传输的是相同信息，因此无法提高吞吐量），可以成倍地提高速率。而5G技术采用MIMO不仅是为了提高吞吐量，更重要的是为了实现波束赋形（Beamforming），最终解决毫米波的传输。
MIMO在Wi-Fi技术中应用最为广泛。Wi-Fi协议从802.11n开始便定义了MIMO，最多可以支持4×4 MIMO（同时4路发射或接收）；而802.11ac可以支持8路MIMO。所以，我们在购买路由器时可以看到路由器有多个天线。随着MU-MIMO（Multi-User MIMO）和波束赋形技术的发展，Wi-Fi产品的MIMO数量将越来越多。LTE从Release 10（Rel-10）版本开始，在支持下行链路的MIMO的基础上，开始支持上行链路的MIMO。
在5G技术中，Massive MIMO（大规模MIMO）技术是最为关键的技术之一。所谓Massive MIMO，通常是指在无线通信的一侧（例如基站侧）采用了大量（100个以上）可单独控制的天线单元的系统。5G采用了Massive MIMO较好地解决了毫米波的传输，5G基站最多支持256路MIMO（256个天线），5G手机也将会支持更多的MIMO（多个天线阵列）。
采用Massive MIMO的主要原因是为了克服毫米波特性所带来的一些问题：5G要求速率和系统容量都高于4G的1000倍以上，为实现这些目标，必须开拓更高的频段，因此5G使用了毫米波频段。毫米波的波长很短，这决定了毫米波信号具有易衰减性和高指向性。易衰减性导致信号的强度和覆盖显著受到影响，由于法规限制，无线信号的功率不能随意增加，而毫米波的波长非常短，决定了天线体积很小，刚好可以采用多个天线组成天线阵列，通过MIMO的方式提高发射增益，有效解决信号衰减问题。毫米波高指向性导致信号传输时很难像前几代移动通信主要通过信号衍射来传播，而主要通过反射和散射来传播。毫米波波长很短，决定了波束非常窄，导致覆盖面积很小，借助大规模天线发射多个波束，再配合波束赋形调节这些波束，可以有效改善覆盖问题。
实战小锦囊
首先说明，本书的实战不涉及芯片内的设计，而是以芯片应用设计为前提的整机产品的实战，以下各处的实战均是产品层面的，后续不再解释。本书的实战小锦囊具有较强的实战价值，在初学阶段可能领会不深，或者难以理解，如果各位读者今后从事该领域的工作，建议在工作中随时拿来翻阅学习，相信会带给你很大的收获！
• 提升通信速率的因素有调制技术（调制方式越高级，速率越高）、信道宽度（信道越宽，速率越高）、编码方式（编码方式越高级，速率越高）和MIMO（MIMO数量越多，速率越高）。提升无线通信速率的方式只有这些，各种技术标准的更新演进，落实到物理层上都是在这些因素上升级。
• 双工方式不同，对应的硬件电路设计就不同。例如，Wi-Fi系统采用的是TDD（时分双工）方式，所以在进行硬件设计时需要一个开关（Switch），其作用是在不同的时间分别打开发射通道和接收通道；而3G的WCDMA、cdma2000和4G的FDD LTE系统，采用的是FDD（频分双工）方式，电路中需要一个双工器（Duplexer），其作用是把发射和接收通道从频率上区分开。