無線網絡最新技術：多重輸入多重輸出

由于多重輸入多重輸出(multiple-input, multiple-output；MIMO)的技術提供了一個擴展無線區域網絡(WLAN)范圍的極佳方式，因而最近成為了焦點。MIMO技術始于1985年，但直到現在才應用于晶片層級的裝置，以大幅改善傳輸范圍與容量。
由于MIMO并不是單一概念，而是由多種無線射頻技術所組成，因此我們必須充份了解MIMO的運作和效能。當應用于WLAN時，有些MIMO技術能與現時的WLAN標準(如802.11a、802.11b與802.11g)相容，因而能擴充其傳輸范圍；相反，有些MIMO技術則只能用于與一般WLAN標準不相容的MIMO裝置。
“MIMO”一詞泛指任何在傳送器部分具有多重輸入，與在接收器部分具多重輸出的系統，(圖1)闡述了其基本概念。根據MIMO改良者Jack Salz在1965年觀察發現，雖然MIMO系統可能包含有線連結的裝置，但整個系統通常是無線系統，例如多重天線系統、3G行動電話系統(無線系統)中所使用的Code Division Multiple Access(CDMA)系統，甚至是使用多條電話線產生串音(crosstalk)的DSL系統(有線系統)。
　　 

　


本文將先介紹MIMO的歷史背景和運作，并討論MIMO能將WLAN傳輸范圍擴充的程度。
MIMO 20年的開發進程
MIMO在無線通訊的起源可追溯至1984年，當時任職于Bell Laboratories的Jack Winters有了突破性的開發進展。這位MIMO的先驅道出了利用傳送器與接收器的多重天線，把多個使用者所傳來的資料以相同的頻率/時間通道傳輸。
在1985年，Bell Laboratories的Jack Salz發表了一篇關于MIMO在有線通訊應用的研究報告，之后便有多位學者與相關研究人員投入MIMO的領域并發表研究報告。值得注意的是，Jack Winters將Salz于1985的報告加以擴充，應用至無線通訊領域，證明使用者可以透過傳輸器與接收器的多重天線來同時無線傳輸多個資料流。
為了滿足強烈的市場需求，現今許多WLAN、Wi-Max與行動通訊公司均已提供(或計劃提供)以MIMO技術為基礎的解決方案。MIMO具有多項功能，如傳輸波束成形(Transmit Beamforming)/最高比結合(Maximal Ratio Combining；MRC)、空間多工(spatial multiplexing)與時空編碼(space-time coding)。
無線市場的領導廠商如Intel、Cisco、Qualcomm、Samsung、Mitsubishi、Panasonic、Philips、Toshiba、Sony與Atheros共同合作，開發出多項可相互運作且可擴充的WLAN MIMO技術。這些領導廠商將共同努力為消費者帶來廣為接受的標準解決方案。
MIMO技術優勢
為何MIMO如此具有吸引力？透過增加傳輸器與接收器的天線數量，MIMO可以提升資料傳輸率，并提供更大的覆蓋率與傳輸范圍。可是，MIMO并不是那種一體適用(one-size-fits-all)的技術。MIMO能增加資料傳輸率，但也要視乎設計工程師會否應用。如何選擇合適的MIMO工具，則要視操作環境與所采用的系統種類而定。
在過去20年來，許多MIMO的技術與應用均相當成功，其中包含：