在LTE、WiMAX和微波傳輸網絡中，采用多輸入多輸出（MIMO）技術以及合適的部署策略是可以增加容量的。但是，具有視距傳輸網絡中的MIMO，比如LTE和WiMAX，與其在視距微波傳輸中的運行相比有所差異。為了充分利用MIMO的優勢，服務提供商需要了解MIMO是如何工作的，以及為什么它在不同的網絡中存在差異。

MIMO的優勢

MIMO使用至少2個，有時多個，發射天線和接收天線來傳輸一個單信道。這種方法增加了數據速率和頻譜效率。例如，在每一側增加6個天線所得到的容量增長，與在一個單輸入單輸出（SISO）的信道增加100多倍功率所產生的效果是相同的。

MIMO技術使得容量增加和使用天線數量呈線性關系。相反，SISO、單輸入多輸出（SIMO）和多輸入單輸出（MISO）系統的容量增加，和天線數量呈現對數關系。相對對數增加而言，線性容量的增加是一個更有效的方法。

MIMO的發射機和接收機比SISO、SIMO和MISO的更復雜，但是它不需要更多的發射功率。

MIMO優勢是如此清楚，它和許多技術標準已經相結合，包括：

國際電信聯盟（ITU）的高速下行分組接入（HSDPA）標準是通用移動通信系統（UMTS）標準的一部分。家用無線路由使用IEEE 802.11n 標準電氣和電子工程師協會在蜂窩電話中使用的移動WiMAX技術IEEE802.16標準。ITU LTE標準。

當MIMO遇到香農定理

當MIMO系統在上世紀90年代中后期由Gerard Foschini等人提出后，這種具有突破性的帶寬效率似乎違反香農定理。實際上MIMO中的多樣性和信號處理的使用，將單一點對點信道變換成多個并行信道來處理了。

香農定理是建立在一個具有信道容量C和以速率R來傳輸信息的有噪信道上的。然后它又指出，如果R小于C，應該有這樣一些代碼，使得接收機錯誤譯碼概率達到任意小。這意味著，從理論上講，它可能以一個低于速率C的任何速率而幾乎沒有差錯地來傳輸信息。

這個容量通常表示成：

C = W log2(1 + S/N)

這里：
C 是以每秒比特為單位的信道容
W 是以赫然為單位的系統帶寬
S/N 是信噪比（S/N）

對于一個50dB的SNR和20Mhz帶寬的信道，它的容量用數學方法表示成：

C=20*log2(1+50)=20*5.6=112 Mb/s

容量增加是相對于SNR的一個對數關系，它是一個慢增長。

這個例子使用一個20 MHz的信道，這個帶寬通常使用在LTE 和LTE-A中。但20Mhz帶寬的LTE-Advanced容量是500 Mb/s或更高----顯然遠遠超出香農極限。

超越香農極限的一個途徑是提高信噪比和基站發送功率。但即使信噪比為100，20 MHz信道帶寬的吞吐量也只有133 Mb/s，遠小于LTE-A可能能夠提供的500 Mb/s吞吐量。

然而MIMO能夠做到這個。它的高容量接收信息已然成為一個共識。

LTE和WiMAX 網絡中的MIMO

下面的公式可用于計算MIMO的香農極限。一個MIMO系統所能達到的最大容量取決于如何建立一個信道，而不只是如SISO系統所示的信噪比。在數學方面，MIMO系統的性能依賴于信道矩陣H及其性能的條件。

可以認為H信道矩陣是一組方程。每個方程代表一個接收信號，這個接收信號代表了一組唯一的信道系數和與之相應的發射信號共同作用的結果。

該系統的性能最佳是H矩陣滿秩，每行和每列滿足相互之間的完全獨立。換句話說，如果矩陣是線性的，也就是矩陣是滿秩的，那么方程是可解的。

這意味著系統的最優性能只有在每個通道是完全獨立時才可能存在。在一個充滿散射、陰影衰減、反射和其它影響的環境中，信道是完全相互獨立的。

盡管這看起來像一個反直覺的解釋，得到所傳輸信息的唯一途徑是H矩陣的可逆。僅當H矩陣所有的行和列都是不相關時，H矩陣是可逆的。而只有散射、陰影衰減、反射和其它影響存在時，行和列才是不相關的。

這是LTE和WiMAX網絡的典型情況，特別是在人口稠密的城市地區使用時。

點對點微波網絡中的MIMO

在一個點對點微波傳輸系統中，一個矩陣可能包含2個發射天線和2個接收天線，如圖1所示。這是一個2×2 的MIMO系統。

圖1 一個點對點的微波矩陣使用多個發射和接收天線