USRP B210 軟件定義的無線網絡（SDR）支撐設備

目錄

文章目錄

• 目錄
• 蜂窩網絡
• 蜂窩網絡的組成
• USRP B210
• USRP B210 的功能清單與相關參數
• USRP B210 的系統結構與運行原理
• 相關知識儲備
• SDR
• RFIC
• RF 發展歷程
• ADI AD9361 RFIC
• Xilinx Spartan-6 FPGA
• GNU Radio
• OpenBTS
• GSM
• GSM 與 SIM 卡
• 數字基帶
• 雙通道內存
• DDR
• 全雙工
• MIMO
• 參考文檔

蜂窩網絡

蜂窩網絡（Cellular network），又稱移動網絡（Mobile network），是一種移動通信硬件架構，分為模擬蜂窩網絡和數字蜂窩網絡。由於構成網絡覆蓋的各通信基站的信號覆蓋呈六邊形，從而使整個網絡像一個蜂窩而得名。目前世界的主流蜂窩網絡類型有：GSM、WCDMA/CDMA2000（3G）、LTE/LTE-A（4G）等。

在移動網絡系統中，把信號覆蓋區域分為一個個的小區，它可以是六邊形、正方形、圓形或其它的一些形狀，通常是六角蜂窩狀。這些分區中的每一個被分配了多個頻率（f1 - f6），具有相應的基站。在其它分區中，可使用重復的頻率，但相鄰的分區不能使用相同頻率，這會引起同信道干擾。

NOTE：與單一基站相比，蜂窩網絡可以在不同分區中使用相同的頻率來完成不同的數據傳輸（頻率復用）。而單一基站在同一頻率上，只能有一個數據傳輸。但是，蜂窩網絡中相同頻率的使用不可避免地會干擾到使用相同的頻率的其他基站。這意味着，在一個標准的 FDMA 系統中，在兩個使用相同頻率的基站之間必須有一個不同頻率的基站。

蜂窩網絡的組成

• 移動站：就是我們的網絡終端設備（UE），比如手機或者一些蜂窩工控設備。
• 基站子系統：包括我們日常見到的基站（大鐵塔）、無線收發設備、專用網絡（一般是光纖）、無數的數字設備等。我們可以把基站子系統看作是無線網絡與有線網絡之間的轉換器。
• 網絡子系統：核心網。

USRP B210

USRP B210 是由 Ettus Research 公司發行的 SDR Kit（Software Defined Radio Kit，軟件定義的無線網開發套件），提供了一個完全單板（Board）集成的 USRP，連續頻率覆蓋范圍為 70MHz 至 6GHz，實時帶寬高達 56 MHz。其中 USRP 的全稱為 Universal Software Radio Peripheral（通用軟件無線電外圍設備平台）。官方主頁：https://www.ettus.com/all-products/ub210-kit/

簡而言之，USRP B210 是一個低成本的軟件定義無線電支撐設備。利用 USRP B210 可以實現十分廣泛的應用，包括廣播，手機，GPS，WiFi，ISM FM 和 TV 信號等等。用戶可以利用 GUN Radio 很快的進行一些 SDR 的開發。其中，UHD 支持與 HDSDR 和 OpenBTS 等開源軟件兼容。

USRP B210 的功能清單與相關參數

• 完全單板集成的雙通道 USRP 器件，具有從 70MHz ~ 6GHz 的連續 RF（發射信號）覆蓋范圍。
• 全雙工 MIMO（多入多出，2 Tx & 2 Rx）操作，實時帶寬高達 56MHz（正交為 61.44MS/s）。
• 支持高速的 USB 3.0 連接。
• 通過 UHD（USRP Hardware Driver，USRP 硬件驅動程序）支持 GNU Radio 和 OpenBTS。
• 用戶可編寫的 Spartan 6 XC6SLX150 FPGA。
• 使用 ADI AD9361 RFIC 射頻集成電路芯片。
• 具有用於 PCB 設備（電路板）的鋼化外殼附件。

USRP B210 的系統結構與運行原理

USRP B210 專為低成本 SDR 實驗而設計。其實時吞吐量以 61.44MS/s 正交為基准，可為主機提供完整的 56MHz 實時 RF 帶寬，以便 GNU Radio 或使用 UHD API 的應用程序進行處理。B210 射頻前端（RF frontend）芯片為 AD9361，AD9361 是一個直接轉換收發器（Direct conversion transceiver），能夠傳輸高達 56MHz 的實時 RF 帶寬。B210 使用了 AD9361 的兩個信號鏈，提供 2x2 MIMO 功能。 AD9361 的板載信號處理和控制由 Spartan6 XC6SLX150 FPGA 執行，它通過 USB 3.0 連接到主機。通過 B210，你可以立即使用 GUN Radio 進行 SDR 的開發，也可以使用 OpenBTS 對自己的 GSM 基站進行原型設計。

相關知識儲備

SDR

由於無線通信領域存在的一些問題，如多種通信體系並存，各種標准競爭激烈，頻率資源緊張等，特別是無線個人通信系統的發展，使得新的系統層出不窮，產品生產周期越來越短。原有的以硬件為主的無線通信體制難以適應這種局面，迫使軟件無線電（SDR）的概念的出現。它的出現，使無線通信的發展經歷了由固定到移動，由模擬到數字，由硬件到軟件的三次變革。
SDR（Software Defined Radio，軟件無線電）是一種實現無線通信的新思路。已經在硬件上被實現了的組件（e.g. 混頻器，濾波器，放大器，調制器/解調器，檢測器等）也可以通過軟件定義的手段在個人計算機或嵌入式系統上實現並加以代替。即大量的信號處理被交給通用處理器完成，而不再是專用硬件（電子電路）上。這種設計思路也催生了一種新型的 SDR 無線電設備，例如：個人計算機，基本的 SDR 無線電設備可以由裝備了聲卡、RF 前端或其他模數轉換器的個人計算機組成。
SDR 無線電設備的顯著特點就是 —— 硬件層的通用性。硬件平台采用模塊化設計，是一個具有開放性、可擴展性和兼容性的通信平台。基於這一相對通用的硬件平台，通過加載不同的軟件來實現不同的通信功能。通過使用 SDR 及其無線電設備，可以快速改變信道接入方式或調制方式，利用不同軟件即可適應不同標准。利用這一特性，SDR 可以用於構成具有高度靈活性的多模手機和多功能基站，這樣不同通信體制就可以實現互聯互通。
SDR 的關鍵技術：

• 寬帶/多頻段天線
• 寬帶模/數變換器（A/DC）和數/模變換器（D/AC）
• 高速並行的 DSP 部分
• 開放性及擴展性的總路線結構
• 軟件協議和標准
• 系統的功耗、體積和成本

RFIC

二十世紀后，無線通信技術得到了飛躍式的發展，射頻器件快速的代替了使用分立半導體器件（e.g. 大哥大）的混合電路，RFIC 就是 90 年代中期以來隨着 IC（集成電路）工藝改進而出現的一種新型器件。

RFIC（Radio Frequency Integrated Circuit，射頻集成電路）是無線通信技術的關鍵之一。所謂射頻，通常包括高頻、甚高頻和超高頻，是 UE 和基站之間進行數據交互的載體（無線電波），而 RFIC 就是 UE 和基站進行無線電波收發的電子元器件。所以我們手機中都會存在 RFIC 器件，用於發送無線電波到基站，同時從基站接受無線電波，基站亦然。

RFIC 技術的基礎主要包括：

• 工作頻率更高、尺寸更小的新器件研究；
• 專用高頻、高速電路設計技術；
• 專用測試技術；
• 高頻封裝技術。

RF 發展歷程

CMOS 出現之初速度較慢，RF 電路多采用雙極型器件。時間回到上世紀九十年代，那時候大哥大在中國還要一萬多塊錢一個，當時手機里的射頻電路還是用昂貴的分立器件搭建的。然而隨着半導體工藝以摩爾定律飛速進步，MOS 管的溝道長度大大縮小，其工作速度大為提高，功耗也大大下降，最終實現了使用便宜的 CMOS 工藝實現 RFIC 從而把所有的器件都集成在一片芯片上。

21 世紀隨着各芯片制造跨入 90nm 時代，CMOS 電路已經可以工作在 40GHz 以上，甚至達到 100GHz，這一進步可以實現數據率在 100Mbit/s 到 1Gbit/s 的無線通信芯片。CMOS 最終得以服務於寬帶無線通信系統和高數據率交換裝置，如：無線高速 USB2.0 接口，Intel 在 21 世紀發布了 CMOS Wi-Fi RFIC。而在化合物半導體方面，GaAs 是 20 世紀末的技術主流，但進入 21 世紀以來，由於 SiGe HBT 的 fT 超過 200GHz，2GHz 下噪聲系數小於 0.5dB，不但可用於移動通信，並完全可滿足局域網和光纖通信的要求。SiGe 技術已經實現了幾乎所有的無線通信單一功能電路，其最佳的應用領域是無線通信手機（特別是 3G 手機）的射頻前端芯片及功率放大器模塊，其它應用領域包括無線接入、衛星通信、GPS 定位導航、有線通信（千兆以太網、SONET/SDH 等）、汽車雷達、智能電子收費系統。

而 SoC（系統芯片）則是近幾年國際半導體業發展的熱點，也是未來半導體業發展方向。 隨着 IC 工藝達到並跨越 90nm 節點，芯片上單個 MOS 器件的工作頻率已經可以上升到微波、毫米波頻段，因此，可以將 RF 前端與數字基帶部分集成起來制成 RF SoC。這一新概念產品將大大減少整個通信系統中的器件數量，從而降低產品成本，減小其體積並提高功能度，同時提高可靠性。這一技術的推廣有望引起產業鏈的變革。

RF SoC 的工藝平台可以是 CMOS、SiGe 等。21 世紀時，在試驗室中已經可以用 CMOS 技術實現毫米波電路。如果進一步采用 SOI（Sion-Insulator，絕緣體硅）、SoN（Sion-Nothing，懸空硅）等新型襯底技術，則由於這些襯底中帶有高電阻的埋氧層，可保證射頻損耗小和器件的高速工作，而且射頻部分與基帶部分的串擾小，另外，設計者可以將 nMOSFET 與 SiGe HBT 通過 BiCMOS 工藝平台結合起來，利用兩種的高速性能，實現低壓、低功率的 30-80GHz 范圍內的毫米波芯片。

ADI AD9361 RFIC

AD9361 是由 ADI 公司開發的一款 RFIC 芯片。本質是是一個 Direct Conversion Transceiver（直接轉換收發器），又稱 RF Agile Transceiver（射頻敏捷轉換器），支持 70M ～ 6GHz 頻段，涵蓋了大部分的商用授權及免費頻段，能夠傳輸高達 56MHz 的實時 RF 帶寬，且帶有混合信號基帶。

AD9361 這顆 RFIC 芯片為 2011 年前已經上市的芯片，但主要還是為通信大廠直接供貨，在終端 CPE、小基站早已規模發貨，在 LTE（4G）、WCDMA（3G）等領域已成功商用。可能因為協議原因，直到 2014 年 ADI 的官網才公開上市。目前 ADI 也主推該芯片的生態鏈，與 Xilinx 的 Zynq706 一拍即合實現 SDR，這是一個不錯的原型機驗證方案，除了價格略高，軟件難度略大。

個人認為除了大功率超寬帶有 DPD 需求的宏基站場景，其他場景 AD9361 都能勝任。典型的，無線熱點覆蓋、城市基站補盲、直放站、手機終端、廣電射頻、中繼、同頻轉發、無人機數傳、低空飛行器無線傳輸、單兵電台、相控陣雷達等。據本人所知，通信老大華為、無人機霸主大疆、廣電系統均有規模發貨。

當然 ADI 是有野心的。2014 年 24 億美刀收購 Hittite，說明在微波毫米波防務電子方面准備發力。其新一代 RFIC 的性能已經完全能滿足宏基站大功率高靈敏度的需求，且已商用，但普通民用散貨市場最近幾年是拿不到這么先進的技術的，除了國防，其實也沒有必要，夠用就好。

Xilinx Spartan-6 FPGA

USRP B200 和 USRP B210 分別包含一個 Spartan-6 XC6SLX75 和 XC6S150。USRP B200 可用 Xilinx 工具的免費版本進行編程，而USRP B210 上更大的 FPGA 則需要獲得許可證。

Spartan-6 系列 FPGA 是 Xilinx 公司推出的產品。通過把應用程序數據導入芯片內部存儲器，來完成芯片的配置。Spart-6 FPGA 可以自己從外部非易失性存儲器導入編程數據，或者通過外界的微處理器、DSP 等對其進行編程。對以上任何一種情況，都有串行配置和並行配置之分，串行配置可以減少芯片對引腳的要求，並行配置對 8bit/16bit Flash 或者微處理器來說更合適。

因為 Xilinx 的 FPGA 器件的配置數據存儲在 CMOS 配置鎖存器內（CCL），因此 Spartan-6 FPGA 器件上電后必須重新配置。Spartan-6 器件有多種配置模式，包括：

• JTAG 配置模式
• Master Serial/SPI 配置模式（X1，X2，X4）
• Slave Serial 配置模式
• Master SelectMAP/BPI 配置模式（X8，X16）
• Slave SelectMAP 配置模式（X8，X16）

該 5 種模式可分為 3 大類：

1. JTAG 模式（可歸為從模式）
2. 主模式
3. 從模式

主模式的 4 種配置方式：

從模式的 3 種配置方式：

GNU Radio

GNU Radio 同樣是 Ettus Research 公司牽頭發起的開源的軟件開發工具套件。它提供信號運行和處理的模塊，用它可以在唾手可得的低成本的外部射頻（RF）硬件和通用微處理器上實現軟件定義無線電（SDR）、或無硬件的模擬環境。這套套件廣泛用於業余愛好者，學術機構和商業機構用來研究和構建無線通信系統。

GNU Radio 的應用主要是用 Python 編程語言來編寫的。但是其核心信號處理模塊是 C++ 在帶浮點運算的微處理器上構建的。因此，開發者能夠簡單快速的構建一個實時、高容量的無線通信系統。

盡管其主要功用不是用來做仿真器，GNU Radio 在沒有射頻 RF 硬件部件的境況下還可用作對預先存儲或（信號發生器）生成的數據進行信號處理的算法研究的平台。

GNU Radio 中文網站：http://gnuradio.microembedded.com

OpenBTS

OpenBTS，即開源基站（Open source Base Station），它基於軟件定義無線電系統（e.g. USRP）來實現 GSM 空中接口（UM 接口）來規范 GSM 手機（的連接），使用軟交換（Asterisk software PBX 或 Freeswitch）來連接呼叫。結合司空見慣的 GSM 空中接口和 VoIP 有可能形成一個新型的無線網絡，它可以以很低的布局和運營成本用於一些還未開墾的區域及一些發展中國家。

簡單地表述，這是一種新型的無線網絡，它的布局和運營成本是現存傳統技術的十分之一。盡管如此，它不僅兼容了市場上的大多數手機。還可以以遠低於搭建傳統的 GSM 造價和復雜程度被用於私有網絡的應用（e.g. 快速地搭建無線交換，等等）。

OpenBTS 中文網站：http://gnuradio.microembedded.com/openbts

GSM

GSM（Global System for Mobile Communications，全球移動通訊系統），即 2G（語言通話及短信服務）。GSM 較之它以前的標准（1G）最大的不同是他的信令和語音信道都是數字的，因此 GSM 被看作是第二代（2G）移動電話系統。GSM 標准的廣泛使用使得在移動電話運營商之間簽署 “漫游協定” 后用戶的國際漫游變得很平常。

GSM 標准當前由 3GPP 組織負責制定和維護。1999 年，WAP 協議使得用戶可以通過手機訪問互聯網。2000 年后開始商用的通用分組無線服務（GPRS）使得 GSM 系統能夠以效率更高的分組方式提供數據通訊。2003 年，EDGE 技術開始商用，提供了接近 3G 的數據通訊能力。

以往，2G 只能打電話發短信的基礎上，有了 GPRS，就開始有了數據（上網）業務。於是，核心網的網絡架構有了大變化，開始有了 PS（Packet Switch，分組交換）核心網。如下圖紅色部分，包含 SGSN（Serving GPRS Support Node，服務 GPRS 支持節點）和 GGSN（Gateway GPRS Support Node，網關 GPRS 支持節點）。SGSN 和 GGSN 都是為了實現 GPRS 數據業務。2.5G 標志着公共電話網絡正式與 IP 數據網實現了融合，連接着手機的無線通信網絡終於可以上網沖浪了。

從用戶觀點出發，GSM 的主要優勢在於提供更高的數字語音質量以及首先引入了短信息服務（SMS），提供了一種新穎、便捷、廉價的通訊方式。從網絡運營商角度看來，其優勢是能夠部署來自不同廠商的設備，因為 GSM 作為開放標准提供了更容易的互操作性。而且，標准就允許網絡運營商提供漫游服務，用戶就可以在全球使用他們的移動電話了。

GSM 與 SIM 卡

GSM 的一個關鍵特征就是用戶身份模塊（SIM），也叫 “SIM 卡”。SIM 卡是一個保存用戶數據和電話本的可拆卸智能卡 IC。用戶就可以更換手機后還能保存自己的信息。換句話說用戶也可以使用現在的手機而使用不同運營商的 SIM 卡。有些運營商為了防止用戶轉換到別的網絡在手機上做設置限制，使得它只能用該營運商的 SIM 卡，或者同一個網絡的 SIM 卡，這就是所謂的 “SIM 卡加密”，一如當年的 IPhone 手機，這種行為在某些國家並不合法。

在美國和歐洲，大部分運營商鎖定他們銷售的移動電話，這樣做是因為移動電話的價格一般因為簽訂長期合同大幅減少（例如：在歐美市場很多手機可以通過簽約以原價格幾十分之一的價格購買），而運營商試圖避免客戶的流失。用戶一般可以通過與運營商聯系付一定費用來解除鎖定（俗稱 “解碼”），或者通過一個專門服務或者從互聯網上搜索相關軟件來解碼。如果用戶簽署在一段時期有效的合同（合同帳戶），某些美國運營商例如 T-Mobile 和 Cingular，就會解除對電話的鎖定。第三方的解碼方法比起運營商的來一般更快而且也更便宜。在大多數國家解除鎖定是合法的。在中國內地，行業主管部門不允許運營商鎖定移動電話，這使得運營商的定制機也能輕松使用其他運營商的網絡。

數字基帶

在數字通信系統中，未經調制的數字信號所占據的頻譜是從零頻或很低頻率開始的，稱為數字基帶信號。數字基帶信號是數字信息的電波形表示，它可以用不同的電平或脈沖來表示相應的消息代碼。數字基帶信號的類型有很多。以矩形脈沖為例：

• 單極性不歸零波形
  
• 雙極性不歸零波形
  
• 單極性歸零波形
  
• 雙極性歸零波形
  
• 差分波形
  
• 多電平波形
  

在某些具有低通特性的有線信道中，特別是在傳輸距離不太遠的情況下，基帶信號可以不經過載波調制而直接進行傳輸，這樣的傳輸系統，稱為數字基帶傳輸系統。

原理上數字信息可以表示成一個數字代碼序列。例如，計算機中的信息是以約定的二進制代碼的形式存儲。但是，在實際傳輸中，為了匹配信道的特性以獲得令人滿意的傳輸效果，需要選擇不同的傳輸波形來表示 “0” 和 “1”。

在實際的基帶傳輸系統中，並不是所有的基帶波形都適合在信道中傳輸。例如，含有豐富直流和低頻分量的單極性基帶波形就不適合在低頻傳輸特性差的信道中傳輸，因為這有可能造成信號嚴重畸變。又如，當消息代碼中包含長串的連續 “1” 或 “0” 符號時，非歸零波形呈現出連續的固定電平，因而無法獲取定時信息。單極性歸零碼在傳送連 “0” 時也存在同樣的問題。

因此，對傳輸用的基帶信號主要有以下兩個方面的要求：

1. 對代碼的要求：原始消息代碼必須編成適合於傳輸用的碼型；
2. 對所選碼型的電波要求：電波形應適合於基帶系統的傳輸。

前者屬於傳輸碼型的選擇，后者是基帶脈沖的選擇。這是兩個既獨立又有聯系的問題。

雙通道內存

雙通道（Two-channel），即雙通道內存，就是在北橋（又稱之為 MCH）芯片級里設計兩個內存控制器，這兩個內存控制器可相互獨立工作，每個控制器控制一個內存通道。對這兩個內存通道，CPU 均可分別尋址、讀取數據，從而使內存的帶寬增加一倍，數據存取速度也相應增加一倍（理論上）。

雙通道內存技術其實是一種內存控制與管理技術，它依賴於芯片組的內存控制器，在理論上能夠使兩條同等規格內存所提供的帶寬增長一倍。它並不是什么新技術，早就被應用於服務器和工作站系統中了，只是為了解決台式機日益窘迫的內存帶寬瓶頸問題它才走到了台式機主板技術的前台。

Intel 曾經推出了支持雙通道內存傳輸技術的 i820 芯片組，它與 RDRAM 內存構成了一對黃金搭檔，所發揮出來的卓絕性能使其一時成為市場的最大亮點，但生產成本過高的缺陷卻造成了叫好不叫座的情況，最后被市場所淘汰。由於英特爾已經放棄了對 RDRAM 的支持，所以目前主流芯片組的雙通道內存技術均是指雙通道 DDR 內存技術。一般我們說到的雙通道內存就是 DDR 內存。

目前流行的雙通道內存構架是由兩個 64bit DDR 內存控制器構築而成的，其帶寬可達 128bit。因為雙通道體系的兩個內存控制器是獨立的、具備互補性的智能內存控制器，因此二者能實現彼此間零等待時間，同時運作。兩個內存控制器的這種互補可讓有效等待時間縮減 50%，從而使內存的帶寬翻倍。

雖然這項新規格主要是芯片組與主機板端的變化，然而雙通道存在的目的，也是為了解決內存頻寬的問題，使主機板在即使只使用 DDR 400 內存的情況下，也可以達到頻寬 6.4GB/s。雙通道是一種主板芯片組（Athlon 64 集成於 CPU 中）所采用新技術，與內存本身無關，任何 DDR 內存都可工作在支持雙通道技術的主板上。

DDR

DDR，即雙倍速率同步動態隨機存儲器，是內存的一種類型。區別於 S/DRAM（高速緩存/主存），S/DRAM（高速緩存/主存）在一個時鍾周期內只傳輸一次數據，它是在時鍾的上升期進行數據傳輸的；而 DDR 內存則是一個時鍾周期內傳輸兩次數據，它能夠在時鍾的上升期和下降期各傳輸一次數據，因此稱為雙倍速率同步動態隨機存儲器。DDR 內存可以在與 S/DRAM 相同的總線頻率下達到更高的數據傳輸率。

與 S/DRAM 相比，DDR 運用了更先進的同步電路，使指定地址、數據的輸送和輸出主要步驟既獨立執行，又保持與 CPU 完全同步。DDR 使用了 DLL（Delay Locked Loop，延時鎖定回路提供一個數據濾波信號）技術，當數據有效時，內存控制器可使用這個數據濾波信號來精確定位數據，每 16 次輸出一次，並重新同步來自不同存儲器模塊的數據。DDR 本質上不需要提高時鍾頻率就能加倍提高 S/DRAM 的速度，它允許在時鍾脈沖的上升沿和下降沿讀出數據，因而其速度是標准 S/DRAM 的兩倍。

從外形體積上 DDR 與 S/DRAM 相比差別並不大，他們具有同樣的尺寸和同樣的針腳距離。但 DDR 為 184 針腳，比 S/DRAM 多出了 16 個針腳，主要包含了新的控制、時鍾、電源和接地等信號。DDR 內存采用的是支持 2.5V 電壓的 SSTL2 標准，而不是 S/DRAM 使用的 3.3V 電壓的 LVTTL 標准。

全雙工

全雙工（Full Duplex）是通訊傳輸的一個術語。通信允許數據在兩個方向上同時傳輸，它在能力上相當於兩個單工通信方式的結合。全雙工指可以同時（瞬時）進行信號的雙向傳輸（A→B 且 B→A）。

相對的，半雙工（Half Duplex）就是指一個時間段內只有一個動作發生，半雙工已經逐漸退出了歷史舞台。而單工就是在只允許 A 方向 B 方傳送信息，而 B 方不能向 A 方傳送 ，比喻汽車的單行道。

全雙工在微處理器與外圍設備之間采用了發送線和接受線各自獨立的方法，可以使數據在兩個方向上同時進行傳送操作。發送數據的同時也能夠接收數據，兩者同步進行。目前的網卡一般都支持全雙工。

MIMO

MIMO（Multiple Input Multiple Output，多進多出）是為極大地提高信道容量，在發送端和接收端都使用多根天線，在收發之間構成多個信道的天線系統。MIMO 系統的一個明顯特點就是具有極高的頻譜利用效率，在對現有頻譜資源充分利用的基礎上通過利用空間資源來獲取可靠性與有效性兩方面增益，其代價是增加了發送端與接收端的處理復雜度。大規模 MIMO 技術采用大量天線來服務數量相對較少的用戶，可以有效提高頻譜效率。

顯然，針對無線通信網絡，可以多來幾根天線，這樣的多輸入多輸出，就是為了提高無線通信網絡的速度。既然 MIMO 叫做多輸入多輸出，必然涉及到多天線創建多條傳輸路徑，這不但基站要支持多天線發射，終端設備也要用多天線接收來迎合。

• SISO（Single Input Single Output）：單輸入單輸出，這樣的系統無疑是非常脆弱的。
  

• SIMO（Single Input Multiple Output）：單輸入多輸出，這樣一來，每條路上發送的數據，丟一些也沒關系，手機只要能從任意一條路徑上收到一份就夠了，雖然最大容量還是一條路沒有變，成功收到數據的概率卻提高了一倍。這種方式也叫做接收分集。
  

• MISO（Multiple Input Single Output）：多輸入單輸出，同理，雖然最大容量還是一條路沒有變，通信的成功率卻提高了一倍。這種方式也叫做發射分集。
  

• MIMO（Multiple Input Multiple Output）：多輸入多輸出，因為基站和手機都有兩根天線，硬件上具備同時收發兩路數據的條件了。這種利用多天線，復用空間中不同的傳輸路徑並行發送多份不同數據來提升容量的方法就叫空分復用。

對於 MIMO 的容量而言，木桶原理告訴我們：一只水桶能裝多少水取決於它最短的那塊木板。這就也是判斷 MIMO 最大容量的最簡單辦法，MIMO 最大容量總是受制於天線數少的一方。MIMO 系統一般寫作 AxB MIMO，A 表示基站的天線數，B 表示手機的天線數。

參考文檔

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1609302704799426168&wfr=spider&for=pc
https://blog.csdn.net/qq_20785973/article/details/102736491
http://bbs.eetop.cn/thread-483289-1-1.html
https://blog.csdn.net/qq_18536597/article/details/91384282
https://baike.baidu.com/item/RFIC