【導讀】如果你使用了4G手機，或者最新的WiFi（802.11ac）無(wú)線(xiàn)路由，那么你需要了解的是，它們都使用了MIMO，或者說(shuō)多天線(xiàn)技術(shù)，但您知道嗎，今天，在市場(chǎng)上您能買(mǎi)到的這些產(chǎn)品的基本功能雖然都類(lèi)似，而性能的優(yōu)劣也許差距很大——很多廠(chǎng)商連自己都沒(méi)有拿到過(guò)嚴格的實(shí)驗室驗證數據。
互聯(lián)網(wǎng)上看評測的人很多，做評測的團隊也很多，我希望通過(guò)自己的科普和努力，使更多關(guān)注我的朋友們拿到我的測試數據之后（或者以后看到別人的數據），能夠自行分辨出各款手機無(wú)線(xiàn)性能排名背后的意義，并了解手機無(wú)線(xiàn)性能測試的基本科學(xué)知識，這就是我做微博推廣的目標。
我就一點(diǎn)點(diǎn)寫(xiě)一些東西，趁著(zhù)假期有空，從這一篇開(kāi)始吧。
【一】先給自己正個(gè)名：我不是說(shuō)瞎話(huà)的材料
在此前的微博里面，我一直在很“決斷”地提到，“國內廠(chǎng)商，中興、華為、聯(lián)想、酷派、小米、錘子等等，有一個(gè)算一個(gè)，均不具備MIMO性能的調試能力 ，換句話(huà)說(shuō)，對于最終的性能優(yōu)化，他們都沒(méi)有做，或者缺乏條件做的更好”。在WiFi的beamforming優(yōu)化方面，我也指出“國內廠(chǎng)商目前均未開(kāi)展WiFi的MIMO OTA測試工作，如果有，我們實(shí)驗室也將是第一個(gè)嘗試進(jìn)行此項研究的”。
很多朋友，包括很多有通信專(zhuān)業(yè)背景的朋友，很善意地對我在我微博里面說(shuō)的“大話(huà)”進(jìn)行了提醒，他們覺(jué)得我把話(huà)說(shuō)的太滿(mǎn)了，“不客觀(guān)”，怕我遭到打臉。
另外一部分朋友認為我嘩眾取寵而已：“一個(gè)國企單位的研究員，怎么可能做出華為都沒(méi)做的工作？！”他們認為提到的國內公司沒(méi)有出來(lái)給我打臉，不是因為我說(shuō)的是對的，而是因為廠(chǎng)商不屑于回應——但，事實(shí)真是如此嗎？NO。
1. 對于華為來(lái)說(shuō)，他們的主線(xiàn)是電信產(chǎn)品，即使是華為終端，研發(fā)部門(mén)目前的主要任務(wù)是設計出好的手機，而對測試優(yōu)化方法本身的研究并非其主業(yè)——所以他們在這個(gè)方向的投入不足，其實(shí)也可以理解的；
專(zhuān)業(yè)做測試方法及系統的公司，SISO OTA比較知名的是美國ETS-Lindgen和法國Satimo，我在下一篇微博里面會(huì )將評述他們在MIMO OTA領(lǐng)域中的尷尬地位，并對比我所做的工作，說(shuō)起來(lái)，也算是正面對撕——其實(shí)業(yè)內人對各自所做的工作心里都有數了，如果你連這兩個(gè)我下次要撕的公司名稱(chēng)都沒(méi)聽(tīng)過(guò)，說(shuō)明你還不具備這個(gè)領(lǐng)域的基本信息與常識，不應對我說(shuō)的話(huà)妄下評論——但你可以拉一個(gè)聽(tīng)過(guò)的人過(guò)來(lái)質(zhì)疑我。
2. 中華米酷聯(lián)錘，對于國內這些終端廠(chǎng)商來(lái)說(shuō)，雖然在最終的MIMO優(yōu)化測試環(huán)節缺失，但在目前大部分消費者還未形成理性消費觀(guān)念和科普知識的情況下，并不會(huì )對產(chǎn)品的銷(xiāo)售形成決定性影響，所以對于決策層來(lái)說(shuō)，做MIMO OTA的優(yōu)化設計，也許還不是當務(wù)之急；
3. 手機的各個(gè)環(huán)節雖涉及專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域，但目前依靠參考和模塊化設計，研發(fā)已全面工程化，一般人以這個(gè)思路推斷在研發(fā)型公司中不缺乏懂MIMO OTA的人，然而實(shí)際上，MIMO OTA的復雜程度需要理論方面的基礎才能深入理解，在這個(gè)很窄的領(lǐng)域當中，一般的工程人員短時(shí)間內是無(wú)法完全掌握的。
互聯(lián)網(wǎng)上，微博上，堂而皇之吹牛的人很多，在我這里，我說(shuō)的“大話(huà)”都是有99%的把握的，我慎重對待我自己的微博上的每一句話(huà)，每一個(gè)數據，因為我尊重看我微博的、在互聯(lián)網(wǎng)那一頭的您，如果您不信我的“大話(huà)”，您可以拉上您所認識的技術(shù)大神來(lái)質(zhì)疑我，因為我必須要說(shuō)，我提到的大部分技術(shù)內容，都不是一般讀者能了解的——三大運營(yíng)商，以及華為、中興、聯(lián)想等，與這個(gè)領(lǐng)域相關(guān)的研究者，我們已經(jīng)就技術(shù)層面的問(wèn)題互相交流兩三年了，我幾乎每周都會(huì )查看這個(gè)領(lǐng)域是否有新的研究進(jìn)展——懇請互聯(lián)網(wǎng)那一頭的您，尊重我的選擇：我選擇以一種認真的態(tài)度來(lái)寫(xiě)技術(shù)類(lèi)微博，我選擇以一種朋友的心態(tài)來(lái)與您對話(huà)。
還是那句話(huà)，聽(tīng)其言觀(guān)其行，讓時(shí)間與實(shí)踐來(lái)檢驗吧，不要憑您的“常識”認為我說(shuō)的話(huà)是“大話(huà)”，如果我守“常規”，也不會(huì )做到這個(gè)方向上來(lái)……
【二】多天線(xiàn)是怎么起作用的？
MIMO有好幾種模式：
1. 被運營(yíng)商喊破嗓子的廣告詞——4G的“極速”上網(wǎng)，這實(shí)際上是空間復用模式（Spatial multiplexing）；如果把以前的單天線(xiàn)（2G和3G手機均為單天線(xiàn)）認為是一個(gè)人向你傳遞信息，那么空間復用可以理解為同時(shí)（同頻）有n個(gè)人向你傳遞不同的信息，因此在同一時(shí)段內，你獲得的信息量就是原來(lái)單天線(xiàn)系統的n倍——也就是你的下載速率提高了n倍！
下圖如果看不懂，就略去吧......
2. 現在有些WiFi路由器支持802.11ac，號稱(chēng)自己有“睿動(dòng)天線(xiàn)“技術(shù)，可以讓天線(xiàn)的發(fā)射方向跟著(zhù)用戶(hù)跑，這是MIMO的“波束賦形”的模式（Beamforming）——在實(shí)際系統中這個(gè)功能的效用與理論設計是有很大差距的，以后我們單列一章去討論，所以目前我建議消費者應謹慎地對待商家在這個(gè)賣(mài)點(diǎn)上的宣傳。
在下圖中，手機從上面按紅色箭頭方向移動(dòng)到下面，4個(gè)發(fā)射天線(xiàn)形成的合成波束也就跟蹤到下面——理想情況哈，實(shí)際情況..
3. 發(fā)射或接收分集模式（diversity）：簡(jiǎn)單點(diǎn)解釋?zhuān)杀扔鳛?mdash;—飛鴿傳書(shū)，為了避免放飛一只鴿子被敵人截殺而導致信息傳遞失敗，可以同時(shí)放飛多個(gè)鴿子傳遞同一則情報，所以信息量雖然沒(méi)有變化，但是信息傳遞成功的概率大大增加了——這就是分集的好處。
MRC是分集的一種算法。
分集帶來(lái)的好處可以參照下圖，最左是未做分集的覆蓋范圍，中間是兩根分集，最右是4根分集，紅色代表接收錯誤，藍色代表接收正常——分集使得覆蓋范圍變大了！
以上幾種模式，在實(shí)際通信系統中常常被設計為根據接收條件而自動(dòng)切換，也可以被設計為同時(shí)混合使用等等。
再強調一遍：MIMO最核心的實(shí)際上是數學(xué)算法，而不是幾根物理上的天線(xiàn)！
但數學(xué)算法是否能高效運行，還取決于天線(xiàn)的設計與實(shí)際的信道條件：如果多根天線(xiàn)構造出來(lái)的收發(fā)系統，其各通路之間的“相關(guān)性”很高，那么實(shí)際就相當于只有一根天線(xiàn)收發(fā)的效果——這雖然不夠準確，但已是我能想到的最通俗的解釋方法，如果用數學(xué)公式，會(huì )比較復雜，這里指的“相關(guān)性“是統計意義上的 ，需要用到隨機過(guò)程理論和矩陣計算。
我們說(shuō)高通的基帶芯片很強大，并不單單指它的運算速度快、功能強大、bug少，對通信來(lái)說(shuō)，更多的是指其數學(xué)算法獨步武林（有興趣的同學(xué)請查查高通幾個(gè)創(chuàng )始人的背景），而且其高薪網(wǎng)羅了一批算法科學(xué)家持續在這個(gè)領(lǐng)域里面進(jìn)行基礎性研究。
【三】算法設計中的挑戰——無(wú)線(xiàn)信道模型：
如上所述，影響MIMO算法效率（對用戶(hù)來(lái)說(shuō)，就是4G或802.11ac WiFi的下載速率）的一個(gè)非常重要的因素是信道的“相關(guān)性”。而最開(kāi)始做MIMO算法設計的研究者專(zhuān)長(cháng)在數字信號處理（DSP），他們使用普通的SISO的信道模型（如瑞利信道或萊斯信道）進(jìn)行MIMO算法設計，這顯然是不準確的，需要定義新的信道模型以便優(yōu)化算法的設計，于是，3GPP在2000年左右開(kāi)始召集做適用于MIMO的信道模型，這就是2003年定稿的SCM信道模型[6]。
實(shí)際上，關(guān)于信道的研究，即信道測量與建模，本身又是另一個(gè)單獨的領(lǐng)域。
進(jìn)一步，當算法設計完成并應用于基帶芯片當中，甚至當整個(gè)4G手機完成了設計之后，為了考察硬件信號完整性、天線(xiàn)與射頻設計、芯片算法等等的整體效果，我們需要將整臺手機放置在一個(gè)模擬的4G網(wǎng)絡(luò )中進(jìn)行下載速率的測量。有兩個(gè)選擇，其一，就是放到真實(shí)的網(wǎng)絡(luò )中，我們稱(chēng)之為路測；其二，就是放置到一個(gè)信道參數可控的實(shí)驗室當中，我們稱(chēng)之為MIMO OTA測試。
只有最后的MIMO OTA這一小部分，是我的研究方向和專(zhuān)長(cháng)，其他諸如算法設計、天線(xiàn)設計等方面，我僅僅一知半解而已，我期待有研發(fā)的朋友來(lái)給我糾正以上有描述不恰當的地方。
本文第一張圖，是日本panasonic公司于2005年發(fā)表的一篇文章中，關(guān)于手持設備的測試方法和原理的介紹。如果我告訴您，以我了解的范圍內，國內即使到了2015年的2月，還沒(méi)有一家手機廠(chǎng)商對此有實(shí)質(zhì)性的研究，更不用說(shuō)搭建類(lèi)似的測試環(huán)境了，您會(huì )不會(huì )覺(jué)得驚訝？——當你認真做一件事情的時(shí)候，你會(huì )在幾乎每個(gè)領(lǐng)域里面都會(huì )看到自己的不足，這并不可怕，迎頭趕上便是，最怕就是，連差距都看不到，而妄言愛(ài)國。
