【導讀】如果你使用了4G手機，或者最新的WiFi（802.11ac）無線路由，那么你需要了解的是，它們都使用了MIMO，或者說多天線技術，但您知道嗎，今天，在市場上您能買到的這些產品的基本功能雖然都類似，而性能的優劣也許差距很大——很多廠商連自己都沒有拿到過嚴格的實驗室驗證數據。
互聯網上看評測的人很多，做評測的團隊也很多，我希望通過自己的科普和努力，使更多關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線性能排名背后的意義，并了解手機無線性能測試的基本科學知識，這就是我做微博推廣的目標。
我就一點點寫一些東西，趁著假期有空，從這一篇開始吧。
【一】先給自己正個名：我不是說瞎話的材料
在此前的微博里面，我一直在很“決斷”地提到，“國內廠商，中興、華為、聯想、酷派、小米、錘子等等，有一個算一個，均不具備MIMO性能的調試能力 ，換句話說，對于最終的性能優化，他們都沒有做，或者缺乏條件做的更好”。在WiFi的beamforming優化方面，我也指出“國內廠商目前均未開展WiFi的MIMO OTA測試工作，如果有，我們實驗室也將是第一個嘗試進行此項研究的”。
很多朋友，包括很多有通信專業背景的朋友，很善意地對我在我微博里面說的“大話”進行了提醒，他們覺得我把話說的太滿了，“不客觀”，怕我遭到打臉。
另外一部分朋友認為我嘩眾取寵而已：“一個國企單位的研究員，怎么可能做出華為都沒做的工作？！”他們認為提到的國內公司沒有出來給我打臉，不是因為我說的是對的，而是因為廠商不屑于回應——但，事實真是如此嗎？NO。
1. 對于華為來說，他們的主線是電信產品，即使是華為終端，研發部門目前的主要任務是設計出好的手機，而對測試優化方法本身的研究并非其主業——所以他們在這個方向的投入不足，其實也可以理解的；
專業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將評述他們在MIMO OTA領域中的尷尬地位，并對比我所做的工作，說起來，也算是正面對撕——其實業內人對各自所做的工作心里都有數了，如果你連這兩個我下次要撕的公司名稱都沒聽過，說明你還不具備這個領域的基本信息與常識，不應對我說的話妄下評論——但你可以拉一個聽過的人過來質疑我。
2. 中華米酷聯錘，對于國內這些終端廠商來說，雖然在最終的MIMO優化測試環節缺失，但在目前大部分消費者還未形成理性消費觀念和科普知識的情況下，并不會對產品的銷售形成決定性影響，所以對于決策層來說，做MIMO OTA的優化設計，也許還不是當務之急；
3. 手機的各個環節雖涉及專業領域，但目前依靠參考和模塊化設計，研發已全面工程化，一般人以這個思路推斷在研發型公司中不缺乏懂MIMO OTA的人，然而實際上，MIMO OTA的復雜程度需要理論方面的基礎才能深入理解，在這個很窄的領域當中，一般的工程人員短時間內是無法完全掌握的。
互聯網上，微博上，堂而皇之吹牛的人很多，在我這里，我說的“大話”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，每一個數據，因為我尊重看我微博的、在互聯網那一頭的您，如果您不信我的“大話”，您可以拉上您所認識的技術大神來質疑我，因為我必須要說，我提到的大部分技術內容，都不是一般讀者能了解的——三大運營商，以及華為、中興、聯想等，與這個領域相關的研究者，我們已經就技術層面的問題互相交流兩三年了，我幾乎每周都會查看這個領域是否有新的研究進展——懇請互聯網那一頭的您，尊重我的選擇：我選擇以一種認真的態度來寫技術類微博，我選擇以一種朋友的心態來與您對話。
還是那句話，聽其言觀其行，讓時間與實踐來檢驗吧，不要憑您的“常識”認為我說的話是“大話”，如果我守“常規”，也不會做到這個方向上來……
【二】多天線是怎么起作用的？
MIMO有好幾種模式：
1. 被運營商喊破嗓子的廣告詞——4G的“極速”上網，這實際上是空間復用模式（Spatial multiplexing）；如果把以前的單天線（2G和3G手機均為單天線）認為是一個人向你傳遞信息，那么空間復用可以理解為同時（同頻）有n個人向你傳遞不同的信息，因此在同一時段內，你獲得的信息量就是原來單天線系統的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，號稱自己有“睿動天線“技術，可以讓天線的發射方向跟著用戶跑，這是MIMO的“波束賦形”的模式（Beamforming）——在實際系統中這個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賣點上的宣傳。
在下圖中，手機從上面按紅色箭頭方向移動到下面，4個發射天線形成的合成波束也就跟蹤到下面——理想情況哈，實際情況..
3. 發射或接收分集模式（diversity）：簡單點解釋，可比喻為——飛鴿傳書，為了避免放飛一只鴿子被敵人截殺而導致信息傳遞失敗，可以同時放飛多個鴿子傳遞同一則情報，所以信息量雖然沒有變化，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，在實際通信系統中常常被設計為根據接收條件而自動切換，也可以被設計為同時混合使用等等。
再強調一遍：MIMO最核心的實際上是數學算法，而不是幾根物理上的天線！
但數學算法是否能高效運行，還取決于天線的設計與實際的信道條件：如果多根天線構造出來的收發系統，其各通路之間的“相關性”很高，那么實際就相當于只有一根天線收發的效果——這雖然不夠準確，但已是我能想到的最通俗的解釋方法，如果用數學公式，會比較復雜，這里指的“相關性“是統計意義上的 ，需要用到隨機過程理論和矩陣計算。
我們說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，對通信來說，更多的是指其數學算法獨步武林（有興趣的同學請查查高通幾個創始人的背景），而且其高薪網羅了一批算法科學家持續在這個領域里面進行基礎性研究。
【三】算法設計中的挑戰——無線信道模型：
如上所述，影響MIMO算法效率（對用戶來說，就是4G或802.11ac WiFi的下載速率）的一個非常重要的因素是信道的“相關性”。而最開始做MIMO算法設計的研究者專長在數字信號處理（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化算法的設計，于是，3GPP在2000年左右開始召集做適用于MIMO的信道模型，這就是2003年定稿的SCM信道模型[6]。
實際上，關于信道的研究，即信道測量與建模，本身又是另一個單獨的領域。
進一步，當算法設計完成并應用于基帶芯片當中，甚至當整個4G手機完成了設計之后，為了考察硬件信號完整性、天線與射頻設計、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模擬的4G網絡中進行下載速率的測量。有兩個選擇，其一，就是放到真實的網絡中，我們稱之為路測；其二，就是放置到一個信道參數可控的實驗室當中，我們稱之為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長，其他諸如算法設計、天線設計等方面，我僅僅一知半解而已，我期待有研發的朋友來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年發表的一篇文章中，關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，還沒有一家手機廠商對此有實質性的研究，更不用說搭建類似的測試環境了，您會不會覺得驚訝？——當你認真做一件事情的時候，你會在幾乎每個領域里面都會看到自己的不足，這并不可怕，迎頭趕上便是，最怕就是，連差距都看不到，而妄言愛國。
