MIMO早期在WiFi上取得的成功 - 智能天線技術(shù)MIMO在廣域無線網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用分析

　　宣傳最多的MIMO實現(xiàn)是在固定的無線局域網(wǎng)環(huán)境中，在這種環(huán)境中MIMO的最大好處是提高了單個用戶設(shè)備的吞吐量。特別是家庭和企業(yè)級WLAN所具有的多個特性使它們成為最早采納MIMO的理想候選網(wǎng)絡(luò)，這些特性包括：

　　1. 豐富的散射

　　大多數(shù)WiFi系統(tǒng)都處在有大量散射條件的環(huán)境中，如室內(nèi)或密集的城市建筑物間。在這些環(huán)境中通常有多條傳播路徑或空間維度可用來形成多個流。事實上，室內(nèi)環(huán)境與獲得圖3所示的容量隨天線數(shù)量增加而呈線性增長所需的條件非常相似。

　　2. 獨立部署

　　獲得快速部署的一個重要因素是WiFi設(shè)備通常是最終用戶自己購買的，并且在他們自己的網(wǎng)絡(luò)中是獨立部署的。不同MIMO WiFi解決方案的互操作性并不成問題，就像IEEE 802.11n產(chǎn)品在公共MIMO標(biāo)準(zhǔn)獲得一致意見之前取得成功所表明的那樣，允許快速部署MIMO技術(shù)，不需要等到標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一。

　　3. 有限的干擾

　　同樣關(guān)鍵的是WiFi環(huán)境非常接近研究MIMO技術(shù)的理論假設(shè)。由于WiFi網(wǎng)絡(luò)的短距離和動態(tài)信道分配特性，MIMO接收器一般工作時沒有很大的共信道干擾。如果工作在沒有補償?shù)墓残诺栏蓴_環(huán)境中，這些解決方案的性能會很快下降。

　　MIMO在WiFi中的成功部署表明由MIMO提供的潛在性能改善是真實的。從實驗室結(jié)果到實際的WiFi產(chǎn)品只用了短短幾年的時間，這一事實對廣域網(wǎng)無線網(wǎng)絡(luò)運營商來說意味著再次取得成功的機會非常大。

　　廣域網(wǎng)所面臨的挑戰(zhàn)

　　使MIMO在WiFi產(chǎn)品中得到成功應(yīng)用的性能優(yōu)勢同樣使MIMO成為廣域無線移動環(huán)境中的一種可能的技術(shù)選擇。然而，移動、多蜂窩環(huán)境與WiFi射頻環(huán)境在某些方面有本質(zhì)的區(qū)別，因此移動環(huán)境面臨諸多配置方面的挑戰(zhàn)。

　　1. 干擾

　　由于采用密集的和大蜂窩部署方式，廣域環(huán)境中的干擾特別嚴(yán)重。在這種環(huán)境中，干擾抑制和大吞吐量性能都是必需的。因此，為了將MIMO在WLAN的成功應(yīng)用經(jīng)驗推廣到廣域網(wǎng)和移動寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，必須采用新的MIMO解決方案，并且要兼顧干擾和數(shù)據(jù)速率。

　　2. 有限散射

　　在某些情況下，廣域散射環(huán)境只能有一條或兩條主導(dǎo)路徑。例如，如果是視距(LOS)傳播，那么就只有一條主導(dǎo)傳播路徑，也就限制了空間復(fù)用技術(shù)的使用。

　　3. 互操作性

　　在廣域網(wǎng)絡(luò)中，所有用戶都需要無縫地通過大型網(wǎng)絡(luò)(跨越地區(qū)和運營商)與基站進行通信，因此必須支持互操作性。像上述使用空間復(fù)用或空間-時間編碼技術(shù)的解決方案需要修改協(xié)議，因此會極大地增加廣域網(wǎng)中的MIMO解決方案產(chǎn)品的面市時間。例如，接收器需要知道發(fā)送器使用的空間-時間代碼才能正確地對數(shù)據(jù)解碼。將MIMO納入移動系統(tǒng)的工作已經(jīng)在多個標(biāo)準(zhǔn)化組織中展開，比如IEEE 802.16e標(biāo)準(zhǔn)，但具有魯棒性的商用產(chǎn)品仍需相當(dāng)一段時間才能正式上市。

　　這些因素使得在廣域網(wǎng)中采用MIMO會比WiFi面臨更多的挑戰(zhàn)，需要采用能夠解決大型多蜂窩網(wǎng)絡(luò)特有屬性的新解決方案。MIMO在廣域網(wǎng)中的成功實現(xiàn)將取決于下面兩個關(guān)鍵屬性：

　　干擾抑制。在廣域網(wǎng)中為了減少干擾，至少要部分使用通過鏈路兩端的天線陣列獲得的更多自由度。與只在單端進行干擾抑制的系統(tǒng)相比，在發(fā)送器和接收器端同時進行干擾抑制可以顯著地減少網(wǎng)絡(luò)干擾。

　　魯棒性解決方案。需要開發(fā)出能夠解決主導(dǎo)傳播路徑數(shù)量有限的方案，即使在有限散射的信道中，通過發(fā)送器和接收器端組合信號仍可以獲得顯著的性能增益。最近的研究表明，即使是只有一條主導(dǎo)傳播路徑的信道(也稱為鎖眼信道，key-hole channel)，在鏈路兩端同時使用智能天線技術(shù)仍能獲得可觀的性能增益。

　　用于廣域網(wǎng)的MIMO

　　不需要修改已有協(xié)議，也不用等到新協(xié)議完成就能在現(xiàn)有廣域網(wǎng)中獲得顯著的MIMO增益?；静捎米赃m應(yīng)陣列處理技術(shù)、移動終端采用類似處理技術(shù)即可獲得明顯的性能改善，這就是上文提到的第三種基本MIMO方法。事實上，理論研究也指出，這是在廣域網(wǎng)中最常見的多信道條件下所采取的最佳方法。同時增強信號強度和干擾抑制性能對推進廣域網(wǎng)的發(fā)展、支持運營商越來越高的帶寬和多媒體業(yè)務(wù)目標(biāo)顯得尤為重要。

　　下面介紹能夠平衡干擾抑制和吞吐量的解決方案?；就ㄟ^計算天線陣列的組合權(quán)重盡量減少基站方面的干擾。同樣，移動終端使用它的天線陣列減少手機方面的干擾。由于在基站或客戶設(shè)備上都不需要特殊的鏈路編碼，因此 MIMO處理的實現(xiàn)和操作可以完全獨立于每個設(shè)備。結(jié)果將形成一個自組織和自優(yōu)化的系統(tǒng)，它能連續(xù)適應(yīng)變化的干擾環(huán)境和用戶不斷變化的業(yè)務(wù)需求。由于這種 MIMO方法中鏈路兩端設(shè)備是互相獨立的，因此即使在不同種類網(wǎng)絡(luò)或正在升級變化中的網(wǎng)絡(luò)(不是所有基站和客戶設(shè)備都裝備有多幅天線的網(wǎng)絡(luò))條件下也能提供優(yōu)異的性能。單天線終端可以使用SIMO(發(fā)送中)或MISO(接收中)信道簡單地加入這樣的網(wǎng)格，并與多天線終端一起工作。這種干擾最小化MIMO技術(shù)所帶來的總體網(wǎng)絡(luò)性能將隨著系統(tǒng)中多天線設(shè)備的增多而日益增強。

　　本文小結(jié)

　　MIMO 技術(shù)提供的性能增益為推動無線通信的下一步發(fā)展提供了極具前景的動力。為WiFi市場和廣域網(wǎng)提供性能增強的MIMO設(shè)備不久就會上市。然而，廣域移動無線系統(tǒng)中的射頻環(huán)境與WiFi完全不同，干擾是最大的挑戰(zhàn)。幸運的是，現(xiàn)在已經(jīng)有了基于自適應(yīng)天線處理技術(shù)的廣域網(wǎng)MIMO解決方案，能夠在單天線系統(tǒng)中提供巨大的性能增益。這些解決方案通過多幅天線和信道內(nèi)部固有的空間維數(shù)可以完全滿足干擾和吞吐量要求。