智能天线技术MIMO在广域无线网络中的应用分析

图3：具有N幅发送和接收天线的MIMO系统在保持总发送功率不变的条件下理论平均容量相对信噪比(SNR)曲线。

由于采用密集的和大蜂窝部署方式，广域环境中的干扰特别严重。在这种环境中，干扰抑制和大吞吐量性能都是必需的。因此，为了将MIMO在WLAN的成功应用经验推广到广域网和移动宽带数据业务，必须采用新的MIMO解决方案，并且要兼顾干扰和数据速率。

2. 有限散射

在某些情况下，广域散射环境只能有一条或两条主导路径。例如，如果是视距(LOS)传播，那么就只有一条主导传播路径，也就限制了空间复用技术的使用。

3. 互操作性

在广域网络中，所有用户都需要无缝地通过大型网络(跨越地区和运营商)与基站进行通信，因此必须支持互操作性。像上述使用空间复用或空间-时间编码技术的解决方案需要修改协议，因此会极大地增加广域网中的MIMO解决方案产品的面市时间。例如，接收器需要知道发送器使用的空间-时间代码才能正确地对数据解码。将MIMO纳入移动系统的工作已经在多个标准化组织中展开，比如IEEE 802.16e标准，但具有鲁棒性的商用产品仍需相当一段时间才能正式上市。

这些因素使得在广域网中采用MIMO会比WiFi面临更多的挑战，需要采用能够解决大型多蜂窝网络特有属性的新解决方案。MIMO在广域网中的成功实现将取决于下面两个关键属性：

干扰抑制。在广域网中为了减少干扰，至少要部分使用通过链路两端的天线阵列获得的更多自由度。与只在单端进行干扰抑制的系统相比，在发送器和接收器端同时进行干扰抑制可以显著地减少网络干扰。

鲁棒性解决方案。需要开发出能够解决主导传播路径数量有限的方案，即使在有限散射的信道中，通过发送器和接收器端组合信号仍可以获得显著的性能增益。最近的研究表明，即使是只有一条主导传播路径的信道(也称为锁眼信道，key-hole channel)，在链路两端同时使用智能天线技术仍能获得可观的性能增益。

用于广域网的MIMO

不需要修改已有协议，也不用等到新协议完成就能在现有广域网中获得显著的MIMO增益。基站采用自适应阵列处理技术、移动终端采用类似处理技术即可获得明显的性能改善，这就是上文提到的第三种基本MIMO方法。事实上，理论研究也指出，这是在广域网中最常见的多信道条件下所采取的最佳方法。同时增强信号强度和干扰抑制性能对推进广域网的发展、支持运营商越来越高的带宽和多媒体业务目标显得尤为重要。

下面介绍能够平衡干扰抑制和吞吐量的解决方案。基站通过计算天线阵列的组合权重尽量减少基站方面的干扰。同样，移动终端使用它的天线阵列减少手机方面的干扰。由于在基站或客户设备上都不需要特殊的链路编码，因此MIMO处理的实现和操作可以完全独立于每个设备。结果将形成一个自组织和自优化的系统，它能连续适应变化的干扰环境和用户不断变化的业务需求。由于这种MIMO方法中链路两端设备是互相独立的，因此即使在不同种类网络或正在升级变化中的网络(不是所有基站和客户设备都装备有多幅天线的网络)条件下也能提供优异的性能。单天线终端可以使用SIMO(发送中)或MISO(接收中)信道简单地加入这样的网格，并与多天线终端一起工作。这种干扰最小化MIMO技术所带来的总体网络性能将随着系统中多天线设备的增多而日益增强。

本文小结

MIMO技术提供的性能增益为推动无线通信的下一步发展提供了极具前景的动力。为WiFi市场和广域网提供性能增强的MIMO设备不久就会上市。然而，广域移动无线系统中的射频环境与WiFi完全不同，干扰是最大的挑战。幸运的是，现在已经有了基于自适应天线处理