MIMO信道中隐藏的秘密

通过加大天线间间距来恢复分集增益的做法，看似有效，实则有些"简单粗暴"。试想，若我们的手机将来装配了多天线，为了保证MIMO系统的性能，难道让手机顶着牛角一样分叉的天线么？那么除了增大天线间距离的办法，还有没有别的思路呢？我们再看下面的传播环境：发送端到接收端的传播距离依然很远，且天线间保持小间距，不同的是，这次在周围有很多反射体存在。本来天线小间距的分集特性就不好，现在又有反射体来捣乱，形式不容乐观。但是，奇妙的事情发生了，原来令我们头疼的反射体，这一次却阴差阳错的帮了我们的大忙。正是由于它们的存在，清晰的分离出了4条传播路径，居然让小天线间距的2x2MIMO系统同样获得了4个分集增益。看来"真气所至，草木皆为利刃"。无线通信中，如何发现并利用一切可能的资源，实现"变废为宝"，实乃一大学问。

我们来分析一下刚才的例子。虽然天线间间距很小，但大量反射体的存在实际上打乱了信号的传播路径，让信号从"不同"的角度到达接收端，间接的实现了路径分离的效果。所以总结以上发现，我们找到了破解"衰落相关性"的秘籍，那就是：增大天线间距，或者差异化信号的发射角度（DoD，Direction of Departure），到达角度（DoA，Direction of Arrival）。

现实中MIMO通信网络的部署也能从上述分析中得到启示：在一个典型的小区蜂窝网中，基站往往架设在较高的地方，四面开阔，极少有反射体和遮挡物，所以基站的发射信号角度范围相对集中，为了保证MIMO系统享有较好的性能，通常在基站侧要拉大天线间的间距（至少为5到10倍波长）；而在用户侧情况就不同了。我们周围充斥着大量的建筑，墙体，用户本身就处在天然的，丰富的反射体包围中，所以用户设备一般不需要太大的天线间距就可以满足性能的需求了（一般为波长的0.5倍到1倍），现在你不用担心将来的手机长着像牛角一样分叉的天线了。

随着MIMO技术的广泛应用，多天线间的空间相关性问题逐渐引起了研究人员的高度重视。理论上，我们主要的分析方法还是建立合适的传播模型，用数学的方法进行推导，得出各参数间的相互关系，从而对实际通信系统的设计做出建议。比如，图表9中画出的模型，就是经典的"One-Ring"一环模型。它能够形象的表现出角度扩展（AS，Angle Spread），传播距离，发射角度，到达角度，天线间距等等因素之间的关系，为我们的分析提供了方便。随着研究的深入，人们发现，70%以上的通信量都发生在室内，在典型的室内环境中，除了四周的墙体，天花板和地板也是不可忽视的反射体，"一环"模型已再不满足室内环境研究的需求，于是，"一球"模型孕育而生，信道模型从二维迈入了三维（3D）时代。再后来，无线用户数量爆棚，运营商不得不通过分裂的小区等措施，来容纳更多的用户数。微小区（Micro-cell），微微小区（Pico-cell），微微微小区（Femto-cell）……的概念也不断被提出。现在无线路由器已经深入到千家万户，也许在不久的将来Femto基站也要入住室内空间，这样，发送端与接收端将同时处在丰富的反射体包围中，所以，发送端也需要建模成"3D球体"，我们可以亲切的称这种模型为"二球"模型。

结束语：

既然无线信道如此难以捉摸且变化多端，如果我们能掌握住它的动向，在它出招之前，以一招"未卜先知"首先克制住对方，对于我们岂不大为有利？这就是下一回将讨论的内容："知己知彼，百战不殆 -- 信道信息的获取和应用"。