從用于移動WiMAX的早期MIMO實現中得到的重要經驗

目前，無線運營商正在將重點轉向數據和多媒體業務，并以此作為收入增長點。由于選用這些業務的用戶經濟能力有很大的差別，因此迫切需要改善無線設備性能，實現實質性的差異化(見圖1)。不幸的是，除了空間尺寸外，近年來無線領域中并沒有開發出太多新的性能改進技術。而多天線信號處理(MAS)軟件可以更好地用來控制無線能量的空間分布，并被證明可以將性能提高幾個數量級。因此MAS現在已經成為下一代無線網絡的重要組成部分。

在去年早些時候的電子工程專輯中我們已經對MAS技術做了簡要介紹(包括眾所周知的智能天線、空間時間處理或MIMO)，當時重點討論了源于Wi-Fi的MIMO技術應用于廣域系統時需要考慮的問題。本文將詳細介紹不同MAS架構的基本功能以及WiMAX環境下MIMO的實現。

多天線信號處理的本質

所有MAS架構都遵從相同的基本原理：在通信鏈路的一端或兩端(也就是基站和/或用戶設備)有兩幅以上的天線，它們需要對這些天線的接收和/或發射信號執行某種程度的協同處理。因此，關鍵設計選擇和需要考慮的變化因素包括：

1. 基站中無線收發鏈路的數量；

2. 用戶設備上無線收發鏈路的數量；

3. 目標利益(表1中哪些是追求的目標？)；

4. 在業務信道、鏈路的某個方向和某個端點(上行和/或下行、發送和/或接收)上所采用的MAS算法種類；

5. 控制信道處理的方法；

6. 物理層處理(實現MAS的地方)和媒體訪問層(調度)之間的協作程度和特征；

7. 發送校準的方法。

采用MAS技術的網絡系統工程需要根據以下內容對這些基本架構做出最優選擇：

1. 空中接口要適應或兼容MAS(并不是所有接口都能適用于MAS的實現)。

2. 功能靈活性——蜂窩中的所有用戶是否都要受限于相同的處理模式、算法和天線數量，或者說系統能否采用多種方法來適用于不同的應用條件？

3. 應用本身的許多屬性，即所支持的網絡工作情況，包括網絡規模、負載、頻譜分配、業務定義、用戶行為(包括移動性)、成本和復雜性約束，特別是地點設定及客戶設備、綠色場地對升級部署的影響等。

措施和功效

所有MAS架構和處理方法都利用了以下四種增益和功能的一些組合：

空間分集 充分利用了固有信道差異的優勢，這些差異存在于以空間或極化分隔的天線之間。空間分集只有在并非所有信道都同時處于深度衰落的條件下才有用，這種可能性與環境中的散射數量有很大的關系。空間分集鏈路預算增益一般在4~7dB量級。

相干(合成)處理 在理解無線信道特征(信道狀態信息)的基礎上，對送往或來自多個天線的信號進行加權，并在感興趣的無線空間方向創建最大的相干合成信號(或具有最高靈敏度)。這種方法可以額外降低一些被動干擾，因為更加集中的能量分布在一定程度上可以減少固有的同道干擾。這種合成多路信號來提高相干增益的方法稱作為“波束成形”，盡管者在事實上是最有效的方法，但在多徑和散射環境中工作時并不創建真正的“波束”。最大比例合成(MRC)或發射(MRT)就是這類例子。最終的合成增益是天線數量(通常為10log(n))和所用信道信息質量的函數。

圖1：針對所消耗的單位網絡容量，用戶表達為各類業務的消費意愿時，在語音、視頻和數據業務方面的意愿支出顯示出巨大差別