MIMO技術(shù)體系結(jié)構(gòu)與應(yīng)用

為了提高系統(tǒng)容量,下一代的無線寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)將會(huì)采用MIMO技術(shù),即在基站端放置多個(gè)天線,在移動(dòng)臺(tái)也放置多個(gè)天線,基站和移動(dòng)臺(tái)之間形成MIMO通信鏈路。應(yīng)用MIMO技術(shù)的無線寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)從基站端的多天線放置方法上可以分為兩大類:一類是多個(gè)基站天線集中排列形成天線陣列,放置于覆蓋小區(qū),這一類可以稱為集中式MIMO;另一類是基站的多個(gè)天線分散放置在覆蓋小區(qū),可以稱為分布式MIMO。

MIMO技術(shù)可以比較簡單地直接應(yīng)用于傳統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng),將基站的單天線換為多個(gè)天線構(gòu)成的天線陣列;就ㄟ^天線陣列與小區(qū)內(nèi)的具有多個(gè)天線的移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行MIMO通信。從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的角度看,這樣的MIMO系統(tǒng)與傳統(tǒng)的單入單出(SISO)蜂窩通信系統(tǒng)相比并沒有根本的區(qū)別。

傳統(tǒng)的分布式天線系統(tǒng)可以克服大尺度衰落和陰影衰落造成的信道路徑損耗,能夠在小區(qū)內(nèi)形成良好的系統(tǒng)覆蓋,解決小區(qū)內(nèi)的通信死角,提高通信服務(wù)質(zhì)量。最近在MIMO技術(shù)的研究中發(fā)現(xiàn),傳統(tǒng)的分布式天線系統(tǒng)與MIMO技術(shù)相結(jié)合可以提高系統(tǒng)容量,這種新的分布式MIMO系統(tǒng)結(jié)構(gòu)——分布式無線通信系統(tǒng)(DWCS)[8]成為MIMO技術(shù)的重要研究熱點(diǎn)。

在采用分布式MIMO的DWCS系統(tǒng)中,分散在小區(qū)內(nèi)的多個(gè)天線通過光纖和基站處理器相連接。具有多天線的移動(dòng)臺(tái)和分散在附近的基站天線進(jìn)行通信,與基站建立了MIMO通信鏈路。這樣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不僅具備了傳統(tǒng)的分布式天線系統(tǒng)的優(yōu)勢,減少了路徑損耗,克服了陰影效應(yīng),同時(shí)還通過MIMO技術(shù)顯著提高了信道容量。與集中式MIMO相比,DWCS的基站天線之間距離較遠(yuǎn),不同天線與移動(dòng)臺(tái)之間形成的信道衰落可以看作完全不相關(guān),信道容量更大。總體上說,分布式MIMO系統(tǒng)的信道容量更大,系統(tǒng)功耗更小,系統(tǒng)覆蓋性能更好,系統(tǒng)具有更好的擴(kuò)展性和靈活性。

分布式MIMO的DWCS系統(tǒng)也帶來了一些新問題。移動(dòng)臺(tái)和小區(qū)內(nèi)鄰近的天線建立的MIMO鏈路,由于基站不同天線的位置不同,它們距離移動(dòng)臺(tái)的距離不同,使得基站端的多個(gè)天線的信號(hào)到達(dá)移動(dòng)臺(tái)的延時(shí)也不同,因此帶來新的研究問題。目前在這方面研究較多的是進(jìn)行容量分析。除此之外的研究內(nèi)容還包括:具體的同步技術(shù)、信道估計(jì)、天線選擇、發(fā)射方案、信號(hào)檢測技術(shù)等,這些問題有待深入研究。

MIMO技術(shù)已經(jīng)成為無線通信領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一,通過近幾年的持續(xù)發(fā)展,MIMO技術(shù)將越來越多地應(yīng)用于各種無線通信系統(tǒng)。在無線寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)方面,第3代移動(dòng)通信合作計(jì)劃(3GPP)已經(jīng)在標(biāo)準(zhǔn)中加入了MIMO技術(shù)相關(guān)的內(nèi)容,B3G和4G的系統(tǒng)中也將應(yīng)用MIMO技術(shù)。在無線寬帶接入系統(tǒng)中,正在制訂中的802.16e、802.11n和802.20等標(biāo)準(zhǔn)也采用了MIMO技術(shù)。在其他無線通信系統(tǒng)研究中,如超寬帶(UWB)系統(tǒng)、感知無線電系統(tǒng)(CR),都在考慮應(yīng)用MIMO技術(shù)。

隨著使用天線數(shù)目的增加,MIMO技術(shù)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度大幅度增高,從而限制了天線的使用數(shù)目,不能充分發(fā)揮MIMO技術(shù)的優(yōu)勢。目前,如何在保證一定的系統(tǒng)性能的基礎(chǔ)上降低MIMO技術(shù)的算法復(fù)雜度和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度,成為業(yè)界面對的巨大挑戰(zhàn)。


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