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基于智能天线MIMO的广域无线网络设计[图]
http://www.cww.net.cn   2011年6月2日 08:06    电子工程网    

  全球的研究实验室业已证明MIMO技术在早期的无线局域网应用中的实际可行性,其系统容量非常接近实验室中同时使用空间复用和空间-时间编码技术所能达到的理论预测值。由于在最初应用中获得了巨大性能增益,MIMO技术很快走出实验室,并应用于实际的WLAN产品中。

  MIMO早期在WiFi上取得的成功

  宣传最多的MIMO实现是在固定的无线局域网环境中,在这种环境中MIMO的最大好处是提高了单个用户设备的吞吐量。特别是家庭和企业级WLAN所具有的多个特性使它们成为最早采纳MIMO的理想候选网络,这些特性包括:

  1. 丰富的散射

  大多数WiFi系统都处在有大量散射条件的环境中,如室内或密集的城市建筑物间。在这些环境中通常有多条传播路径或空间维度可用来形成多个流。事实上,室内环境与获得图3所示的容量随天线数量增加而呈线性增长所需的条件非常相似。

  2. 独立部署

  获得快速部署的一个重要因素是WiFi设备通常是最终用户自己购买的,并且在他们自己的网络中是独立部署的。不同MIMO WiFi解决方案的互操作性并不成问题,就像IEEE 802.11n产品在公共MIMO标准获得一致意见之前取得成功所表明的那样,允许快速部署MIMO技术,不需要等到标准的统一。

  3. 有限的干扰

  同样关键的是WiFi环境非常接近研究MIMO技术的理论假设。由于WiFi网络的短距离和动态信道分配特性,MIMO接收器一般工作时没有很大的共信道干扰。如果工作在没有补偿的共信道干扰环境中,这些解决方案的性能会很快下降。

  MIMO在WiFi中的成功部署表明由MIMO提供的潜在性能改善是真实的。从实验室结果到实际的WiFi产品只用了短短几年的时间,这一事实对广域网无线网络运营商来说意味着再次取得成功的机会非常大。

  广域网所面临的挑战

  使MIMO在WiFi产品中得到成功应用的性能优势同样使MIMO成为广域无线移动环境中的一种可能的技术选择。然而,移动、多蜂窝环境与WiFi射频环境在某些方面有本质的区别,因此移动环境面临诸多配置方面的挑战。

  1. 干扰

  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。

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编 辑:高娟    联系电话:010-67110006-853
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