MIMO信道中隐藏的秘密
怪哉,怪哉,我们使用了两根发送天线,效果居然和单天线系统相当,这太令人失望了。那好,我们在接收端也使用2根天线,组成2x2的MIMO系统, 别忘了,2x2的MIMO系统拥有的分集增益可是4。现在的情况又如何呢?我们依然考虑上述传播环境,奇怪的事情再次发生,4条传播路径纠缠在一起,几乎 无法区分。同样,若这个传播方向上的衰落很严重的话,4条传播路径将无一幸免。2x2的MIMO系统也退化成了SISO系统!
不可思议,连武功高强的MIMO系统也败下阵来,这就好比被人连点了“檀中”、“百会”、“命门”三大要穴的武林高手,纵有千般本领,也施展不出。 难道MIMO系统的一世英名终将毁在“衰落相关性”手上?正所谓魔高一尺,道高一丈,小小的“衰落相关性”不至于成为MIMO技术的绊脚石,待我们仔细分 析分析它的特性,定能找到破解之法。
现在困扰我们最大的问题,就是传播路径纠缠在一起,若能分离出各条路径,问题也就迎刃而解了。我们回到2x2的MIMO系统上,灵感来了,如果我们 加大天线间的距离,不就能区别出传播路径了么?沿着这个思路,我们首先拉大两个发送天线的间距。现在,尽管路径1和2,3和4之间还无法区分,但两天线间 的路径已经明显分离了,换言之,我们恢复出了两个分集增益,成功了第一步。接下来,我们再拉大接收天线间的距离,现在,4条路径都清晰可辨,MIMO系统 获得了重生!
犹抱琵琶半遮面--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,DirectionofDeparture),到达角度(DoA,DirectionofArrival)。
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。
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