MIMO信道中隱藏的秘密

怪哉，怪哉，我們使用了兩根發(fā)送天線(xiàn)，效果居然和單天線(xiàn)系統相當，這太令人失望了。那好，我們在接收端也使用2根天線(xiàn)，組成2x2的MIMO系統， 別忘了，2x2的MIMO系統擁有的分集增益可是4?，F在的情況又如何呢？我們依然考慮上述傳播環(huán)境，奇怪的事情再次發(fā)生，4條傳播路徑糾纏在一起，幾乎 無(wú)法區分。同樣，若這個(gè)傳播方向上的衰落很?chē)乐氐脑?huà)，4條傳播路徑將無(wú)一幸免。2x2的MIMO系統也退化成了SISO系統！

不可思議，連武功高強的MIMO系統也敗下陣來(lái)，這就好比被人連點(diǎn)了“檀中”、“百會(huì )”、“命門(mén)”三大要穴的武林高手，縱有千般本領(lǐng)，也施展不出。 難道MIMO系統的一世英名終將毀在“衰落相關(guān)性”手上？正所謂魔高一尺，道高一丈，小小的“衰落相關(guān)性”不至于成為MIMO技術(shù)的絆腳石，待我們仔細分 析分析它的特性，定能找到破解之法。

現在困擾我們最大的問(wèn)題，就是傳播路徑糾纏在一起，若能分離出各條路徑，問(wèn)題也就迎刃而解了。我們回到2x2的MIMO系統上，靈感來(lái)了，如果我們 加大天線(xiàn)間的距離，不就能區別出傳播路徑了么？沿著(zhù)這個(gè)思路，我們首先拉大兩個(gè)發(fā)送天線(xiàn)的間距?，F在，盡管路徑1和2，3和4之間還無(wú)法區分，但兩天線(xiàn)間 的路徑已經(jīng)明顯分離了，換言之，我們恢復出了兩個(gè)分集增益，成功了第一步。接下來(lái)，我們再拉大接收天線(xiàn)間的距離，現在，4條路徑都清晰可辨，MIMO系統 獲得了重生！

猶抱琵琶半遮面--MIMO信道中隱藏的秘密通過(guò)加大天線(xiàn)間間距來(lái)恢復分集增益的做法，看似有效，實(shí)則有些“簡(jiǎn)單粗暴”。試想，若我們的手機將來(lái)裝 配了多天線(xiàn)，為了保證MIMO系統的性能，難道讓手機頂著(zhù)牛角一樣分叉的天線(xiàn)么？那么除了增大天線(xiàn)間距離的辦法，還有沒(méi)有別的思路呢？我們再看下面的傳播 環(huán)境：發(fā)送端到接收端的傳播距離依然很遠，且天線(xiàn)間保持小間距，不同的是，這次在周?chē)泻芏喾瓷潴w存在。本來(lái)天線(xiàn)小間距的分集特性就不好，現在又有反射體 來(lái)?yè)v亂，形式不容樂(lè )觀(guān)。但是，奇妙的事情發(fā)生了，原來(lái)令我們頭疼的反射體，這一次卻陰差陽(yáng)錯的幫了我們的大忙。正是由于它們的存在，清晰的分離出了4條傳 播路徑，居然讓小天線(xiàn)間距的2x2MIMO系統同樣獲得了4個(gè)分集增益?？磥?lái)“真氣所至，草木皆為利刃”。無(wú)線(xiàn)通信中，如何發(fā)現并利用一切可能的資源，實(shí) 現“變廢為寶”，實(shí)乃一大學(xué)問(wèn)。

我們來(lái)分析一下剛才的例子。雖然天線(xiàn)間間距很小，但大量反射體的存在實(shí)際上打亂了信號的傳播路徑，讓信號從“不同”的角度到達接收端，間接的實(shí)現了 路徑分離的效果。所以總結以上發(fā)現，我們找到了破解“衰落相關(guān)性”的秘籍，那就是：增大天線(xiàn)間距，或者差異化信號的發(fā)射角度 （DoD，DirectionofDeparture），到達角度（DoA，DirectionofArrival）。

現實(shí)中MIMO通信網(wǎng)絡(luò )的部署也能從上述分析中得到啟示：在一個(gè)典型的小區蜂窩網(wǎng)中，基站往往架設在較高的地方，四面開(kāi)闊，極少有反射體和遮擋物， 所以基站的發(fā)射信號角度范圍相對集中，為了保證MIMO系統享有較好的性能，通常在基站側要拉大天線(xiàn)間的間距（至少為5到10倍波長(cháng)）；而在用戶(hù)側情況就 不同了。我們周?chē)涑庵?zhù)大量的建筑，墻體，用戶(hù)本身就處在天然的，豐富的反射體包圍中，所以用戶(hù)設備一般不需要太大的天線(xiàn)間距就可以滿(mǎn)足性能的需求了（一 般為波長(cháng)的0.5倍到1倍），現在你不用擔心將來(lái)的手機長(cháng)著(zhù)像牛角一樣分叉的天線(xiàn)了。