MIMO天線3種技術及應用場景分析
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BLAST算法是貝爾實驗室提出的一種有效的空時處理算法，目前已廣泛應用于MIMO系統(tǒng)中。BLAST算法分為D-BLAST算法和V-BLAST算法。
D-BLAST算法是由貝爾實驗室的G.J.Foschini于1996年提出的。對于D-BLAST算法，原始數據被分為若干子數據流，每個子流獨立進行編碼，而且被循環(huán)分配到不同的發(fā)射天線。D-BLAST的好處是每個子流的數據都可以通過不同的空間路徑到達接收端，從而提高了鏈路的可靠性，但其復雜度太大，難以實際使用。
1998年G.D.Golden和G.J.Foschini提出了改進的V-BLAST算法，該算法不再對所有接收到的信號同時解碼，而是先對最強信號進行解碼，然后在接收信號中減去最強信號，再對剩余信號中最強信號進行解碼，再次減去，如此循環(huán)，直到所有信號都被解出。
2002年10月，世界上第一個BLAST芯片在貝爾實驗室問世，這標志著MIMO技術走向商用的開始。
1.3 波束成型技術
波束成型技術又稱為智能天線，通過對多個天線輸出信號的相關性進行相位加權，使信號在某個方向形成同相疊加，在其他方向形成相位抵消，從而實現信號的增益。
當系統(tǒng)發(fā)射端能夠獲取信道狀態(tài)信息時(如TDD系統(tǒng))，系統(tǒng)會根據信道狀態(tài)調整每個天線發(fā)射信號的相位(數據相同)，以保證在目標方向達到最大的增益;當系統(tǒng)發(fā)射端不知道信道狀態(tài)時，可以采用隨機波束成形方法實現多用戶分集。
空間復用能最大化MIMO系統(tǒng)的平均發(fā)射速率，但只能獲得有限的分集增益，在信噪比較小時使用，可能無法使用高階調制方式(如16QAM等)。
無線信號在密集城區(qū)、室內覆蓋等環(huán)境中會頻繁反射，使得多個空間信道之間的衰落特性更加獨立，從而使得空間復用的效果更加明顯。
無線信號在市郊、農村地區(qū)，多徑分量少，各空間信道之間的相關性較大，因此空間復用的效果要差許多。
對發(fā)射信號進行空時編碼可以獲得額外的分集增益和編碼增益，從而可以在信噪比相對較小的無線環(huán)境下使用高階調制方式，但無法獲取空間并行信道帶來的速率紅利。空時編碼技術在無線相關性較大的場合也能很好地發(fā)揮效能。
因此，在MIMO的實際使用中，空間復用技術往往和空時編碼結合使用。當信道處于理想狀態(tài)或信道間相關性小時，發(fā)射端采用空間復用的發(fā)射方案，例如密集城區(qū)、室內覆蓋等場景;當信道間相關性大時，采用空時編碼的發(fā)射方案，例如市郊、農村地區(qū)。這也是3GPP在FDD系統(tǒng)中推薦的方式。
波束成型技術在能夠獲取信道狀態(tài)信息時，可以實現較好的信號增益及干擾抑制，因此比較適合TDD系統(tǒng)。
依據文獻[4]，波束成型技術不適合密集城區(qū)、室內覆蓋等環(huán)境，由于反射的原因，一方面接收端會收到太多路徑的信號，導致相位疊加的效果不佳;另一方面，大量的多徑信號會導致DOA信息估算困難。
3 二重接收分集技術的數據速率提升作用
3G(WCDMA)室內空間二重分集接收的實測數據速率，也可說明多天線作用。室內分布空間二重分集接收如圖4所示。
從表1可看出室內覆蓋，二重分集接收速率提升2倍以上。
相關的規(guī)劃設計人員應該思考在大樓內建3G基站，該花的錢，如基站主設備、物業(yè)、管道、基房、配套電源及空調等等加起來恐怕不會少于10萬元，但僅僅缺少一路主饋線(200 m 0.6萬元)不能用于分集(注意，原2天線1~2之間8 m沒有分集)，現改為分集，使得系統(tǒng)數據容量翻倍。
4 不強不弱的均勻信號覆蓋對數據速率的影響
在3G/4G技術中，MIMO技術理論上為數據實現高階調制，但是在實際覆蓋區(qū)內信號太強或太弱都不可能實現數據高階調制，只有不強不弱的均勻信號才能采用數據高階調制，從而得到數據速率的提升。
4.1 泰爾實驗室實測數據[5]
泰爾實驗室實測WLAN(OFDM)數據速率與場強關系見表2。
4.2 A8 Super Wi-Fi設備性能
京信公司無線傳輸與接入事業(yè)部提供的A8 Super Wi-Fi設備性能見表3。
實際工程為了90%無線覆蓋區(qū)可接入系統(tǒng)，應有8dB陰影衰落儲備，因此其覆蓋電平對應數據速率應如表3所示。
4.3 結論
從表2和表3可看出當接收機輸入電平為-82dBm時，數據速率僅為6 Mbit/s，當接收機輸入電平為-65dBm時，數據速率達到54 Mbit/s，數據速率提升9倍，說明未來LTE基站邊界電平應取-75dBm，而不是2G時代的-85dBm。
5 未來MIMO天線建設模式
將可能有2種天線建設模式：即2G/3G時代的宏基站天線建設模式和分布式天線建設模式。
5.1 宏基站天線建設模式
宏基站天線建設模式如圖5所示，將MIMO天線放在3扇區(qū)中心的30 m高塔上。圖6示出的是宏基站覆蓋信號電平分布示意圖。
5.2 分布式天線建設模式
圖7示出的是文獻[3]給出的建設模式。圖7中1+6個近遠端覆蓋范圍等于1個宏基站覆蓋范圍。覆蓋區(qū)內采取小功率、多天線的模式進行覆蓋。天線掛高不宜過高(8m左右);室外天線口功率為15~30dBm;市區(qū)天線覆蓋半徑在150 m以內。
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