常見(jiàn)問(wèn)題
下(xià)一(yī)代蜂窩網絡的(de)MIMO技(∞→jì)術(shù)
所有(yǒu)的(de)無線技(jì)術(sh≈™ù)都(dōu)面臨信号衰落、多(duō)♠↓>↓徑、不(bù)斷增加的(de)幹擾和(hé)受限制(zhì)的(de®★♣)頻(pín)譜的(de)挑戰。多(duō)輸入多(duō)↓€輸出(MIMO)技(jì)術(shù)在不(bù)需要(yào)占用(yòng)額外(<×wài)的(de)無線電(diàn)頻(pín)率的♥↓≠(de)條件(jiàn)下(xià)，利用(y≠♥σòng)多(duō)徑來(lái)提供更高(↔¥gāo)的(de)數(shù)據吞吐量，并同時(shí) ≤增加覆蓋範圍和(hé)可(kě)靠性。它解決了(le)當今任何無線電(diàn♦ φ★)技(jì)術(shù)都(dōu)面臨的(de)兩個(gè)最困難的(d e)問(wèn)題，即速度與覆蓋範圍。
使用(yòng)MIMO處理(lǐ)的(de)數(©→≠shù)字通(tōng)信技(jì)術(shù)已經作₹•∑★(zuò)為(wèi)具有(yǒu)革命性重要(yào)意義的(§₹←♦de)無線電(diàn)系統的(de)突破性技(jì)術(shù)出現(xi♦♥$γàn)。這(zhè)種調制(zhì)格式顯€€™示出頻(pín)譜上(shàng)的(de)一(yī)緻性，能(nén¶€ g)實現(xiàn)更高(gāo)的(d↓♣"e)數(shù)據速率和(hé)更高(gāo)的(de)頻(pín)譜效率✘Ω，允許更大(dà)的(de)覆蓋範圍，并支持與現(x'§"©iàn)有(yǒu)的(de)OFDM标準的(de)後向兼容。本文(wén)将解釋為(wèi)何MIMO與其OFD₹ M調制(zhì)技(jì)術(shù)适δ>♣§合于下(xià)一(yī)代蜂窩技(jì→∏₽)術(shù)的(de)部署。但(dàn)是(shì)，首先讓☆∑γ我們快(kuài)速了(le)解一(yī)下(xià)MIMO技('✔®®jì)術(shù)。
MIMO基礎
通(tōng)常提供一(yī)個(gè)總結某種技(jì)術 ↔(shù)的(de)突出特性的(de)簡潔定義非常有(yǒ©♠♦&u)用(yòng)。MIMO即為(wèi)相(xiàng)同的(★®β♦de)時(shí)間(jiān)在相(xiàng)同的ε(de)無線電(diàn)信道(dào)內(nèi)傳輸的(§≥β↑de)兩個(gè)或更多(duō)的(de)數(shù)據信号。MIMO是(s≈§✘♥hì)一(yī)種在一(yī)個(gè)無線電(diàn)信道(dà±✘o)內(nèi)傳輸和(hé)接收兩個(gè)或多(duō)個(gè)§★$→不(bù)同的(de)數(shù)據流的(de)革命性☆φγσ的(de)多(duō)維方法，這(zhè)樣系統在每個γ✔ β(gè)信道(dào)內(nèi)傳送的(de)數(shù™α♣φ)據率能(néng)提高(gāo)兩倍或更多(duō)倍。
如(rú)圖1所示，超過一(yī)個(gè)Ω®↓的(de)射頻(pín)相(xiàng)幹上(↔φ ≈shàng)變頻(pín)器(qì)和(hé)天線被用(yòng)來(lái)發送多(duō)組信号，以及超過一(₹ ←✔yī)個(gè)射頻(pín)相(xiàng)幹下(xià)變頻(pín)→→器(qì)和(hé)天線被用(yòng)于接收信号。采ε&用(yòng)MIMO，每個(gè)信道(dào)的(de)最大δ'★$(dà)數(shù)據速率随著(zhe)在同一•≥(yī)個(gè)信道(dào)中傳輸的(de)不(bù)同數(shù)↕✘據流的(de)數(shù)量呈現(xiàn)線↕ ε性增長(cháng)。
MIMO方法通(tōng)過一(yī)個(gè)無線信道(dào)發£★®送和(hé)接收兩個(gè)或更多(duō∞≈σ÷)的(de)不(bù)同數(shù)據流。§ ♥'這(zhè)意味著(zhe)系統可(kě)以λ↔π在每個(gè)信道(dào)上(shàng)提供兩倍或更高(gāo)₽€ ♦的(de)數(shù)據率。通(tōng)過允許同時(shí)發送多(duō)♠§個(gè)數(shù)據流，如(rú)圖1所示，M<€IMO在不(bù)使用(yòng)額外(wài)的(de)頻(pín)譜條φ£↓α件(jiàn)下(xià)使無線數(shù)據傳輸容γ₹量數(shù)倍增加。
峰值吞吐量
在MIMO系統中峰值吞吐量增加的(de)倍數(∑↔♦shù)等于在無線信道(dào)中傳輸的(de)信号流數(shù)✔≤≠ε量，由于從(cóng)不(bù)同的(de)無線電(diàn)和(hé)天∞₩✘$線發送出多(duō)個(gè)信号，MIMO信号某些(xiē)時(shí✘ ↓)候被稱為(wèi)“多(duō)維”信号。傳統γ±的(de)無線電(diàn)信号被稱作(£λzuò)“一(yī)維信号”，因為(wèi)即使是(shì)使用(↓€π↓yòng)多(duō)個(gè)天線，在無線電(diàε€n)信道(dào)中都(dōu)隻傳送一(yī£ ♥₩)個(gè)數(shù)據流。
随著(zhe)消費(fèi)者的(de)需求從(cóδ☆♠ng)高(gāo)帶寬應用(yòng)如(rú)互聯網接入和(hé≥ ₽)電(diàn)子(zǐ)郵件(jiàn)發展到(dào)包含遊戲、音(yī↓φ≈n)頻(pín)流和(hé)視(shì)頻(pín)流，對(duì)σ →γ更高(gāo)數(shù)據率的(de)需求不(bù)斷增長(cháσ∞↓ng)。手機(jī)處理(lǐ)器(qì)的(de)發展以及進φΩ一(yī)步的(de)技(jì)術(shù)集成(如(rú)将更高(gāo)<★λ★的(de)數(shù)百萬像素相(xià&&★ng)機(jī)、視(shì)頻(pín)等集成到(dà∞α™≠o)手機(jī)中)，将隻會(huì)增加更多(duō)消耗帶寬∞₹的(de)應用(yòng)，需要(yào)覆蓋範圍更廣以及更有(yǒu£∑☆♠)效地(dì)利用(yòng)網絡運營商的(de)有(©£yǒu)限頻(pín)譜。
Airgo網絡公司在WLAN領域的(de)從(cóng)MIMO到(dào)OFDM的(>∏α"de)研究、創新、開(kāi)發和(hé)應用(yòng)，以及随後802.11n标準組織對(duì)MIMO的(de)采納，都(dōu)證明(mín$∏g)MIMO不(bù)僅能(néng)提供更高(gāo)的(de)數(s'₽εhù)據速率，而且擴展了(le)Wi-Fi的(de)< ∞覆蓋距離(lí)，可(kě)以涵蓋更多(duō)©₩β★的(de)移動用(yòng)戶份額。在看(kàn)到(dào"×₩)MIMO在提高(gāo)數(shù)據速率和±"£(hé)擴展覆蓋距離(lí)的(de)有(yǒu)效性以及≥"★優越性後，其它的(de)标準組織意識到(dào)↔≥δMIMO可(kě)以為(wèi)包括固定★"♠§移動和(hé)蜂窩網絡在內(nèi)的(de)其它σ←技(jì)術(shù)帶來(lái)重大(dà)突破。像3G、W©$ iBro、WiMAX、802.20和(hé)4G這(zhè)些(xiē)标™✔準組織已經在探討(tǎo)MIMO的(de)使用(yòng)，某些↑£(xiē)标準組織已經在他(tā)們各自(zì)的(de♥≠•↑)技(jì)術(shù)領域內(nèi)采用(yòng)了(le)該技(jì)₽Ω♣術(shù)。
到(dào)4G蜂窩網絡的(de)發展之路(lù)
CDMA技(jì)術(shù)從(cóng)誕生(shēn →÷γg)之初就(jiù)是(shì)一(yī)種革命性技(jì)術(shù) ✔<。因為(wèi)CDMA技(jì)術(shù)相(xiàng)對(duì)于其πΩ它技(jì)術(shù)如(rú)GSM的(de)優越性，高(gāo)通(tōng)公司不(bù)僅推 ♥↓動了(le)3GPP2标準，還(hái)滲透φ♣ 到(dào)了(le)3GPP WCDMA标準。CDMA的(de)巨大(×→dà)成功幫助高(gāo)通(tōng)公司從(←←cóng)手機(jī)OEM廠(chǎng)商獲取了(le)大(dà)&✘↕♥量的(de)權利金(jīn)。
但(dàn)是(shì)，最近(jìn)OFDM已←♦經開(kāi)始發展壯大(dà)，并正在以一(yī)種未♦€÷來(lái)新的(de)颠覆性技(jì)術(shù)的(de)姿态出現(xiàγ∞n)。OFDM由于能(néng)夠在不(bù)需要(yào)複雜↓λ≈≥(zá)的(de)均衡算(suàn)法的λ (de)條件(jiàn)下(xià)解決常見(jiàn)的(de)射頻(→ 'αpín)失真問(wèn)題，以及能(néng)在頻(pπ÷₩ín)域中輕易擴展，已經表現(xiàn)出其獨特優勢。
在過去(qù)的(de)幾年(nián)裡(lǐ)，OFDM技(jì)術(s≥∏ππhù)已經成功地(dì)應用(yòng)到(dào)一(yī)些(xiē)無線>≥"應用(yòng)中，如(rú)WLAN、 廣播(DVB)和(hé)WiBro/WiMAX。最近(♠•jìn)，初創公司Flarion通(tōng)過使下(xiεà)行(xíng)鏈路(lù)峰值速率提高(gāo)到(dào)3.2M☆↑'bps，證明(míng)了(le)OFDM在蜂窩網÷' 絡應用(yòng)中的(de)前景。
在認識到(dào)OFDM作(zuò)為(wèi)4G标準技(jì)♥♣ ≤術(shù)的(de)潛在可(kě)能(néng)後，高(gāo)通(tλ•∞ōng)公司收購(gòu)了(le)Flari±•on。這(zhè)宗收購(gòu)表明(míng)O€☆FDM是(shì)下(xià)一(yī)代的(de)無線技(jì)術(∞γshù)。MIMO在第三代蜂窩系統、寬帶固定無•★£↔線系統、高(gāo)速WLAN和(hé)移π®∑動Ad Hoc網絡中處于采納或部署的(de)不(bù)同β↔階段。
在Airgo公司的(de)開(kāi)創性努力下(xià)© ★，基于MIMO OFDM的(de)經濟的(de)♣↕™πWLAN系統在2003年(nián)得(de)以實≥₩現(xiàn)，這(zhè)為(wèi)無線電(£¥★ diàn)産業(yè)開(kāi)辟了(le∑₹)新的(de)空(kōng)間(jiān)。MIMO OFDM将成為(wèi★✘≠→)802.11n WLAN的(de)基本調制(zhì)格式，因為•(wèi)該标準的(de)每種提案都(dōu)将MIMO ☆♣♣OFDM作(zuò)為(wèi)主要(y♥♠•ào)方式，以實現(xiàn)比802.11a或802.11<Ω•₹g顯著提高(gāo)的(de)覆蓋範圍和(hé)吞吐量ε 。
廣泛的(de)采納
在過去(qù)幾年(nián)，除了(le)WLAN以外(wài)♦¥♦'，MIMO技(jì)術(shù)還(hái)滲透•&✔到(dào)其他(tā)很(hěn)多(duō)重要(ε✘₩₹yào)的(de)商業(yè)無線電(diàn)市(shì)場(chǎng™¶₹φ)，如(rú)圖2所示。多(duō)種基于MIMO的(de)标準正在作(zuò>β©)為(wèi)蜂窩網絡的(de)前沿技(jì)術(©$÷shù)出現(xiàn)。MIMO正在實行(xíng)标準化(huà)♥→，以作(zuò)為(wèi)HSDPA和ε±(hé)WCDMA的(de)3GPP發展路(lù)線圖的(de)一(yī)部分"↕★(fēn)。
圖1：MIMO在相(xiàng)同的(de)信道(dào)上(shàσ&<ng)同時(shí)傳輸幾組信号
圖2：MIMO技(jì)術(shù)已經獲得(de)廣泛的(de)采用(yòng)
WiMAX寬帶無線接入網絡和(hé)3G蜂窩移動網絡已經将M>≠♣σIMO作(zuò)為(wèi)提高(gāo)性能(nén✔≈£γg)的(de)一(yī)種可(kě)選工(gōng)作☆§(zuò)模式。MIMO OFDM已經得(d←e)到(dào)提議(yì)，并作(zuò)為(wèα∑↑i)WiBro的(de)一(yī)部分(fēn)實現(xià♠©n)，并且已經成為(wèi)3GPP LT↓ ®♦E标準的(de)可(kě)行(xíng)性研究的(₽×↔de)一(yī)部分(fēn)。
在北(běi)京召開(kāi)的(de)一(y✘£ī)個(gè)會(huì)議(yì)上(s↕®₹πhàng)，大(dà)多(duō)數(sh♠∞☆ù)公司推薦基于OFDM的(de)下(xiΩ÷εà)行(xíng)鏈路(lù)用(yòng)于3GPP Lπ≥β∞TE(長(cháng)期演進)。一(yī)些(xi↑≈ē)主要(yào)的(de)手機(jī)OEM和(hé)網絡提供商正♠δ¶←在開(kāi)發以及在實驗室測試基于MIMO OFDM的(de)下(xi∞←à)一(yī)代蜂窩網絡系統。主要(yào)的(de)β★§手機(jī)OEM和(hé)網絡提供商正在進行(" •xíng)研究和(hé)實驗室測試，并發布在有(yǒu)限的(★"≤ de)測試環境下(xià)實現(xiàn)MIMO的(≥→£de)新聞。北(běi)電(diàn)、愛(ài)立信、摩© ∑•托羅拉和(hé)西(xī)門(mén)子(zǐ)等公司 的(de)測試表明(míng)了(le)該技(jì₩↑♣∞)術(shù)的(de)前景。
實現(xiàn)MIMO
Airgo公司在開(kāi)發和(hé)發布基于MIMO的(de)W×€LAN芯片組的(de)成功證明(míng)了<α↑₩(le)MIMO在提高(gāo)基于标準OFDM産品的(d&♦&e)數(shù)據速率和(hé)覆蓋範圍上(shàng¶α∑")非常有(yǒu)效，并提供非常好(hǎo)的♠☆§(de)頻(pín)譜效率。将MIMO應用(yòng)到(d∑↓γào)另外(wài)一(yī)種标準，并無✘©需改變該标準的(de)底層無線協議(yì♣¥≥)，能(néng)獲得(de)性能(néng)上(shàn☆π↕g)的(de)提升。但(dàn)是(shì)從(cóng)實現(xiàn)©₹的(de)角度來(lái)看(kàn)，MIMO系統在架構和(hé)計(jì ∑)算(suàn)上(shàng)非常複雜(zá)，需要(yà₩✔βo)很(hěn)多(duō)複雜(zá)的(de)算(suà'δn)法、複雜(zá)的(de)架構和(hé)更高(gāo)的(de)λ®★數(shù)據處理(lǐ)能(néng)力。
圖3顯示了(le)MIMO OFDM收發器(qì)鏈£<上(shàng)Rx端的(de)典型組件(jiàn)。
圖3：MIMO OFDM系統接收端組件(jiàn)
這(zhè)個(gè)收發器(qì)鏈由MIMO部•÷件(jiàn)組成，包括用(yòng)于同步的(d<♦$∑e)模塊、信道(dào)估計(jì)、幹擾處理(lǐ)以及M'→IMO檢測，還(hái)有(yǒu)OF↕•DM部件(jiàn)，如(rú)FFT、去≈δ(qù)交織處理(lǐ)和(hé)解碼。Airgo在成功開λ¶∞&(kāi)發和(hé)制(zhì)造三代基于MIMO OFDM的(β₹de)芯片組上(shàng)具有(yǒu)專業×₩©←(yè)技(jì)術(shù)、技(jì)巧和(hé)經驗≠λλ€，并幫助其客戶有(yǒu)效地(dì)将MIMO技(jì)術(shù)集™γ成到(dào)商業(yè)産品中。
Airgo還(hái)積累了(le)很(hěn)多(d↑>'≠uō)重要(yào)的(de)IP，并對(duì)其技(jì↕®)術(shù)進行(xíng)了(le)仔細優化($§huà)，包括如(rú)低(dī)複雜(zá)度接收算(suàn)法、MI♦ MO信道(dào)估計(jì)算(suàn)法™'↕、MIMO和(hé)非MIMO收發器(qì)的(α♣§'de)混合、MIMO架構、最優的(de)接收器(qì)系統以及無σ♦線通(tōng)信算(suàn)法等等。此外(wài©€')，大(dà)部分(fēn)的(de)時(shí)間(jδφ☆₹iān)和(hé)精力花(huā)費(fèi)在MIMO模塊與O≠↑≠FDM組件(jiàn)的(de)協同優化(huà)，包括MIMO ♠∑OFDM解碼、MIMO分(fēn)解以及降低(dī)算↑♠(suàn)法和(hé)架構複雜(zá)度和(hé)降低(dī)功耗的(ε∑≈de)最優方法。
MIMO OFDM系統的(de)組件(jiàn)
圖3顯示了(le)用(yòng)于無線局域網的(de)MI&αMO OFDM系統如(rú)何輕易地(dì)用(yòng)于實現(xi☆λ✔àn)像3G、WiBro、WiMAX、802.20$←或者4G之類的(de)标準，以及哪些(xiē)組$↔件(jiàn)需要(yào)針對(duì)新的(de)© →标準進行(xíng)調整。如(rú)圖所示§≈↕↑，對(duì)于任何MIMO系統來(lái)說(sh↓✔uō)大(dà)部分(fēn)的(de)組件(jià₽÷n)是(shì)相(xiàng)同的(de)，這(zhè)些(xiē)組件(✘ ¶$jiàn)可(kě)以輕易地(dì)使用(yòng)，而需≠↑ §要(yào)改變的(de)組件(jiàn)隻限于系統的(deφπ)OFDM和(hé)編碼部分(fēn)。
MIMO是(shì)一(yī)種颠覆性的(de)技(jì)術(shù)，該技(₽♠jì)術(shù)有(yǒu)望極大(dà)地(dì)改變未來(lái)十年 §(nián)的(de)無線電(diàn)産業(yè)。該技(jì)術(shù↑♦)正在滲透到(dào)每一(yī)種無線技(jì)術(shε₹♣≠ù)标準，包括3G蜂窩網絡、WLAN、WiBro♠™®€、WiMAX、802.20和(hé)4G蜂窩網絡。很(hě∞®n)多(duō)公司試圖将自(zì)己定位φ¥于利用(yòng)MIMO OFDM技(jì)術(shù)，以獲得(de)相≥<(xiàng)對(duì)于其他(tā)技<&₩(jì)術(shù)帶來(lái)的(de)數(shù)據速率、覆蓋範圍、•↓頻(pín)譜效率上(shàng)的(de)好(hǎo)處。
MIMO OFDM技(jì)術(shù)的(de)先✘✔$₹驅Airgo網絡公司通(tōng)過發布σ三代集成到(dào)商業(yè)産品中的(de)WLAN芯片組<↕，證明(míng)了(le)MIMO O π<↓FDM帶來(lái)的(de)好(hǎo)處。在這(zhè) ¥✔★些(xiē)産品的(de)開(kāi)發過程中∞π§，Airgo開(kāi)發了(le)重要(yào)的(de)專業(yè)技 ¥ (jì)術(shù)、IP，并獲得(de)創建基于MIMO ✘$↔OFDM技(jì)術(shù)的(de)系統的(de)經驗。
作(zuò)者：Gurinder Dhillon
行(xíng)銷總監
gdhillon@airgonetworks.com
Airgo網絡公司