MIMO技术如何助力移动运营商?

2014-05-21 16:48:34来源: EEWORLD

毫无疑问,移动互联网的快速发展,智能终端的普及,带来了爆炸式增长的流量消耗。如何提升网络容量,以应对日益激增的数据流量增长需求,成为移动运营商目前面临的最大挑战之一。众多的运营商都在不断寻找各种方法,来提高其网络的频谱效率。

随着LTE服务的推出,MIMO技术在广域移动无线网络体系结构中倍受青睐,MIMO能在大大提高LTE网络的容量和数据吞吐率的同时节省有限的频谱资源。

MIMO——“多输入多输出”(输入是指发射天线数,输出则是接收天线数),指的是无线网信号通过多天线进行同步收发,以提升数据传输效率。传统的通信架构一般采用SISO(单输入单输出)模式,只有一个发射和一个接收天线。

MIMO技术使用已有经年,其已经在wifi舞台上发挥了自己的优势,如在802.11n中已经获得了广泛商业应用。通过在无线连接终端中采用多天线,基于多径分集,802.11n可大大提高信号的质量和可靠性,并增加50%或更多的吞吐量。MIMO技术也是改善蜂窝覆盖的重要方法。

随着信号处理和硅技术的进步,将MIMO整合到手机、数据卡等终端上已经济可行。根据3GPP标准的要求,所有实用的LTE设备都支持MIMO。最初的LTE网络使用的是下行2×2 MIMO,未来的LTE系统在其下行链路中使用4×2或4×4甚至更多的MIMO天线配置,而LTE-A系统的上行和下行链路将分别使用4×4 MIMO和8×8 MIMO的天线配置,虽然支持这些模式的终端问世可能还要等几年。

MIMO如何工作?

MIMO可在散射充分的环境(发射器和接收器之间有许多不同路径),如大多数建筑物内环境和室内分布式天线系统下工作,提高信号的信噪比(SNR)。随着MIMO在WiFi中的大规模应用,这种智能天线技术已经成为移动运营商关注的焦点,因为其不仅增加网络容量,还可以在不增加频谱资源消耗的同时提高数据吞吐率。

MIMO有两种基本工作模式:空间分集式MIMO(如图1,相同的数据通过每条路径都传送)和空间复用式MIMO(如图2每条路径传送不同的数据)。我们假设发射器和接收器各有2根天线,这也是最常见的2×2 MIMO配置。

图1:空间分集式MIMO

在2×2空间分集式MIMO中,两条天线发送和接收的是相同的数据,数据进行了不同编码,每条信道也是可分开的,这一模式主要用于提高信号质量或增加覆盖范围。

图2:空间复用式MIMO

在2×2空间复用MIMO中,两条子信道分别传送不同的数据流,取决每条子信道的SNR及基站的速率适配流程,这种方法的数据吞吐率最高可达单一子信道吞吐率的2倍。简言之,空间分集式MIMO提高了信号质量,空间复用式MIMO提升了吞吐率。

显而易见,在空间复用模式下,假设MIMO的信道质量足够好,在无需使用任何额外频谱资源的条件下,系统吞吐率的增加与发送天线数成线性。鉴于无线运营商频谱资源的稀缺,对移动运营商来说,提高频谱效率迫在眉睫,借助空间复用MIMO模式,可大幅提升系统容量,带来更好的小区覆盖范围。

我们知道,MIMO在密集的多径散射环境中工作,其多路径环境不仅对网络性能无害,实际上,MIMO正是利用该环境来增加容量或网络覆盖范围。可以说,MIMO性能的提升也正依赖于环境,关键在于,每个路径必须是独立的,而这一路径在接收器看来是不同的。尤其是在大型公共场所如机场、演出和体育场馆等应用场景,MIMO的优势将得到全面的展现。

为什么是MIMO?

随着4G LTE 服务的到来,运营商需要确保建筑物内所有用户高质量的体验,MIMO技术将在发挥关键作用。

LTE时代,运营商将面临2个重要问题:

1. 确保每个用户获得更高的吞吐;

2. 最大限度的提升频率效率。

传统上,运营商提升网络容量的方法有以下几种,如购买更多的频谱资源、使用更高阶的调制方案、使用效率更高的协议等。MIMO充分开发空间资源,利用多个天线实现多发多收,在不需要额外频谱资源的情况下,显着提高了移动网络的吞吐量,这对移动运营商而言,无疑是福音。

如前所述,空间复用式MIMO的优势意味着其将在广域移动无线行业引起更多关注。未来,运营商将首先在典型的高流量大型公共场所采用MIMO空间复用模式,在低流量站点(如小企业)不一定需要MIMO,而在用户密度会变化的站点,或许会组合使用SISO和MIMO的混合模式。MIMO最初将仅用于传送LTE流量,随着具有更大网络容量需求的不断提升,MIMO将铺开以支持所有频段及所有重要的高流量领域,为用户提供更好的体验。

在4G网络的带宽成为一个关键优势的时代,MIMO就成为移动运营商满足其容量需求的重要手段,MIMO也将成为移动服务基础设施部署的标配。

关键字:MIMO  运营商  多输入多输出

编辑:孟娟 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/wltx/2014/0521/article_12236.html
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