MIMO技術(shù)在移動(dòng)WIMAX中的應(yīng)用

1、近年來，全球基于傳統(tǒng)線纜技術(shù)的寬帶用戶快速增長(zhǎng)，3g移動(dòng)用戶數(shù)也在穩(wěn)步增長(zhǎng)。市場(chǎng)對(duì)于移動(dòng)寬帶的需求正在快速增加，這為無(wú)線寬帶接入技術(shù)提供了巨大的市場(chǎng)空間。wimax802.16e正越來越多地被運(yùn)營(yíng)商采用為首選的固定和移動(dòng)寬帶接入策略，為終端用戶提供豐富的高寬帶多媒體業(yè)務(wù)。這些策略對(duì)運(yùn)營(yíng)商的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)提出了極大的挑戰(zhàn)。為了建立和維持贏利的商業(yè)模式，需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)容量、用戶吞吐量、網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量作較大的改進(jìn)。mimo多天線技術(shù)的應(yīng)用，使802.16e能夠應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，從而有力推動(dòng)wimax網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。mimo是指在發(fā)射端和接收端分別使用多個(gè)發(fā)射天線和接收天線，信號(hào)通過發(fā)射端和接收端的多個(gè)天線傳送和接收，從

2、而改善每個(gè)用戶的服務(wù)質(zhì)量。mimo技術(shù)對(duì)于傳統(tǒng)的單天線系統(tǒng)來說，能夠大大提高頻譜利用率，使得系統(tǒng)能在有限的無(wú)線頻帶下傳輸更高速率的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。wimax802.16e定義了三種可選的mimo方式，分別是sttd（spacetimetransmit diversity , 空時(shí)發(fā)射分集）、sm（spatial multiplexing, 空分復(fù)用）和自適應(yīng)切換方式，同時(shí)定義了matrix a、matrix b和matrix c 3種編碼矩陣。華為公司wimax 802.16e系統(tǒng)目前已全面支持matrix a，并將在2008年9月支持mimo matrix b和mimo matrix c。wima

3、x802.16e系統(tǒng)中，mimo技術(shù)與ofdma技術(shù)結(jié)合使用，可以大幅提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力，使wimax系統(tǒng)容量倍增，從而大幅降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本和維護(hù)成本，有力推動(dòng)了移動(dòng)wimax發(fā)展。與ofdma完美結(jié)合mimo可以應(yīng)用于所有的無(wú)線通信技術(shù)。在wimax802.16e系統(tǒng)中，mimo和ofdma（orthogonalfrequency division multiple access，正交頻分復(fù)用接入) 的完美結(jié)合，更能體現(xiàn)出mimo的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。mimo系統(tǒng)可以抗多徑衰落，但對(duì)于頻率選擇性衰落，mimo仍然無(wú)能為力，其他通信系統(tǒng)一般采用均衡技術(shù)來解決mimo系統(tǒng)中的頻率選擇性衰落。wimax的of

4、dma技術(shù)可以很好地克服頻率選擇性衰落。下一代移動(dòng)通信需要高的頻譜利用率技術(shù)，但ofdma提高頻譜利用率的能力畢竟有限。結(jié)合mimo技術(shù)，可以在不增加系統(tǒng)帶寬的情況下進(jìn)一步提高頻譜效率。mimo+ofdma技術(shù)既可以提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，又可以通過分集達(dá)到很強(qiáng)的可靠性和增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。另外，ofdma由于碼率低和加入了時(shí)間保護(hù)間隔而具有很強(qiáng)的抗多徑干擾能力，多徑時(shí)延小于保護(hù)間隔使系統(tǒng)不受碼間干擾的影響，這樣就可以使單頻網(wǎng)絡(luò)使用寬帶ofdma系統(tǒng)依靠mimo技術(shù)消除陰影效應(yīng)，真正實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的無(wú)縫覆蓋。大幅提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力wimax802.16e由于采用較高的工作頻段，傳播損耗比其他移動(dòng)通信系統(tǒng)

5、高，如何擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力也是wimax面臨的挑戰(zhàn)之一。mimo技術(shù)在wimax系統(tǒng)的應(yīng)用，可以大幅度提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力。mimo在分集模式下，通過分集增益增加小區(qū)覆蓋半徑；在復(fù)用模式下，通過提升小區(qū)邊緣速率獲得的分集增益來提升小區(qū)覆蓋半徑；在自適應(yīng)切換模式下，小區(qū)邊緣工作在分集模式下，覆蓋增益與僅分集模式相同。通過華為公司的系統(tǒng)仿真結(jié)果表明，在分集或自適應(yīng)切換模式下，2t2r（2transmit2 receive，兩路發(fā)射兩路接收）mimo相比siso（single input single output，單輸入單輸出）有210db的覆蓋增益，覆蓋半徑增加5090；僅復(fù)用模式下，在小區(qū)邊緣可以間

6、接獲得35db的覆蓋增益。另外mimo還可以有效提高小區(qū)邊緣覆蓋概率。2007年8月，在日本東京，華為與當(dāng)?shù)剡\(yùn)營(yíng)商j:com一起對(duì)mimo的實(shí)際使用效果進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，采用mimomatrixa技術(shù)可以有效提高wimax802.16e系統(tǒng)的覆蓋半徑，可以大幅減少網(wǎng)絡(luò)建設(shè)所需要的基站數(shù)目。使系統(tǒng)容量倍增wimax802.16e系統(tǒng)可提供極高的數(shù)據(jù)吞吐量和移動(dòng)性，讓用戶能夠隨時(shí)在線，即使處于移動(dòng)狀態(tài)也能獲得真正的寬帶體驗(yàn)。mimo技術(shù)在復(fù)用模式下，可以成倍提高系統(tǒng)吞吐量和頻譜效率，并可以成倍提高單用戶峰值速率；在分集模式下，通過增加高階調(diào)制方式的比例來提高系統(tǒng)吞吐量和頻譜效率；在自適應(yīng)切

7、換模式下，小區(qū)中心工作在復(fù)用模式，小區(qū)邊緣工作在分集模式，因此系統(tǒng)吞吐量和頻譜效率增強(qiáng)效果介于兩者之間。ofdma和mimo技術(shù)的應(yīng)用，使wimax802.16e系統(tǒng)能夠最大程度地提高頻譜效率，提供高品質(zhì)移動(dòng)視頻和電視業(yè)務(wù)所需的高速度和高帶寬。華為公司的系統(tǒng)仿真結(jié)果表明，采用mimo22matrixb技術(shù)后，可以提升wimax 16e系統(tǒng)吞吐量約3060，同時(shí)可以成倍提高用戶的峰值速率，保證wimax用戶獲得更好的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。大幅降低網(wǎng)絡(luò)建網(wǎng)和維護(hù)成本在密集城區(qū)和cbd區(qū)域，高端用戶多，對(duì)系統(tǒng)吞吐量和峰值速率要求高，容易出現(xiàn)容量受限的情況。采用mimomatrixb技術(shù)后，wimax系統(tǒng)下行容量

8、提升55，上行容量提升33；在容量受限場(chǎng)景，基站數(shù)目將減少25左右。相比其他多天線技術(shù)如aas（adaptive antenna system also advanced antenna system，自適應(yīng)天線系統(tǒng)，也稱作先進(jìn)天線系統(tǒng)）,mimo在密集城區(qū)的容量增益優(yōu)勢(shì)更為明顯，可以有效降低高話務(wù)區(qū)域的建網(wǎng)成本或擴(kuò)容成本。對(duì)于覆蓋受限場(chǎng)景，采用mimo技術(shù)可以增加50以上的覆蓋半徑，使單站點(diǎn)覆蓋面積增加近100，在一定覆蓋面積下可節(jié)省4060的基站數(shù)目。在郊區(qū)和農(nóng)村區(qū)域引入mimo，可實(shí)現(xiàn)最少基站的最大覆蓋，大幅降低初始建網(wǎng)成本。另外，在安裝和維護(hù)方面，aas天線最少為4波束天線，需要較高的

9、天線安裝空間；aas天線相比傳統(tǒng)天線，所需饋線大大增加，增加工程量，同時(shí)鐵塔走線架的寬度也得加寬；aas采用的天線重量大，對(duì)安裝承載能力要求提高；另外aas天線體積較大，防風(fēng)能力差，抗風(fēng)阻性要求高，不適合在風(fēng)力大或者是臺(tái)風(fēng)多發(fā)區(qū)域使用。mimo相比aas，需要的天線數(shù)目少，一根普通的45度雙極化的天線就可以支持22mimo，對(duì)天線安裝空間和承重要求低，容易部署、維護(hù)，可有效節(jié)省天線安裝成本和維護(hù)成本。結(jié)束語(yǔ)隨著寬帶數(shù)據(jù)用戶和移動(dòng)通信用戶的迅速發(fā)展，以及從窄帶語(yǔ)音通信向?qū)拵Ц咚贁?shù)據(jù)通信發(fā)展的趨勢(shì)，如何在一定的頻譜資源上提高網(wǎng)絡(luò)容量，如何在一定的站點(diǎn)數(shù)目下提升網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能，成為將來通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中需要