MIMO多天线与mMIMO大规模天线技术

2020-08-06 16:37:15 106

MIMO,即多输入多输出技术,采用多天线系统来提高物理层链路性能,能够有效挖掘空间自由度、更有效利用发送端能量、找到更多的分集和复用增益。它的传输技术包括空间分集、空分复用或者空分多址。

空间分集——在不同的空间信道传输相同数据使等效信道更加平稳,从而对抗实际环境下的信道衰落,使传输更加可靠;空间分集的使用方式有很多,可以采用空时联合编码、空频联合编码等。

空分复用——利用不同空间信道的弱相关性来传输不同数据,提升系统数据传输速度,使数据传输更加有效;

空分多址——利用多个用户的空间位置带来的天然信道弱相关来分别向不同位置用户传输数据,提升系统连接数和容量,这种使用方式也被称为多用户MIMO(MU-MIMO)。实际上,空分复用和空分多址是MIMO系统对空间自由度的不同利用方式,我们可以认为这两种方式都是在挖掘信道的空间复用增益。

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自从20世纪80年代以来,MIMO在IEEE 802.11,3GPP 4G LTE/5G NR系统中都得到了广泛应用。802.11ac协议中的MIMO方法最多可以支持8个发送和接收天线(8x8 MIMO),而LTE R10/R13/R14则分别支持8/16/32基站侧发送天线来构建MIMO系统。

现代通信发展从2G、3G、4G至今天的5G,发展至4G,时间和频率的利用已经很接近理论极限,而5G则是更高层次的技术要求,为了满足高效率、高传输等性能,引出了大规模天线阵列技术(massive MIMO),这是MIMO技术的天然延伸。

何为massive MIMO

把原有发送侧天线数提高一个数量级(64或者128),进一步同时提升上述提到的增益;现在基本上实用的massive MIMO都是在基站侧部署M个发射天线对K个单天线/双天线用户进行空分多址(发射天线数M要远远大于用户数K),通过多对一的冗余天线来提升单用户的分集增益,并通过多个弱相关的空间信道来提升复用增益。

 

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massive MIMO带来的优势

香农定理C=W*Log2*(1+S/N),其中C为速率,W是链路的带宽,S是平均信号功率,N是平均噪声功率,S/N即为平时说的信噪比。我们从香农定理可以看出,在频谱资源(W)有限的情况下,发射功率/噪声由于法规/工艺/费用限制无法提升的情况下,只有通过空间成为提升性能的资源,其本质上也是变相提升了信号功率。

通俗来说,通过各种渠道,向你身边的人都传播同一个信息,,最后接收人将信息都汇总到你这里,你将这些信息的共同点提取出来,合成了一个相对准确的共识信息,这是第一个好处;再者,通过各种渠道,向你身边的人都传播不同的信息,每个人得到的信息都不是完整的,你将这些信息汇总后,合成了一个相对完整的信息,这是第二个好处。

5G大规模天线技术的应用汇越来越广泛,其研究也会更加深入,天线市场随之广褒;创信测试技术始终站在时代前沿,研发出如“CBox OTA 2180多探头近场天线测试系统”等先进的天线测试方案,为天线方向性、可靠性、增益等多种性能“严格把关”,助您改善天线质量性能问题,加快上市时间,把握商机。