從用于移動WiMAX的早期MIMO實現(xiàn)中得到的重要經(jīng)驗 上網(wǎng)日期: 2007年01月11日 已有[ 0 ]個評論   打印版  發(fā)送查詢 訂閱 關鍵字： 多天線信號處理  天線  基站  分集  架構  目前，無線運營商正在將重點轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務，并以此作為收入增長點。由于選用這些業(yè)務的用戶經(jīng)濟能力有很大的差別，因此迫切需要改善無線設備性能，實現(xiàn)實質(zhì)性的差異化(見圖1)。不幸的是，除了空間尺寸外，近年來無線領域中并沒有開發(fā)出太多新的性能改進技術。而多天線信號處理(MAS)軟件可以更好地用來控制無線能量的空間分布，并被證明可以將性能提高幾個數(shù)量級。因此MAS現(xiàn)在已經(jīng)成為下一代無線網(wǎng)絡的重要組成部分。 在去年早些時候的電子工程專輯中我們已經(jīng)對MAS技術做了簡要介紹(包括眾所周知的智能天線、空間時間處理或MIMO)，當時重點討論了源于Wi-Fi的MIMO技術應用于廣域系統(tǒng)時需要考慮的問題。本文將詳細介紹不同MAS架構的基本功能以及WiMAX環(huán)境下MIMO的實現(xiàn)。 多天線信號處理的本質(zhì) 所有MAS架構都遵從相同的基本原理：在通信鏈路的一端或兩端(也就是基站和/或用戶設備)有兩幅以上的天線，它們需要對這些天線的接收和/或發(fā)射信號執(zhí)行某種程度的協(xié)同處理。因此，關鍵設計選擇和需要考慮的變化因素包括： 1. 基站中無線收發(fā)鏈路的數(shù)量； 2. 用戶設備上無線收發(fā)鏈路的數(shù)量； 3. 目標利益(表1中哪些是追求的目標？)； 4. 在業(yè)務信道、鏈路的某個方向和某個端點(上行和/或下行、發(fā)送和/或接收)上所采用的MAS算法種類； 5. 控制信道處理的方法； 6. 物理層處理(實現(xiàn)MAS的地方)和媒體訪問層(調(diào)度)之間的協(xié)作程度和特征； 7. 發(fā)送校準的方法。 采用MAS技術的網(wǎng)絡系統(tǒng)工程需要根據(jù)以下內(nèi)容對這些基本架構做出最優(yōu)選擇： 1. 空中接口要適應或兼容MAS(并不是所有接口都能適用于MAS的實現(xiàn))。 2. 功能靈活性——蜂窩中的所有用戶是否都要受限于相同的處理模式、算法和天線數(shù)量，或者說系統(tǒng)能否采用多種方法來適用于不同的應用條件？ 3. 應用本身的許多屬性，即所支持的網(wǎng)絡工作情況，包括網(wǎng)絡規(guī)模、負載、頻譜分配、業(yè)務定義、用戶行為(包括移動性)、成本和復雜性約束，特別是地點設定及客戶設備、綠色場地對升級部署的影響等。 措施和功效 所有MAS架構和處理方法都利用了以下四種增益和功能的一些組合： 空間分集 充分利用了固有信道差異的優(yōu)勢，這些差異存在于以空間或極化分隔的天線之間。空間分集只有在并非所有信道都同時處于深度衰落的條件下才有用，這種可能性與環(huán)境中的散射數(shù)量有很大的關系?？臻g分集鏈路預算增益一般在4~7dB量級。 圖2中進行了總體介紹，其中最常見的MAS算法都屬于信道知識、AIC和SM這種框架。需要注意的是，第一代基于較少信道知識(如到達角)的波束成形簡化方法沒有被包含在目前該領域的產(chǎn)品系列中，因為缺乏現(xiàn)實環(huán)境中的知識，已證明其性價比較差。 每種工具都最適合于一組特定的需求和用戶行為。舉例來說，對于最關注高數(shù)據(jù)速率的應用，一系列的系統(tǒng)資源應該用于空分復用這一列，因為這樣可以實現(xiàn)最高的數(shù)據(jù)速率。對于具有很高移動性能的用戶來說，底部的一排是最有效的，因為它不需要依賴信道知識(目前當用戶時速超過100千米時就很難保持高質(zhì)量接收)就能正常工作。 從針對移動WiMAX的MIMO性能表征得到的早期反饋 就像當初的報告指出的那樣，在當前的WiMAX領域人們對MIMO型移動WiMAX設備的性能仍持懷疑態(tài)度。由于至今還沒有移動WiMAX設備在多蜂窩、多用戶環(huán)境(即有實際負荷的網(wǎng)絡)中實現(xiàn)和測試過，性能表征還只是停留在鏈路和網(wǎng)絡級仿真。正如下面將要詳細解釋的那樣，建立這種仿真是一項非常復雜的任務，而采取簡化措施(如干擾平均)可能會在根本上產(chǎn)生錯誤結果。ArrayComm研究人員與合作伙伴英特爾、KT和其它公司一起，已經(jīng)在802.16性能的鏈路和網(wǎng)絡級仿真方面做了兩年多的工作。我們的性能仿真方案中融合了在過去14年時間內(nèi)積累的在現(xiàn)實環(huán)境中開發(fā)MAS所獲得的現(xiàn)場經(jīng)驗。這里我們將重點介紹最新的工作成果。 移動WiMAX規(guī)范中包含大量不同的處理模式和架構。限于篇幅本文不能詳細介紹每種模式的特征，但提供了選擇部署場合的總覽(更多細節(jié)將在電子工程專輯上的后續(xù)文章中陸續(xù)發(fā)表)。圖3顯示了其它情況都相同條件下關鍵的覆蓋范圍和容量大小比較。 圖3：基于目前為止的ArrayComm鏈路和網(wǎng)絡級仿真工作所得到的移動WiMAX架構的總體特征 這些架構的定義如表1所示?；炯軜婱AS性能和充分利用上述所有四種MAS增益設計的性能有本質(zhì)的區(qū)別。 表1：不同WiMAX設計架構的具體定義描述 并非所有MAS方法都有效 過去15年來業(yè)界已經(jīng)嘗試了許多實現(xiàn)MAS概念的方法。一些早期嘗試包含了大型、昂貴和精確校準陣列天線，但最終效果都不是很好。一些嘗試還包含所謂的“appliqué”解決方案——售后增加的設備，由于與現(xiàn)有無線硬件的整合非常有限，而且算法簡單，因此性能也不是太好。 由于MAS軟件資源99%來自商用廣域部署技術的共享，ArrayComm公司基于14年的現(xiàn)場經(jīng)驗，能夠為MAS實現(xiàn)提供一些應用指導，并幫助業(yè)界建立良好的基礎。具體算法的技術討論不在本文討論范圍之內(nèi)，下面給出一些總的原則： 工作要做得徹底 來自單天線的許多網(wǎng)絡或經(jīng)濟分析和性能仿真工具(如干擾平均)在應用到MAS技術時會產(chǎn)生錯誤結果。做到正確的MAS分析無疑更加復雜，但是很必要。 全面考慮 一開始就應該將MAS集成進客戶和基礎架構設計中，而不是到以后再增加MAS，這樣能夠以最小的邊際成本獲得最高的性能。圖4所示的架構說明了MAS是如何適用于普通的WiMAX客戶端設備和基站設備架構的。 圖4：目前用于WiMAX的MAS實現(xiàn)方框圖 考慮網(wǎng)絡性能而不僅是鏈路 正如上文總結的那樣，針對單條鏈路取得有用結果的MAS模式(如WiMAX中STCMIMO的基線形式)在多蜂窩多用戶環(huán)境中可能產(chǎn)生問題。因此針對滿負荷系統(tǒng)的網(wǎng)絡級分析是必需的。 使用多種方法 使用正確的工具。從一個市場到另一個市場，從這一段時間到另一段時間，運營商要求和用戶行為都在不斷地改變。不同的MAS架構在不同應用中有各自的優(yōu)缺點，并沒有一個“最佳”方法。因此最好在系統(tǒng)中包含所有的方法(這是可能的，因為這是軟件系統(tǒng))，讓環(huán)境條件來確定使用哪種方法。 預測所有方法的動態(tài)無縫使用 我們在PHS系統(tǒng)中(該應用選用八種不同的MAS算法，以逐個幀和逐個用戶為基礎來優(yōu)化性能)已經(jīng)證明MAS架構可以是非常動態(tài)的系統(tǒng)。有許多級無線系統(tǒng)控制(比如從單個單元到網(wǎng)絡級)可被集成進這類自組織優(yōu)化過程。 作者：Steven Glapa 市場副總裁 sglapa@ ArrayComm LLC公司