MIMO信道中隱藏的秘密

怪哉，怪哉，我們使用了兩根發送天線，效果居然和單天線系統相當，這太令人失望了。那好，我們在接收端也使用2根天線，組成2x2的MIMO系統， 別忘了，2x2的MIMO系統擁有的分集增益可是4。現在的情況又如何呢？我們依然考慮上述傳播環境，奇怪的事情再次發生，4條傳播路徑糾纏在一起，幾乎 無法區分。同樣，若這個傳播方向上的衰落很嚴重的話，4條傳播路徑將無一幸免。2x2的MIMO系統也退化成了SISO系統！

不可思議，連武功高強的MIMO系統也敗下陣來，這就好比被人連點了“檀中”、“百會”、“命門”三大要穴的武林高手，縱有千般本領，也施展不出。 難道MIMO系統的一世英名終將毀在“衰落相關性”手上？正所謂魔高一尺，道高一丈，小小的“衰落相關性”不至于成為MIMO技術的絆腳石，待我們仔細分 析分析它的特性，定能找到破解之法。

現在困擾我們最大的問題，就是傳播路徑糾纏在一起，若能分離出各條路徑，問題也就迎刃而解了。我們回到2x2的MIMO系統上，靈感來了，如果我們 加大天線間的距離，不就能區別出傳播路徑了么？沿著這個思路，我們首先拉大兩個發送天線的間距。現在，盡管路徑1和2，3和4之間還無法區分，但兩天線間 的路徑已經明顯分離了，換言之，我們恢復出了兩個分集增益，成功了第一步。接下來，我們再拉大接收天線間的距離，現在，4條路徑都清晰可辨，MIMO系統 獲得了重生！

猶抱琵琶半遮面--MIMO信道中隱藏的秘密通過加大天線間間距來恢復分集增益的做法，看似有效，實則有些“簡單粗暴”。試想，若我們的手機將來裝 配了多天線，為了保證MIMO系統的性能，難道讓手機頂著牛角一樣分叉的天線么？那么除了增大天線間距離的辦法，還有沒有別的思路呢？我們再看下面的傳播 環境：發送端到接收端的傳播距離依然很遠，且天線間保持小間距，不同的是，這次在周圍有很多反射體存在。本來天線小間距的分集特性就不好，現在又有反射體 來搗亂，形式不容樂觀。但是，奇妙的事情發生了，原來令我們頭疼的反射體，這一次卻陰差陽錯的幫了我們的大忙。正是由于它們的存在，清晰的分離出了4條傳 播路徑，居然讓小天線間距的2x2MIMO系統同樣獲得了4個分集增益。看來“真氣所至，草木皆為利刃”。無線通信中，如何發現并利用一切可能的資源，實 現“變廢為寶”，實乃一大學問。

我們來分析一下剛才的例子。雖然天線間間距很小，但大量反射體的存在實際上打亂了信號的傳播路徑，讓信號從“不同”的角度到達接收端，間接的實現了 路徑分離的效果。所以總結以上發現，我們找到了破解“衰落相關性”的秘籍，那就是：增大天線間距，或者差異化信號的發射角度 （DoD，DirectionofDeparture），到達角度（DoA，DirectionofArrival）。

現實中MIMO通信網絡的部署也能從上述分析中得到啟示：在一個典型的小區蜂窩網中，基站往往架設在較高的地方，四面開闊，極少有反射體和遮擋物， 所以基站的發射信號角度范圍相對集中，為了保證MIMO系統享有較好的性能，通常在基站側要拉大天線間的間距（至少為5到10倍波長）；而在用戶側情況就 不同了。我們周圍充斥著大量的建筑，墻體，用戶本身就處在天然的，豐富的反射體包圍中，所以用戶設備一般不需要太大的天線間距就可以滿足性能的需求了（一 般為波長的0.5倍到1倍），現在你不用擔心將來的手機長著像牛角一樣分叉的天線了。