1 概述

天線技術和信號處理技術的發展，也讓越來越多的人意識到通過多天線技術實現傳輸速率的增加是一種有效方式。MIMO（mutiple input mutiple output，多輸入多輸出）技術應運而生，它通過采用空時編碼（STC）,利用多天線陣列實現空間分集、復用或者波束賦形，在有限的帶寬內極大的提高了頻譜效率。因此，MIMO成為Wimax, LTE, 802.11n以及幾乎所有未來“熱門”的無線通信系統所必不可少的關鍵技術之一。

3GPP Release8版本中定義的LTE采用了MIMO技術，其下行的峰值速率最高可達300 Mbp（4×4 MIMO）和150 Mbps（2×2 MIMO）。為了保持3GPP標準的技術優勢和市場競爭優勢，3GPP于2008年4月正式開始了LTE演進標準——LTE-Advanced（以下簡稱LTE-A）研究和制定，采用了上行4×4 MIMO和下行8×8MIMO技術。

2 LTE-A MIMO應用場景

回顧香農定理，信道極限速率與可用帶寬及信噪比有關系。在帶寬一定的條件下只有打信噪比的主意了。也就是通過提升信噪比來提速，但是當信噪比提升到一定程度后再提升信噪比的話，速率雖然會提升，但提升的不明顯了，畫成曲線的話，其走勢類似對數曲線。

C = BLOG2 +(1+ S/N)（1）

可見，當信噪比很差的時候，通過提升信噪比可使速率明顯提升，因此應用傳輸分集和波束賦形技術可以有效提高接收信號的信噪比，從而提高傳輸速率和覆蓋范圍。而當信噪比已經不錯的情況下，再通過提高信噪比來獲取速率的提升就不明顯了。這也是為什么盡管成本高，運營商也會讓MIMO空分復用模式登場的原因。即在現實中，信噪比很好的條件下想要大幅提升速率只有另辟蹊徑，通過空間這個新的維度來增加速率了，也就是說，在離基站信號不遠的條件下適合MIMO的空分復用模式。而在基站邊緣或覆蓋不好的情況下，用波束賦形來提升信噪比更適合。下面來詳細看看LTE-A MIMO技術的分類和應用場景。

2.1 空分復用

無線信號在密集城區、室內覆蓋等環境中會頻繁反射，使得多個空間信道之間的衰落特性更加獨立，從而使得空分復用的效果更加明顯。無線信號在市郊、農村地區多徑分量少，各空間信道之間的相關性較大，因此空分復用的效果要差許多。

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5~10倍波長），從而保證足夠多的不相關的多徑信號；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（一般為波 長的0.5~1倍），現在不用擔心將來的手機長著像牛角一樣分叉的天線了。

對 于適用于密集城區地區的MIMO應用，可以用開環MIMO和閉環MIMO 2種MIMO模式選擇，如圖所示。1其中閉環MIMO由于基站依賴終端的反饋信息進行預編碼，對環境要求較高，但由于擁有PMI/RI的反饋調整，其數據 可靠性較強；對于開環MIMO，其健壯性較強，對SNR要求和信道相關性要求不如閉環MIMO嚴格。

圖1 MIMO空分復用的2種實現形式：開環與閉環