LTE天线简介

多输入、多输出(MIMO)空间分集天线配置专门针对3GPP长期演进技术(LTE)移动通信系统而设计。实际上，LTE系统规定了三类天线技术：MIMO、波束成形和分集方法。对提升信号鲁棒性、实现LTE系统能力来说，这三种技术都非常关键。理解这些不同天线技术是如何工作的，将对采用这些方法的测试系统有帮助。图1对各种天线技术进行了简单描述。每种技术的名称显示出系统的发射器和接收器是如何接入无线信道的。具有单个发射器和单个接收器的单输入、单输出(SISO)方法是最基本的无线信道接入模式。

多输入、单输出(MISO)模式略复杂些，它采用两或多个发射天线和一个接收天线。在MISO 系统(通常也被称为发射分集系统)，相同数据被送至两个发射天线，但数据经过了编码以使接收器能辨认出数据来自哪个发射器。发射分集使信号具有更强的衰减抵抗力，并且能低信噪比(SNR)条件下改进性能。该技术不直接增加数据速率，但它以更低功耗支持现有速率。可借助来自接收器对指示相位均衡和各天线功率的反馈来强化发射分集。

单输入、多输出(SIMO)方法(也常被称为接收分集技术)采用一个发射天线和两或多个接收天线。与发射分集方法一样，它也很适合工作在低SNR条件下，当采用两个接收器时，理论上可实现3dB 增益。因为只发射一个数据流，所以数据速率不变。

MIMO方法要求两或多个发射天线和两或多个接收天线。该模式并非MISO和SIMO的简单叠加，因为多个数据流在相同频率和时间被同时发射，所以充分利用了无线信道内不同路径的优势。MIMO系统内的接收器数必须不少于被发射的数据流数。请注意，不要混淆了被发射的数据流数与发射天线数。例如，在发射分集(MISO)的场合中，有两个发射天线，但只有一个发射流。把SIMO叠加在MISO上不会得到MIMO系统，即使叠加后存在两个发射和接收天线。系统内，发射器数比被发射的数据流数多总是可能的，但反之不然。若N个数据流通过少于N个的发射天线发射，则无论有多少接收器，数据都不会被完全解扰。不借助空间分集的数据流交叠只会产生干扰。但如果N个数据流在空间上最少分发给N个天线，则在无线信道内的交叉干扰和噪声足够低，以至不会造成数据丢失的情况下，N个接收器就可完全重构原始数据流。对MIMO操作来说，出自每个天线的发射都必须具有唯一身份以便各接收器能确定它所接收到的都是哪些发射组合。身份识别一般是借助先导信号完成

的，该信号对每一天线都采用正交模式。在这种情况下，对无线信道的空间分集使MIMO 有可能增加数据速率。MIMO的一个基本形态是为每个天线分配一个数据流(图2)。然后信道将两个发射进行混合，这样，就接收器来看，每个天线收到的是各个数据流的组合。解码接收到的信号需要技巧，其中接收器分析表征每个发射器的样式以确定它代表哪些组合。采用反向滤波器并累加接收到的数据流将重构原始数据。

MIMO的一个更先进形式包括特殊的预编码以把发射与信道的Eigen模式匹配起来。该优化将把每一待发数据流分送至不止一个发射天线。为使该技术高效工作，发射器必须把握信道条件且在某种场合，这些条件必须由用户设备(UE)实时反馈回送。这种优化使系统更复杂，但可提升性能。MIMO系统的理论增益是如下因素的函数：发射和接收天线的数量、射频衍播条件、发射器适应变化条件的能力以及SNR。理想情况是：无线信道内的路径是不相关的，就像是独立、物理上由电缆连接的通路且在发射器和接收器间没有交叉干扰。因这样的条件在现实空间几乎不存在，所以，在不指明环境条件的情况下，引用MIMO增益既没意义又不可能。理想条件下的MIMO增益更容易确定，对一个有两个同时数据流的2 ×2系统来说，双倍容量和数据速率都是可能的。在高SNR、短视距条件下，MIMO技术性能最好。视距等同于信道交叉干扰，视距越长则提升增益的可能性越小。因此，MIMO特别适合一般来说具有多路径但视距有限的室内环境。虽然图1中的简单描述并没明确MIMO系统内是否采用多个发射器和接收器，但图3所示的几个样例细节或许有助于解释不同的MIMO设置。第一种情况是单用户MIMO(SU-MIMO)系统，它是MIMO的最通用形态且可被用于无线系统的上行或下行链路。SU-MIMO的基本目标是增加针对一个用户的数据速率。当然，它也相应增加了蜂窝的容量。图3显示的是2×2 SU-MIMO系统的下行链路形式，其中，一个用户设备配有两个数据流。样例中，数据流被编码成红和蓝色；且在本例中，被进一步以这样一种方式进行了预编码：每个流在每个天线上用不同功率和相位进行表述。数据流的颜色在发射天线处改变，意味着给数据流的混合发信令。发射的信号在信道内被进一步混合。预编码的目的是针对无线信道的特性而对发射进行优化，以便当接收到信号时，可更容易地将其分割回原始数据流。