MIMO信道中隐藏的秘密

怪哉，怪哉，我们使用了两根发送天线，效果居然和单天线系统相当，这太令人失望了。那好，我们在接收端也使用2根天线，组成2x2的MIMO系统，别忘了，2x2的MIMO系统拥有的分集增益可是4。现在的情况又如何呢？我们依然考虑上述传播环境，奇怪的事情再次发生，4条传播路径纠缠在一起，几乎无法区分。同样，若这个传播方向上的衰落很严重的话，4条传播路径将无一幸免。2x2的MIMO系统也退化成了SISO系统！

不可思议，连武功高强的MIMO系统也败下阵来，这就好比被人连点了“檀中”、“百会”、“命门”三大要穴的武林高手，纵有千般本领，也施展不出。难道MIMO系统的一世英名终将毁在“衰落相关性”手上？正所谓魔高一尺，道高一丈，小小的“衰落相关性”不至于成为MIMO技术的绊脚石，待我们仔细分析分析它的特性，定能找到破解之法。

现在困扰我们最大的问题，就是传播路径纠缠在一起，若能分离出各条路径，问题也就迎刃而解了。我们回到2x2的MIMO系统上，灵感来了，如果我们加大天线间的距离，不就能区别出传播路径了么？沿着这个思路，我们首先拉大两个发送天线的间距。现在，尽管路径1和2，3和4之间还无法区分，但两天线间的路径已经明显分离了，换言之，我们恢复出了两个分集增益，成功了第一步。接下来，我们再拉大接收天线间的距离，现在，4条路径都清晰可辨，MIMO系统获得了重生！

犹抱琵琶半遮面--MIMO信道中隐藏的秘密通过加大天线间间距来恢复分集增益的做法，看似有效，实则有些“简单粗暴”。试想，若我们的手机将来装配了多天线，为了保证MIMO系统的性能，难道让手机顶着牛角一样分叉的天线么？那么除了增大天线间距离的办法，还有没有别的思路呢？我们再看下面的传播环境：发送端到接收端的传播距离依然很远，且天线间保持小间距，不同的是，这次在周围有很多反射体存在。本来天线小间距的分集特性就不好，现在又有反射体来捣乱，形式不容乐观。但是，奇妙的事情发生了，原来令我们头疼的反射体，这一次却阴差阳错的帮了我们的大忙。正是由于它们的存在，清晰的分离出了4条传播路径，居然让小天线间距的2x2MIMO系统同样获得了4个分集增益。看来“真气所至，草木皆为利刃”。无线通信中，如何发现并利用一切可能的资源，实现“变废为宝”，实乃一大学问。

我们来分析一下刚才的例子。虽然天线间间距很小，但大量反射体的存在实际上打乱了信号的传播路径，让信号从“不同”的角度到达接收端，间接的实现了路径分离的效果。所以总结以上发现，我们找到了破解“衰落相关性”的秘籍，那就是：增大天线间距，或者差异化信号的发射角度（DoD，DirectionofDeparture），到达角度（DoA，DirectionofArrival）。

现实中MIMO通信网络的部署也能从上述分析中得到启示：在一个典型的小区蜂窝网中，基站往往架设在较高的地方，四面开阔，极少有反射体和遮挡物，所以基站的发射信号角度范围相对集中，为了保证MIMO系统享有较好的性能，通常在基站侧要拉大天线间的间距（至少为5到10倍波长）；而在用户侧情况就不同了。我们周围充斥着大量的建筑，墙体，用户本身就处在天然的，丰富的反射体包围中，所以用户设备一般不需要太大的天线间距就可以满足性能的需求了（一般为波长的0.5倍到1倍），现在你不用担心将来的手机长着像牛角一样分叉的天线了。