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        可信組件

        下一代蜂窩網絡的MIMO技術

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        所有的無線技術都面臨信號衰落、多徑、不斷增加的干擾和受限制的頻譜的挑戰。多輸入多輸出(MIMO)技術在不需要占用額外的無線電頻率的條件下,利用多徑來提供更高的數據吞吐量,并同時增加覆蓋范圍和可靠性。它解決了當今任何無線電技術都面臨的兩個最困難的問題,即速度與覆蓋范圍。

        使用MIMO處理的數字通信技術已經作為具有革命性重要意義的無線電系統的突破性技術出現。這種調制格式顯示出頻譜上的一致性,能實現更高的數據速率和更高的頻譜效率,允許更大的覆蓋范圍,并支持與現有的OFDM標準的后向兼容。本文將解釋為何MIMO與其OFDM調制技術適合于下一代蜂窩技術的部署。但是,首先讓我們快速了解一下MIMO技術。

        MIMO基礎

        通常提供一個總結某種技術的突出特性的簡潔定義非常有用。MIMO即為相同的時間在相同的無線電信道內傳輸的兩個或更多的數據信號。MIMO是一種在一個無線電信道內傳輸和接收兩個或多個不同的數據流的革命性的多維方法,這樣系統在每個信道內傳送的數據率能提高兩倍或更多倍。

        如圖1所示,超過一個的射頻相干上變頻器和天線被用來發送多組信號,以及超過一個射頻相干下變頻器和天線被用于接收信號。采用MIMO,每個信道的最大數據速率隨著在同一個信道中傳輸的不同數據流的數量呈現線性增長。

        MIMO方法通過一個無線信道發送和接收兩個或更多的不同數據流。這意味著系統可以在每個信道上提供兩倍或更高的數據率。通過允許同時發送多個數據流,如圖1所示,MIMO在不使用額外的頻譜條件下使無線數據傳輸容量數倍增加。

        峰值吞吐量

        在MIMO系統中峰值吞吐量增加的倍數等于在無線信道中傳輸的信號流數量,由于從不同的無線電和天線發送出多個信號,MIMO信號某些時候被稱為“多維”信號。傳統的無線電信號被稱作“一維信號”,因為即使是使用多個天線,在無線電信道中都只傳送一個數據流。

        隨著消費者的需求從高帶寬應用如互聯網接入和電子郵件發展到包含游戲、音頻流和視頻流,對更高數據率的需求不斷增長。手機處理器的發展以及進一步的技術集成(如將更高的數百萬像素相機、視頻等集成到手機中),將只會增加更多消耗帶寬的應用,需要覆蓋范圍更廣以及更有效地利用網絡運營商的有限頻譜。

        Airgo網絡公司在WLAN領域的從MIMO到OFDM的研究、創新、開發和應用,以及隨后802.11n標準組織對MIMO的采納,都證明MIMO不僅能提供更高的數據速率,而且擴展了Wi-Fi的覆蓋距離,可以涵蓋更多的移動用戶份額。在看到MIMO在提高數據速率和擴展覆蓋距離的有效性以及優越性后,其它的標準組織意識到MIMO可以為包括固定移動和蜂窩網絡在內的其它技術帶來重大突破。像3G、WiBro、WiMAX、802.20和4G這些標準組織已經在探討MIMO的使用,某些標準組織已經在他們各自的技術領域內采用了該技術。

        4G蜂窩網絡的發展之路

        CDMA技術從誕生之初就是一種革命性技術。因為CDMA技術相對于其它技術如GSM的優越性,高通公司不僅推動了3GPP2標準,還滲透到了3GPP WCDMA標準。CDMA的巨大成功幫助高通公司從手機OEM廠商獲取了大量的權利金。

        但是,最近OFDM已經開始發展壯大,并正在以一種未來新的顛覆性技術的姿態出現。OFDM由于能夠在不需要復雜的均衡算法的條件下解決常見的射頻失真問題,以及能在頻域中輕易擴展,已經表現出其獨特優勢。

        在過去的幾年里,OFDM技術已經成功地應用到一些無線應用中,如WLAN、廣播(DVB)和WiBro/WiMAX。最近,初創公司Flarion通過使下行鏈路峰值速率提高到3.2Mbps,證明了OFDM在蜂窩網絡應用中的前景。

        在認識到OFDM作為4G標準技術的潛在可能后,高通公司收購了Flarion。這宗收購表明OFDM是下一代的無線技術。MIMO在第三代蜂窩系統、寬帶固定無線系統、高速WLAN和移動Ad Hoc網絡中處于采納或部署的不同階段。

        在Airgo公司的開創性努力下,基于MIMO OFDM的經濟的WLAN系統在2003年得以實現,這為無線電產業開辟了新的空間。MIMO OFDM將成為802.11n WLAN的基本調制格式,因為該標準的每種提案都將MIMO OFDM作為主要方式,以實現比802.11a或802.11g顯著提高的覆蓋范圍和吞吐量。

        廣泛的采納

        在過去幾年,除了WLAN以外,MIMO技術還滲透到其他很多重要的商業無線電市場,如圖2所示。多種基于MIMO的標準正在作為蜂窩網絡的前沿技術出現。MIMO正在實行標準化,以作為HSDPA和WCDMA的3GPP發展路線圖的一部分。


        1MIMO在相同的信道上同時傳輸幾組信號


        2MIMO技術已經獲得廣泛的采用

        WiMAX寬帶無線接入網絡和3G蜂窩移動網絡已經將MIMO作為提高性能的一種可選工作模式。MIMO OFDM已經得到提議,并作為WiBro的一部分實現,并且已經成為3GPP LTE標準的可行性研究的一部分。

        在北京召開的一個會議上,大多數公司推薦基于OFDM的下行鏈路用于3GPP LTE(長期演進)。一些主要的手機OEM和網絡提供商正在開發以及在實驗室測試基于MIMO OFDM的下一代蜂窩網絡系統。主要的手機OEM和網絡提供商正在進行研究和實驗室測試,并發布在有限的測試環境下實現MIMO的新聞。北電、愛立信、摩托羅拉和西門子等公司的測試表明了該技術的前景。

        實現MIMO

        Airgo公司在開發和發布基于MIMO的WLAN芯片組的成功證明了MIMO在提高基于標準OFDM產品的數據速率和覆蓋范圍上非常有效,并提供非常好的頻譜效率。將MIMO應用到另外一種標準,并無需改變該標準的底層無線協議,能獲得性能上的提升。但是從實現的角度來看,MIMO系統在架構和計算上非常復雜,需要很多復雜的算法、復雜的架構和更高的數據處理能力。

        圖3顯示了MIMO OFDM收發器鏈上Rx端的典型組件。


        3MIMO OFDM系統接收端組件

        這個收發器鏈由MIMO部件組成,包括用于同步的模塊、信道估計、干擾處理以及MIMO檢測,還有OFDM部件,如FFT、去交織處理和解碼。Airgo在成功開發和制造三代基于MIMO OFDM的芯片組上具有專業技術、技巧和經驗,并幫助其客戶有效地將MIMO技術集成到商業產品中。

        Airgo還積累了很多重要的IP,并對其技術進行了仔細優化,包括如低復雜度接收算法、MIMO信道估計算法、MIMO和非MIMO收發器的混合、MIMO架構、最優的接收器系統以及無線通信算法等等。此外,大部分的時間和精力花費在MIMO模塊與OFDM組件的協同優化,包括MIMO OFDM解碼、MIMO分解以及降低算法和架構復雜度和降低功耗的最優方法。

        MIMO OFDM系統的組件

        圖3顯示了用于無線局域網的MIMO OFDM系統如何輕易地用于實現像3G、WiBro、WiMAX、802.20或者4G之類的標準,以及哪些組件需要針對新的標準進行調整。如圖所示,對于任何MIMO系統來說大部分的組件是相同的,這些組件可以輕易地使用,而需要改變的組件只限于系統的OFDM和編碼部分。

        MIMO是一種顛覆性的技術,該技術有望極大地改變未來十年的無線電產業。該技術正在滲透到每一種無線技術標準,包括3G蜂窩網絡、WLAN、WiBro、WiMAX、802.20和4G蜂窩網絡。很多公司試圖將自己定位于利用MIMO OFDM技術,以獲得相對于其他技術帶來的數據速率、覆蓋范圍、頻譜效率上的好處。

        MIMO OFDM技術的先驅Airgo網絡公司通過發布三代集成到商業產品中的WLAN芯片組,證明了MIMO OFDM帶來的好處。在這些產品的開發過程中,Airgo開發了重要的專業技術、IP,并獲得創建基于MIMO OFDM技術的系統的經驗。

        作者:Gurinder Dhillon

        行銷總監

        gdhillon@airgonetworks.com

        Airgo網絡公司

        常見問題

        COMMON PROBLEM

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