分布式MIMO與無蜂窩移動(dòng)通信文章推介

　　多輸入多輸出（multiple input multiple output ，MIMO） 無線傳輸技術(shù)開啟了移動(dòng)通信系統(tǒng)空間資源開發(fā)利用的新紀(jì)元。從理論上來說，它將傳統(tǒng)香農(nóng)信息論研究的對(duì)象從標(biāo)量信道拓展至矢量信道，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)突破了 “ 時(shí)間- 頻率 ” 二維資源的限制，走上了 “ 空間- 時(shí)間- 頻率 ” 三維資源開發(fā)利用的發(fā)展新途徑，并可使研究人員利用全新的自由度，進(jìn)一步拓展移動(dòng)通信新理論與新方法，特別是基于 “ 空間- 時(shí)間- 頻率 ” 三維資源的多用戶MIMO 無線通信方法。從工程實(shí)踐上說，通過在基站及移動(dòng)終端引入多個(gè)天線，移動(dòng)通信系統(tǒng)容量得以顯著提升；特殊條件下，其系統(tǒng)容量可隨基站天線數(shù)或多用戶終端天線總數(shù)二者中的最小數(shù)而線性增長。正因?yàn)槿绱?，多用戶MIMO（multi-user MIMO，MU-MIMO） 或多用戶大規(guī)模MIMO無線傳輸技術(shù)已成為4G 及5G 移動(dòng)通信提升頻譜效率、拓展系統(tǒng)容量最為重要的手段之一，并將在未來移動(dòng)通信的演進(jìn)發(fā)展過程中爆發(fā)出更為旺盛的生命力。這有力地回應(yīng)了一度甚囂塵上的有關(guān)移動(dòng)通信物理層研究已走向盡頭的悲觀論調(diào)。分布式MIMO（distributed MIMO， D-MIMO） 是在經(jīng)典MIMO 無線傳輸技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它在移動(dòng)通信無線傳輸與組網(wǎng)技術(shù)發(fā)展中扮演著 “ 承前啟后 ”的基礎(chǔ)性作用，且近年來新興的無線傳輸與組網(wǎng)大多是其特殊形式或者拓展形式。具體來說：首先，分布式MIMO 是經(jīng)典MIMO 無線傳輸技術(shù)的更為一般化形式。與經(jīng)典MIMO 不同，分布式MIMO 的天線單元處于不同的地理位置，因而其理論分析與工程實(shí)踐更具挑戰(zhàn)性。更為重要的是，分布式MIMO 拓展了經(jīng)典MIMO 的應(yīng)用范疇，它不但可以應(yīng)用于單小區(qū)蜂窩基站系統(tǒng)，還可以進(jìn)一步取代多小區(qū)蜂窩基站，以分布式MU-MIMO 形式，構(gòu)成無蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)。后者在同時(shí) – 同頻條件下為所有用戶提供服務(wù)，無需進(jìn)行傳統(tǒng)意義上的小區(qū)間頻率規(guī)劃，系統(tǒng)資源可全維度動(dòng)態(tài)利用，顯著改善系統(tǒng)資源配置的靈活性，大幅度提升無線資源利用率。讀者可在《分布式MIMO 與無蜂窩移動(dòng)通信》的第一章和第二章找到這方面更為全面的論述。

　　其次，分布式MIMO 還可進(jìn)一步演變?yōu)楦鼮閺?fù)雜的無線組網(wǎng)方式。傳統(tǒng)移動(dòng)通信系統(tǒng)的上下行無線鏈路是以相互獨(dú)立或相互正交的方式而設(shè)計(jì)的。近年來，為了適應(yīng)無線資源動(dòng)態(tài)調(diào)配的需求，已發(fā)展出了靈活雙工和全雙工等全新的無線資源復(fù)用方式。這時(shí)上下行無線鏈路呈現(xiàn)出相互耦合的表現(xiàn)形式，系統(tǒng)模型可演變?yōu)樯舷滦墟溌否詈系姆植际組IMO 及無蜂窩無線組網(wǎng)方式。有關(guān)該方面進(jìn)一步的描述，讀者可參見第八章。第三，分布式MIMO 是業(yè)界流行的多種無線組網(wǎng)方式的簡化形式。無線中繼和超密集網(wǎng)絡(luò)（ 或small cell） 是近年來關(guān)注度較高的無線組網(wǎng)方式。對(duì)于無線中繼，若采用帶外（out band） 中繼方式，則其本身等同于分布式MIMO ；反之，若采用帶內(nèi)（in band） 中繼方式，則分布式MIMO 的容量是其性能上限。相對(duì)于超密集網(wǎng)絡(luò)，若分布式MIMO 各個(gè)節(jié)點(diǎn)獨(dú)立進(jìn)行信號(hào)收發(fā)處理，則兩者完全等同。更為詳細(xì)的討論，讀者可參見第一章。有關(guān)基于分布式MIMO 的無蜂窩網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)蜂窩超密集網(wǎng)絡(luò)的容量性能分析與對(duì)比將在第四章中給出。