MIMO技术在移动WiMAX中的应用
mimo（multipleinputmultipleoutput，多输入多输出）技术是下一代通信技术的一个重要突破，本文依据华为的系统仿真研究结果和外场实际测试结果，从网络覆盖增强、系统容量提升和降低建网成本等角度，对mimo技术在移动wimax系统中的应用进行探索和分析。
近年来，全球基于传统线缆技术的宽带用户快速增长，3g移动用户数也在稳步增长。市场对于移动宽带的需求正在快速增加，这为无线宽带接入技术提供了巨大的市场空间。
wimax802.16e正越来越多地被运营商采用为首选的固定和移动宽带接入策略，为终端用户提供丰富的高宽带多媒体业务。这些策略对运营商的无线网络提出了极大的挑战。为了建立和维持赢利的商业模式，需要对网络容量、用户吞吐量、网络覆盖质量作较大的改进。mimo多天线技术的应用，使802.16e能够应对这些挑战，从而有力推动wimax网络的发展。
mimo是指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，信号通过发射端和接收端的多个天线传送和接收，从而改善每个用户的服务质量。mimo技术对于传统的单天线系统来说，能够大大提高频谱利用率，使得系统能在有限的无线频带下传输更高速率的数据业务。n根发射天线和m根接收天线的mimo系统框图如下图所示。
wimax802.16e定义了三种可选的mimo方式，分别是sttd（spacetimetransmit diversity , 空时发射分集）、sm（spatial multiplexing, 空分复用）和自适应切换方式，同时定义了matrix a、matrix b和matrix c 3种编码矩阵。华为公司wimax 802.16e系统目前已全面支持matrix a，并将在2008年9月支持mimo matrix b和mimo matrix c。
wimax802.16e系统中，mimo技术与ofdma技术结合使用，可以大幅提高网络覆盖能力，使wimax系统容量倍增，从而大幅降低网络建设成本和维护成本，有力推动了移动wimax发展。
与ofdma完美结合
mimo可以应用于所有的无线通信技术。在wimax802.16e系统中，mimo和ofdma（orthogonalfrequency division multiple access，正交频分复用接入) 的完美结合，更能体现出mimo的技术优势。
mimo系统可以抗多径衰落，但对于频率选择性衰落，mimo仍然无能为力，其他通信系统一般采用均衡技术来解决mimo系统中的频率选择性衰落。wimax的ofdma技术可以很好地克服频率选择性衰落。下一代移动通信需要高的频谱利用率技术，但ofdma提高频谱利用率的能力毕竟有限。结合mimo技术，可以在不增加系统带宽的情况下进一步提高频谱效率。mimo+ ofdma技术既可以提供更高的数据传输速率，又可以通过分集达到很强的可靠性和增强系统的稳定性。另外，ofdma由于码率低和加入了时间保护间隔而具有很强的抗多径干扰能力，多径时延小于保护间隔使系统不受码间干扰的影响，这样就可以使单频网络使用宽带ofdma系统依靠mimo技术消除阴影效应，真正实现网络的无缝覆盖。
大幅提高网络覆盖能力
wimax802.16e由于采用较高的工作频段，传播损耗比其他移动通信系统高，如何扩展网络覆盖能力也是wimax面临的挑战之一。mimo技术在 wimax系统的应用，可以大幅度提高网络覆盖能力。mimo在分集模式下，通过分集增益增加小区覆盖半径；在复用模式下，通过提升小区边缘速率获得的分集增益来提升小区覆盖半径；在自适应切换模式下，小区边缘工作在分集模式下，覆盖增益与仅分集模式相同。通过华为公司的系统仿真结果表明，在分集或自适应切换模式下，2t2r（2transmit2 receive，两路发射两路接收）mimo相比siso（single input single output，单输入单输出）有2～10db的覆盖增益，覆盖半径增加50％～90％；仅复用模式下，在小区边缘可以间接获得3～5db的覆盖增益。另外 mimo还可以有效提高小区边缘覆盖概率。
2007年8月，在日本东京，华为与当地运营商j:com一起对mimo的实际使用效果进行了测试。测试结果表明，采用mimomatrixa技术可以有效提高wimax802.16e系统的覆盖半径，可以大幅减少网络建设所需要的基站数目。
使系统容量倍增
wimax802.16e系统可提供极高的数据吞吐量和移动性，让用户能够随时在线，即使处于移动状态也能获得真正的宽带体验。mimo技术在复用模式下，可以成倍提高系统吞吐量和频谱效率，并可以成 倍提高单用户峰值速率；在分集模式下，通过增加高阶调制方式的比例来提高系统吞吐量和频谱效率；在自适应切换模式下，小区中心工作在复用模式，小区边缘工作在分集模式，因此系统吞吐量和频谱效率增强效果介于两者之间。ofdma和mimo技术的应用，使 wimax802.16e系统能够最大程度地提高频谱效率，提供高品质移动视频和电视业务所需的高速度和高带宽。
华为公司的系统仿真结果表明，采用mimo2×2matrixb技术后，可以提升wimax 16e系统吞吐量约30％～60％，同时可以成倍提高用户的峰值速率，保证wimax用户获得更好的业务体验。
大幅降低网络建网和维护成本
在密集城区和cbd区域，高端用户多，对系统吞吐量和峰值速率要求高，容易出现容量受限的情况。采用mimomatrixb技术后，wimax系统下行容量提升55％，上行容量提升33％；在容量受限场景，基站数目将减少25％左右。相比其他多天线技术如aas（adaptive antenna system also advanced antenna system，自适应天线系统，也称作先进天线系统）,mimo在密集城区的容量增益优势更为明显，可以有效降低高话务区域的建网成本或扩容成本。
对于覆盖受限场景，采用mimo技术可以增加50％以上的覆盖半径，使单站点覆盖面积增加近100％，在一定覆盖面积下可节省40％～60％的基站数目。在郊区和农村区域引入mimo，可实现最少基站的最大覆盖，大幅降低初始建网成本。
另外，在安装和维护方面，aas天线最少为4波束天线，需要较高的天线安装空间；aas天线相比传统天线，所需馈线大大增加，增加工程量，同时铁塔走线架的宽度也得加宽；aas采用的天线重量大，对安装承载能力要求提高；另外aas天线体积较大，防风能力差，抗风阻性要求高，不适合在风力大或者是台风多发区域使用。mimo相比aas，需要的天线数目少，一根普通的±45度双极化的天线就可以支持2×2mimo，对天线安装空间和承重要求低，容易部署、维护，可有效节省天线安装成本和维护成本。
结束语
随着宽带数据用户和移动通信用户的迅速发展，以及从窄带语音通信向宽带高速数据通信发展的趋势，如何在一定的频谱资源上提高网络容量，如何在一定的站点数目下提升网络覆盖性能，成为将来通信网络建设中需要重点考虑的问题。wimax802.16e系统引入mimo多天线技术，并与ofdma进行完美结合，通过增强系统在空间上的分辨能力，提高频谱利用率并提升网络的容量和覆盖性能，从而降低网络建设成本和维护成本，使wimax802.16e逐渐成为最有竞争力的无线宽带接入技术。
iQOO 7手机深度评测一览
爱立信携英特尔完成3.5GHz频段端到端的NSA 5G数据呼叫
这些iOS13细节更新苹果在WWDC上没有详细提到过
荣耀畅玩8C正式发布，超大电池外加智慧节电技术续航能力惊人
NVIDIA已正式确认其从软银收购英国移动芯片制造商ARM的决定
MIMO技术在移动WiMAX中的应用
MS2609—低噪声放大器
基本共集放大电路的组成、静态分析及动态分析
【节能学院】安科瑞红外测温方案在某锂电厂房项目密集母线槽上的应用
智能小车的直流电机控制
为什么三星LG在印度家电市场能够逆势增长?
比亚迪秦100/唐100将于今天正式上市, 续航100公里！
AI和深度学习存储的重要性解析
中科创达为汽车HMI领域带来更多设计和技术突破
云计算风险应该怎样来管理
NB81模组的特点优势
赛普拉斯即日起将正式并入英飞凌
TSSA80精密凸轮连杆输送机的特点及应用
杭州永磁集团有限公司企业标准测量系统分析(MSA)方法
盘点2019年度汽车零部件巨头接下来的计划
近年来，全球基于传统线缆技术的宽带用户快速增长，3g移动用户数也在稳步增长。市场对于移动宽带的需求正在快速增加，这为无线宽带接入技术提供了巨大的市场空间。
wimax802.16e正越来越多地被运营商采用为首选的固定和移动宽带接入策略，为终端用户提供丰富的高宽带多媒体业务。这些策略对运营商的无线网络提出了极大的挑战。为了建立和维持赢利的商业模式，需要对网络容量、用户吞吐量、网络覆盖质量作较大的改进。mimo多天线技术的应用，使802.16e能够应对这些挑战，从而有力推动wimax网络的发展。
mimo是指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，信号通过发射端和接收端的多个天线传送和接收，从而改善每个用户的服务质量。mimo技术对于传统的单天线系统来说，能够大大提高频谱利用率，使得系统能在有限的无线频带下传输更高速率的数据业务。n根发射天线和m根接收天线的mimo系统框图如下图所示。
wimax802.16e定义了三种可选的mimo方式，分别是sttd（spacetimetransmit diversity , 空时发射分集）、sm（spatial multiplexing, 空分复用）和自适应切换方式，同时定义了matrix a、matrix b和matrix c 3种编码矩阵。华为公司wimax 802.16e系统目前已全面支持matrix a，并将在2008年9月支持mimo matrix b和mimo matrix c。
wimax802.16e系统中，mimo技术与ofdma技术结合使用，可以大幅提高网络覆盖能力，使wimax系统容量倍增，从而大幅降低网络建设成本和维护成本，有力推动了移动wimax发展。
与ofdma完美结合
mimo可以应用于所有的无线通信技术。在wimax802.16e系统中，mimo和ofdma（orthogonalfrequency division multiple access，正交频分复用接入) 的完美结合，更能体现出mimo的技术优势。
mimo系统可以抗多径衰落，但对于频率选择性衰落，mimo仍然无能为力，其他通信系统一般采用均衡技术来解决mimo系统中的频率选择性衰落。wimax的ofdma技术可以很好地克服频率选择性衰落。下一代移动通信需要高的频谱利用率技术，但ofdma提高频谱利用率的能力毕竟有限。结合mimo技术，可以在不增加系统带宽的情况下进一步提高频谱效率。mimo+ ofdma技术既可以提供更高的数据传输速率，又可以通过分集达到很强的可靠性和增强系统的稳定性。另外，ofdma由于码率低和加入了时间保护间隔而具有很强的抗多径干扰能力，多径时延小于保护间隔使系统不受码间干扰的影响，这样就可以使单频网络使用宽带ofdma系统依靠mimo技术消除阴影效应，真正实现网络的无缝覆盖。
大幅提高网络覆盖能力
wimax802.16e由于采用较高的工作频段，传播损耗比其他移动通信系统高，如何扩展网络覆盖能力也是wimax面临的挑战之一。mimo技术在 wimax系统的应用，可以大幅度提高网络覆盖能力。mimo在分集模式下，通过分集增益增加小区覆盖半径；在复用模式下，通过提升小区边缘速率获得的分集增益来提升小区覆盖半径；在自适应切换模式下，小区边缘工作在分集模式下，覆盖增益与仅分集模式相同。通过华为公司的系统仿真结果表明，在分集或自适应切换模式下，2t2r（2transmit2 receive，两路发射两路接收）mimo相比siso（single input single output，单输入单输出）有2～10db的覆盖增益，覆盖半径增加50％～90％；仅复用模式下，在小区边缘可以间接获得3～5db的覆盖增益。另外 mimo还可以有效提高小区边缘覆盖概率。
2007年8月，在日本东京，华为与当地运营商j:com一起对mimo的实际使用效果进行了测试。测试结果表明，采用mimomatrixa技术可以有效提高wimax802.16e系统的覆盖半径，可以大幅减少网络建设所需要的基站数目。
使系统容量倍增
wimax802.16e系统可提供极高的数据吞吐量和移动性，让用户能够随时在线，即使处于移动状态也能获得真正的宽带体验。mimo技术在复用模式下，可以成倍提高系统吞吐量和频谱效率，并可以成 倍提高单用户峰值速率；在分集模式下，通过增加高阶调制方式的比例来提高系统吞吐量和频谱效率；在自适应切换模式下，小区中心工作在复用模式，小区边缘工作在分集模式，因此系统吞吐量和频谱效率增强效果介于两者之间。ofdma和mimo技术的应用，使 wimax802.16e系统能够最大程度地提高频谱效率，提供高品质移动视频和电视业务所需的高速度和高带宽。
华为公司的系统仿真结果表明，采用mimo2×2matrixb技术后，可以提升wimax 16e系统吞吐量约30％～60％，同时可以成倍提高用户的峰值速率，保证wimax用户获得更好的业务体验。
大幅降低网络建网和维护成本
在密集城区和cbd区域，高端用户多，对系统吞吐量和峰值速率要求高，容易出现容量受限的情况。采用mimomatrixb技术后，wimax系统下行容量提升55％，上行容量提升33％；在容量受限场景，基站数目将减少25％左右。相比其他多天线技术如aas（adaptive antenna system also advanced antenna system，自适应天线系统，也称作先进天线系统）,mimo在密集城区的容量增益优势更为明显，可以有效降低高话务区域的建网成本或扩容成本。
对于覆盖受限场景，采用mimo技术可以增加50％以上的覆盖半径，使单站点覆盖面积增加近100％，在一定覆盖面积下可节省40％～60％的基站数目。在郊区和农村区域引入mimo，可实现最少基站的最大覆盖，大幅降低初始建网成本。
另外，在安装和维护方面，aas天线最少为4波束天线，需要较高的天线安装空间；aas天线相比传统天线，所需馈线大大增加，增加工程量，同时铁塔走线架的宽度也得加宽；aas采用的天线重量大，对安装承载能力要求提高；另外aas天线体积较大，防风能力差，抗风阻性要求高，不适合在风力大或者是台风多发区域使用。mimo相比aas，需要的天线数目少，一根普通的±45度双极化的天线就可以支持2×2mimo，对天线安装空间和承重要求低，容易部署、维护，可有效节省天线安装成本和维护成本。
结束语
随着宽带数据用户和移动通信用户的迅速发展，以及从窄带语音通信向宽带高速数据通信发展的趋势，如何在一定的频谱资源上提高网络容量，如何在一定的站点数目下提升网络覆盖性能，成为将来通信网络建设中需要重点考虑的问题。wimax802.16e系统引入mimo多天线技术，并与ofdma进行完美结合，通过增强系统在空间上的分辨能力，提高频谱利用率并提升网络的容量和覆盖性能，从而降低网络建设成本和维护成本，使wimax802.16e逐渐成为最有竞争力的无线宽带接入技术。
iQOO 7手机深度评测一览
爱立信携英特尔完成3.5GHz频段端到端的NSA 5G数据呼叫
这些iOS13细节更新苹果在WWDC上没有详细提到过
荣耀畅玩8C正式发布，超大电池外加智慧节电技术续航能力惊人
NVIDIA已正式确认其从软银收购英国移动芯片制造商ARM的决定
MIMO技术在移动WiMAX中的应用
MS2609—低噪声放大器
基本共集放大电路的组成、静态分析及动态分析
【节能学院】安科瑞红外测温方案在某锂电厂房项目密集母线槽上的应用
智能小车的直流电机控制
为什么三星LG在印度家电市场能够逆势增长?
比亚迪秦100/唐100将于今天正式上市, 续航100公里！
AI和深度学习存储的重要性解析
中科创达为汽车HMI领域带来更多设计和技术突破
云计算风险应该怎样来管理
NB81模组的特点优势
赛普拉斯即日起将正式并入英飞凌
TSSA80精密凸轮连杆输送机的特点及应用
杭州永磁集团有限公司企业标准测量系统分析(MSA)方法
盘点2019年度汽车零部件巨头接下来的计划