赖旭贤
珠海银邮光电信息工程有限公司519000
摘要：MIMO技术是LTE的核心技术之一，无论是实践测试还是理论分析都证明MIMO技术对改善网络覆盖范围及增加性能的稳定性上都有极大贡献。目前，MIMO技术已经在LTE的室内分布系统建设中得到了认可与广泛应用。本文就借由对MIMO技术的分析，探讨了它在LTE室内分布系统中的应用，提出了MIMO室内分布设计方案，解决了室内工程中存在的多馈线安装限制的问题，为室内工程改造效率化提供了技术依据。
关键词：MIMO；LTE；单馈线；多馈线；室内分布系统；有源天线
LTE的问世为全球带来了最为领先的4G移动通信标准，是人类对涉足高速光纤移动领域的一种尝试。它为信息传播提供了更高的传播速率与系统容量，并且进一步增加了网络的覆盖范围和辐射效果。而室内的信号覆盖技术所采用的就是被称为多输入多输出的MIMO技术，它是一种优秀的室内网络分布系统解决方案。
一、MIMO技术
MIMO（Multiple-InputMultiple-Output）简称多入多出，是LTE能够达到高速通信标准的关键核心技术，又称为天线技术。在2G和3G时代，网络通信运营商会考虑到成本因素而更多采用单通道室内分布系统的形式来为室内引入LTE信号，而且由于2G和3G在数据传输方面要求不高，基本能满足大部分用户需求。但是随着目前4G数据业务的逐渐兴起，单通道室内分布系统已经由于限制的增多而无法满足基本数据传输要求，所以MIMO技术将其取而代之，成为了目前室内网络分布系统的最优解决方案。
（一）MIMO原理
MIMO技术的原理就是将信息源头的数据通过空时编码技术进行分解而形成多个通路的并行数据流，这些数据流会在指定的带宽中经由多个天线同时传输发射，再经过彼此独立的无线信道传输，最后由另外的一组复数天线进行接收。将这些接收到的数据流进行空间特性分析与空时解码处理后，就能恢复出信道源头信息。MIMO技术的特色就在于不增加带宽的情况却能成倍的提高空间数据流、系统吞吐量以及频谱利用率，所以说MIMO技术是一种节约型的新技术，有着很好的发展前景。
图1为某小区的系统下行吞吐量实时数据，分别应用了单通道与双通道两种LTE系统运行模式。我们发现不同品牌设备的单通道LTE模式下小区的下行系统数据吞吐量在22~36Mbps范围内，而双通道LTE则可以达到29~59Mbps，整体系统容量有近50%左右的提升。
（二）MIMO的应用
MIMO系统其基本原理是通过接收端与发射端所采用的多天线列阵，以多入多出的方式进行信息流的传输。所以我们可以这样理解，假设传输信息流为X，X在经过空时编码的处理后会自动形成Nt数量的信息分支子流，这些信息子流再通过Nt条天线单元发射传输到外部，Nr个接收天线会将空间无线信道中的信息进行二次接收。由于Nr个子流以同步发送的方式输出，理论上所有发射信号所占用的是一个频段。也就是说它们并没有占用额外带宽，这就表示系统的有效带宽利用效率被提高了。如果我们把系统容量C考虑进来，了解系统容量的变化是随着发射与接收天线间最小天线数线性增长而决定的，我们就可以推出一个近似计算的公式来判断SNR的信噪比：
C≈min（Nr，Nt）log2（1+SNR）bit/sHz
公式中min（Nr，Nt）表示发射天线Nt与接收天线Nr二者之间的最小值。
MIMO技术是LTE系统在频谱效率上提升的关键，因为首先MIMO通过信道提供给系统空间以更大的复用增益，这种增益能够极大的提高系统容量；其次就是MIMO信道所提供的空间分集增益对提高信道的可靠性很有作用，而且它明显降低了LTE系统的频谱误码率[1]。
二、LTE室内双路MIMO解决方案
（一）变频合路MIMO方案设计
变频合路MIMO方案必须要基于LTE的应用频率来设计，通常情况下有单路变频和双路变频两种方案，本文主要探讨双路变频方案。
所谓双路主要是因为系统内部的RRU会在变频合路的近端节点自发两路小功率射频信号，这些射频信号会经过变频之后再合并输出。在室内分布方案上，射频信号在合并合路后都在一根主馈线上，所以当各个系统的全部信号都会传输到远端节点上时，系统就会通过LTE分路器的中频信号同其他系统的射频信号区分开来，而后分别通过变频再输出与RRU相同射频频率的信号，最终形成一种双极化室内分布天线的两极化输入端口，这样就真正达到了MIMO室内分布的应用效果。如图2.
一般我国室内所分布的LTE系统都支持从800~2500MHz的信道频段，所以如果LTE在室内部署了1800MHz的频段的话，双路变频就完全可以简化为单路变频方案。而且变频方案很简单，只要对一路信号实施变频即可解决。变频之后，合路后的信号就可以通过室内实际的分布情况进行单馈线的传输。主要做法就是把其中一路信号通过变频经过LTE频段上，再由RRU进行射频传输，最后实现天线拥有两个极化输入端口的效果。
上述的这种变频合路在设计上节省了成本，它只需要用到一套馈线架构，同时能够兼容现有的2G/3G馈线网络系统，还能大幅度降低新增馈线施工的难度。在基站信源的发射功率方面也有所提高。但缺点就是因有源设备过多，每一个远端节点都需要一根天线，在维护上增加了难度[2]。
（二）双路MIMO方案设计
现有的2G/3G馈线与天线也可以作为分布应用于双路MIMO的方案设计当中。它额外新建立了一路天线点和馈线作为MIMO的另一路分支，这就形成了双路MIMO设计。这两路分支的接入点分别进入LTE基站的两路通道。它们之间都必须满足MIMO天线与天线点间距的非相关性隔离要求。
目前大部分室内所采用的都是馈线分布系统设计，双路MIMO方案合理利用了室内现有的馈线系统与相关配件，从而减少了室内分布系统改造的投入。但同时为了解决馈线传输损耗过大的缺点，所以双线MIMO才会要求再建一套馈线系统和一幅天线，以节约成本。
图3所采用的是传统单极化天线室内MIMO方案，它需要额外天线的支持。室内双极化天线MIMO方案可以在保持现有功能的基础上，省去这个配置，而且根据双极化天线的正交极化特性，还能降低施工的难度，减少天线安置点选择的麻烦。与此同时，双极化天线设计也能满足覆盖2G/3G包括LTE的所有频段，所以选择具备馈线改造条件，性价比也很高的双极化天线布置是正确的[3]。如图4.
总结：通过对MIMO原理的介绍以及它在现有室内分布LTE系统中的应用我们得知，变频合路MIMO与双路MIMO方案两种设计都能解决目前室内多馈线安装所带来的制约，同时还降低了施工安装成本，并且在对2G/3G无线网络的兼容性上也很突出，而对未来4G在室内技术的发展上也很有建设性。
参考文献：
[1]丁明玲，孙震，王志中等.LTEMIMO室分建设策略研究[J].移动通信，2015，（6）：13-19.
[2]王友祥，杨军，李新中等.MIMO在室内无线网络中的应用[J].电信技术，2012，（12）：15.
[3]杨文博，郭见兵.LTEMIMO室内分布系统解决方案分析[J].电子测试，2013，（18）：141-142.