無線通信的未來始于今天的MIMO：WiMAX、HSPA+和LTE測試挑戰(zhàn)

通過使用天線――或者實現(xiàn)更定量的衡量，信道仿真器――有可能導(dǎo)出一個精確的信道模型。這能夠幫助人們在設(shè)計發(fā)射器的時候以經(jīng)過校準的接收器為基準，判斷各種信道條件下信號傳輸是否是可靠的。同樣的，采用不同的信道模型也可以測試接收器。采用任意波形發(fā)生器或者實時信道仿真器將一定的信道失真加載到標準波形上，就可以產(chǎn)生這些信號。

由于MIMO系統(tǒng)的性能取決于信道的行為，因此必須使用多種不同的信道模型對發(fā)射器和接收器進行測試――既包含預(yù)定義的標準，也包含用戶定義的模型――確保設(shè)計能夠在各種環(huán)境下保持穩(wěn)定的性能。圖3給出了一種典型的配置。根據(jù)待測設(shè)備是發(fā)射器還是接收器，其中的2820型矢量信號分析儀（VSA）和2920型矢量信號發(fā)生器（VSG）可以被發(fā)射器或接收器所取代。

矩陣條件和奇異值：與EVM一樣，矩陣條件數(shù)也是表征發(fā)射器性能的一個很好的指標。它實際上衡量的是每個空間流的正交情況。例如，如果采用電纜將VSA與發(fā)射器相連，那么矩陣條件應(yīng)該接近于一（即0dB）。如果不是這樣，那么發(fā)射器可能產(chǎn)生了一些流間干擾，原因可能來自于DSP內(nèi)的數(shù)學(xué)誤差或者射頻部分的問題。由于矩陣條件是最大奇異值的比，因此通過選擇奇異值測量就可以檢查每條碼流的奇異值。常用的測量方法是監(jiān)測矩陣條件數(shù)直到出現(xiàn)一個不正常的大值，然后轉(zhuǎn)而監(jiān)測真正的奇異值，得到矩陣的解。圖2(b)將信道響應(yīng)和矩陣條件做了對比。

碼流性能
我們可以通過多種方法分析各條發(fā)射碼流的性能。
測量一段時間：測量一段時間內(nèi)的EVM、幅值或者頻率誤差能夠幫助我們找出與每路射頻的時間行為相關(guān)的問題。例如，某個射頻發(fā)射器FPGA中的一個毛刺可能導(dǎo)致EVM出現(xiàn)周期性的誤差。

圖3 WiMAX將所有合而為一

在基于正交頻分多路復(fù)用的并行符號傳輸方式下，時間增量通常是指OFDM符號周期（圖3的橫軸），每個時間增量包含成千上萬個符號。例如，WiMAX（802.16e）在每個OFDM符號周期內(nèi)能夠傳輸128～2048個符號。圖3的縱軸標識為子信道（subchannel）。這些子信道并非真正的物理信道，而是每個OFDM符號周期內(nèi)傳輸?shù)某山M的并行符號。通過這類符號圖就可以定義802.16e信號是如何構(gòu)成的以及它的時間行為如何。
調(diào)制質(zhì)量頻率：測量EVM或幅值與頻率的關(guān)系能夠幫助我們找出帶內(nèi)問題，例如可能由射頻內(nèi)部的時鐘產(chǎn)生的低水平寄生干擾。

波束賦形
MIMO的一個重要優(yōu)勢――也是其最初的用途之一――就是能夠通過一種稱為波束賦形（beam forming）的過程將射頻能量定向到特定的用戶。很多商用系統(tǒng)的標準都支持MIMO波束賦形或者閉環(huán)MIMO。雖然波束賦形的優(yōu)勢在于能夠為用戶提供更大的容量，但是它增加了設(shè)備的復(fù)雜性，因為需要采用陣列式的發(fā)射器、接收器和天線來控制發(fā)射信號的方向和形狀，這本身取決于信道環(huán)境。人們采用諸如信道聲探（channel sounding）之類的技術(shù)對信道建模，然后構(gòu)建出正確的碼流相位和幅值。測試設(shè)備需要擴展到8×8的架構(gòu)，使其能夠控制每個信號源的相位和幅值，根據(jù)計算出的信道信息構(gòu)建所需的射頻發(fā)射碼型。

結(jié)束語
在從模擬傳輸技術(shù)轉(zhuǎn)向數(shù)字傳輸技術(shù)的過程中，MIMO是商用射頻技術(shù)最重要的發(fā)展趨勢之一。所有下一代通信標準都是基于MIMO的，這為商用通信設(shè)備的設(shè)計者們提出了很多新的挑戰(zhàn)。隨著用戶需要越來越多的服務(wù)和越來越可靠的鏈接，MIMO系統(tǒng)將會圍繞諸如波束賦形之類的技術(shù)而向前發(fā)展，增加一臺設(shè)備中的發(fā)射器、接收器和天線數(shù)量。