無線MIMO架構(gòu)測試的不同種類及開發(fā)策略

　　為MIMO系統(tǒng)建模必須考慮多數(shù)據(jù)流的數(shù)量，包括到達(dá)接收機(jī)的直接和反射信號。按照傳統(tǒng)的方法，將發(fā)射器分別表示為 Tx1，Tx2，…，Txn，將接收機(jī)表示為Rx1，Rx2，…，Rxn，一個MIMO通信系統(tǒng)可由一個矩陣信號向量hxy的形式表示，其中x表示發(fā)射機(jī)的數(shù)量，y表示接收機(jī)的數(shù)量。例如，h21表示兩個發(fā)射機(jī)和一個接收機(jī)，而h22表示兩個發(fā)射機(jī)和兩個接收機(jī)（如圖2所示）。通過這種方法，一個MIMO 信道可以這樣建模：

　　y=H*x+n

　　式中：y為接收信號向量，H為信道矩陣(hxy信號元素)，x為發(fā)射信號向量，n為噪聲向量。

圖2 MIMO系統(tǒng)中的無線信道可由一系列不同的向量來表示

　　不同的信道對接收信號產(chǎn)生影響，例如，衰減和多經(jīng)影響，可由同樣的代數(shù)方程矯正，關(guān)系式為

　　Rx=H*Tx+n

　　式中：Rx表示接收天線的Rx1，Rx2，…，Rxn矩陣，Tx表示發(fā)射天線的Tx1,Tx2，…，Txn矩陣。對于一個2×2 MIMO系統(tǒng)，關(guān)系如圖2的矩陣。

　　這些關(guān)系式中的信號包含幅段、頻率和相位分量，所以用向量表示很實用。簡單而言，在一個測量系統(tǒng)中用向量來表示這些信號也很實用。

　　測量挑戰(zhàn)

　　MIMO技術(shù)在數(shù)據(jù)吞吐量上的提高，增加了系統(tǒng)復(fù)雜性，為評估MIMO系統(tǒng)和系統(tǒng)中元器件的測試和測量設(shè)備帶來新的設(shè)計挑戰(zhàn)。在決定最佳的MIMO測量儀器之前，也許有必要先確定一個描述MIMO通信信道性能的測量類型。MIMO測量一般可以分為系統(tǒng)級測量、信道響應(yīng)測量和MIMO 系統(tǒng)中使用的元器件的功能性測量。

　　已經(jīng)說明了MIMO信號由頻率、幅度和相應(yīng)的相位分量定義，對MIMO信號的測量必須對以上三個信號特征分量進(jìn)行精確和真實的測定。另外 MIMO系統(tǒng)通常是基于對接收信號進(jìn)行零中頻(zero-IF)下變頻到基帶I、Q信號分量的系統(tǒng)。要得到高的調(diào)制精度，必須保持I、Q信號分量的保真度，這需要信號路徑所有的部件具有高性能和低失真，包括放大器、濾波器、混頻器、I/Q調(diào)制和解調(diào)器等部件。

　　在許多無線系統(tǒng)中，誤差向量幅度(EVM)是評估性能的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，并在MIMO系統(tǒng)中廣泛采用。EVM，通常被認(rèn)為是接收信號星座圖的誤差 (RCE)，因為在星座圖中RCE得到了直觀的顯示，RCE實際上就是理想信號和測量信號的向量差，并可以作為MIMO發(fā)射機(jī)調(diào)制精度和信號質(zhì)量和接收機(jī)性能的直接測量。EVM測量捕獲了信號幅度和相位誤差并將定義傳輸?shù)腞F信號失真的許多參數(shù)減少到一個參數(shù)，允許各個發(fā)射機(jī)之間的比較。其他重要的 MIMO發(fā)射機(jī)測試包括群延時的評估和群延時的變化，相位噪聲，放大壓縮和信號處理中分量的I/Q失配。由以上因素引起的信號失真一般都可以通過星座圖上的EVM看出來。

　　在星座圖EVM中，對于理想的信號，所有星座點應(yīng)該與理想的位置精確重合。但信號和分量并不完美，諸如相位噪聲和載波泄露等因素會讓星座圖上的星座點從理想位置偏移。EVM即是這個偏移的測量，除了整體EVM作為MIMO系統(tǒng)測試參數(shù)，EVM作為頻率和EVM作為時間功能也能提供MIMO發(fā)射機(jī)性能的分析。另外，EVM顯示的載波和符號的對比可以提供MIMO發(fā)射機(jī)性能的進(jìn)一步細(xì)節(jié)。

　　星座圖EVM上精確的點的定位顯示了一個優(yōu)秀的MIMO系統(tǒng)的性能。在一個采用OFDM和64QAM的2×2 MIMO系統(tǒng)中，采用顏色來區(qū)別不同的發(fā)射機(jī)信號和導(dǎo)頻載波。在圖3所示的星座圖中，紅點和藍(lán)點表示了2×2 MIMO系統(tǒng)中的兩路信號，Tx0和Tx1，它們覆蓋在白點上，白點代表了子載波理想的位置。黃點代表了導(dǎo)頻載波，與表示理想導(dǎo)頻載波的白點重合。

圖3 EVM星座圖提供潛在MIMO系統(tǒng)問題的示意圖，這些問題包括噪聲（模糊的圓點），I/O不平衡（偏移的圓點）和相位噪聲（圓點變成了圓環(huán)）

　　這樣的顏色定義的圖表讓發(fā)射信號問題的定位十分簡單。例如，紅色或藍(lán)色的子載波星座點如果從理想的白色點偏移就表示I/Q不平衡，而星座點出現(xiàn)模糊則表示傳輸信號有噪聲，星座點呈現(xiàn)圓環(huán)狀則意味著過多的相位噪聲。

　　與更為常見的X-Y坐標(biāo)圖一起，信道的一系列測量顯示了MIMO系統(tǒng)中相對子載波的標(biāo)圖矩陣和信號矩陣的健康程度。圖4中對信道翻轉(zhuǎn)和符號傳輸?shù)南到y(tǒng)能力的測量，可以用來確定MIMO系統(tǒng)中各個信號流的正交性。通過傳輸反轉(zhuǎn)的符號，系統(tǒng)的覆蓋性可以得到分析，通過傳輸并行的符號，系統(tǒng)吞吐量可以得到評估。

圖4 X-Y圖示表明了MIMO信道子載波的正交性，標(biāo)示了子載波的情況