3G4G應(yīng)用中MIMO技術(shù)的實現(xiàn)挑戰(zhàn)與解決方案
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MIMO性能的信道依賴性
對于無線通信系統(tǒng)來說，信道是關(guān)鍵因素，它決定系統(tǒng)的性能。例如，通過損耗和衰落可導致信號幅度衰減，多徑可導致符碼間干擾。雖然MIMO開辟了一個新維度空間可以極大地提高性能，但是分集或容量增益是否能夠真正實現(xiàn)依賴于信道特性。在STBC應(yīng)用中，是否能夠達到分集增益取決于信道分集階數(shù)。只有當每個發(fā)射接收天線對之間具有獨立衰落通道時，信道分集階數(shù)才等于發(fā)射和接收天線的數(shù)量。這意味著如果發(fā)射接收天線對之間的信道具有高相關(guān)特性，則可以獲得的分集增益將非常有限?？臻g復用應(yīng)用還要求信道獨立特性。只有在最佳信道條件下，不同的空間信號流才能夠被很好地分離，這就是說發(fā)射接收天線對之間的信道具有低相關(guān)特性。
MIMO性能測試中的挑戰(zhàn)
隨著MIMO系統(tǒng)發(fā)射機/接收機單元的增加，產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā)的復雜程度也在迅速增加，這也給MIMO性能測試帶來了挑戰(zhàn)。如上所述，MIMO的性能取決于信道，為了研究不同信道條件下的接收機性能，必須使用MIMO信道。在早期設(shè)計和驗證周期內(nèi)，直接在真實的無線信道環(huán)境中進行測試并不是一種有效方法。這非常耗時，由于信道敏感和多變，重復生成研究問題是非常困難的。使用軟件生成信道系數(shù)是另一種選擇，但也并非理想方法。因為發(fā)射信號的系數(shù)生成和卷積運算過程是極為耗時和占用資源的，所以只使用軟件來仿真信道行為在實時測試中是不可行的。另外，信道模型變得越來越復雜，不同的通信標準要求使用不同的信道模型和測試環(huán)境。重復生成所有這些信道模型和測試環(huán)境將加重設(shè)計工程師的負擔，而且耗時的測試將減緩故障診斷過程和開發(fā)周期。因此，專業(yè)的MIMO信道仿真器是這些工程師加快工作進程的關(guān)鍵工具。
MIMO信道仿真器使用功能強大的數(shù)字信號處理技術(shù)可以重復生成設(shè)定的、真實的信道環(huán)境，這使工程師能夠在早期部署和設(shè)計驗證階段隔離性能問題，并為元器件或系統(tǒng)的全面故障診斷提供最快速的方法。目前的SISO信道仿真器無法有效地解決MIMO性能測試問題。首先，每臺接收機需要對不同發(fā)射機的信號流進行求和運算；第二，多級并聯(lián)SISO信道仿真器無法仿真不同信道的相關(guān)特性，而這是MIMO信道的一個重要特點；第三，滿足所需的信道數(shù)量要求對于SISO信道仿真器來說是一個巨大的挑戰(zhàn)。
可仿真真實MIMO信道的專業(yè)儀器為應(yīng)對這些復雜的測試條件提供了最佳解決方案。信道仿真器(例如N5106A PXB MIMO接收機測試儀)使用功能強大的數(shù)字處理技術(shù)可以重復生成真實的MIMO條件，從而能夠在設(shè)計、部署和驗證周期早期快速隔離性能問題。信道仿真器還具有一個優(yōu)勢，它可以生成真實的衰落環(huán)境，包括路徑和信道相關(guān)性，具有更低的實施成本和更快的校準流程。
圖3.Agilent N5106A MIMO接收機測試儀可提供多達4個基帶發(fā)生器和8個衰落器，這有助于對高達4×2 MIMO的系統(tǒng)進行測試和故障診斷。Agilent Signal Studio信號生成軟件在該測試儀上運行，并為工程師提供最新的標準一致性信號生成功能。
圖4顯示了測試2×2 MIMO接收機的簡化配置圖。該測量儀器與兩個用于信號上變頻的射頻信號發(fā)生器相連，儀器內(nèi)部基帶發(fā)生器生成標準一致性波形，例如LTE信號。通過軟件的圖形化界面用戶可以清楚地看到基帶發(fā)生器與信道衰落器之間的對應(yīng)關(guān)系。每臺衰落器能夠使用標準一致性衰落模型進行獨立配置，如使用3GPP LTE標準36.101 Annex B，或者使用各種路徑和衰落條件定制可配置的模型。與獨立的衰落器不同，儀器的自動功率校準功能消除了進行衰落所需的枯燥、耗時的系統(tǒng)設(shè)置。
圖4：使用Agilent N5106A PXB MIMO接收機測試儀測試2×2 MIMO接收機的簡化方框圖。
本文小結(jié)
本文概述了先進的3G/4G無線通信系統(tǒng)中的MIMO技術(shù)，介紹了空間分集、空間復用和波束賦形的基本概念以及它們對MIMO性能的影響。在用于豐富的多徑環(huán)境時，MIMO技術(shù)具有提高信號的強健性和擴充容量的潛力。開發(fā)和測試MIMO元器件和系統(tǒng)要求使用能夠輕松配置的先進信道仿真工具，并為真實的無線信道和條件提供精確表征。本文還與讀者分享了如何使用市場上有售的儀器(如Agilent N5106A PXB MIMO接收機測試儀)來仿真這些復雜信道。
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