无线通信的未来始于今天的MIMO：WiMAX、HSPA+和LTE测试挑战

作者：时间：2009-05-14来源：网络收藏

通信市场和底层的语音和数据服务技术的发展趋势是在同一频谱上提供更高的数据速率，以满足日益增长的用户需求。本文综述了多入多出（MIMO）传输机制的底层标准，包括802.16e mobile-WiMAX Wave 2、HSPA+和LTE。其中涉及广大工程师们在设计基于多射频/天线技术的产品时用到的MIMO信号发生、调制质量测量、信道仿真和波束赋形理论。

引言
MIMO技术将频谱效率提升到了一个全新的水平，根据其采用的传输技术，能够实现更高的数据吞吐率或者更大的覆盖率。但是，频谱效率的提高是以更高的复杂性为代价的。从概念上看，MIMO技术非常简单：它采用多路射频载波传输更多的信息，通过在占用相同带宽的同一信道上传输所有信号的方式来提高频谱效率。例如，2×2的MIMO射频具有两个发射器和两个接收器，4×4的MIMO具有4个发射器和4个接收器。
目前很多MIMO系统采用的都是2×2配置架构，但是市场的发展将会出现更大规模的配置。WLAN、WiMAX和LTE已经采用了4×4的配置架构。目前人们研究的波束赋形技术旨在在设备内配置更大规模的射频系统，以便为用户尽可能提供最多的服务。目前，8×8甚至16×16的射频配置是商用宽带射频研究领域的主流。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/158049.htm

MIMO理论
MIMO的工作原理是对传输信道进行精确建模，将多个接收到的符号分解恢复成单路数据流。为了说明这一原理，我们不妨以WLAN 802.11n为例（如图1所示）。发射器以一个报文头的形式发出一个已知信号。接收器据此构建一个信道模型，用H表示。当发出数据时，接收器根据信道模型尽可能逼近原始矢量，其中假设传输误差用噪声矢量（n）表示。

图1 传输信道的原理

尽管信道建模理论适用于所有的MIMO系统，但是这一方法对于不同的标准是不同的。例如，在基于WLAN 802.11n的系统中，报头信息在TX1和TX2上都进行发射，但是基于WiMAX 802.16e Wave 2的系统仅仅在第一个发射器上发射报头。经过解析的传输路径（即h11和和h22）称为空间流。

测量系统的时间对准
信道使信号发生失真有多种情况。例如，周围物体的反射会导致信号的多个实例在不同的时间到达接收器（多路径）。多路径造成了幅值衰减以及时间和相位的延迟。从理论上，某个信号的信道失真越多，接收器算法就越难解析出原始发射信号。如果发射器或者接收器进一步引入了幅值、时间和相位误差，我们就无法对信道进行准确的建模，就不能有效地解析出符号。

为了确保MIMO的测量有效而准确，所采用的测量设备，即信号源（发射器）和分析仪（接收器），必须与它们本地的晶振进行相位对准，与参考频率进行时间对准，确保D/A和A/D抽样率一致，以尽可能地减少它们对信道的影响。理想地，如果相位误差低于1°，时间对准误差小于1ns，那么就可以得到准确的结果。

系统性能
调制质量指标：对于大多数传统数字传输系统而言，衡量调制质量的关键指标是实际接收到的符号矢量（或符号相位与幅值失真）与接收器期望值的对比情况。最常用的是EVM（误差矢量幅值），但是不同的通信标准也存在不同的指标，例如相对星误差（Relative Constellation Error，RCE）。对于MIMO系统，总EVM也是一个很好的衡量指标；通过计算RMS EVM可以从总体上表示各个发射器的调制质量。