- 七條MIMO運(yùn)用和測量的關(guān)鍵問題介紹

使用單輸入分析儀可完成最精確的射頻相位和定時(shí)測量。如果利用功率合成器將多個(gè)輸入饋送到單輸入分析儀，如圖4所示，對信號進(jìn)行解調(diào)并將符號對準(zhǔn)后，得到相對定時(shí)及射頻相位測量值。這一方法完全消除了附加設(shè)備的影響，測量分辨率分別達(dá)到次納秒級和度。

DL2×1 STC（時(shí)空碼）或2×2 MIMO

2個(gè)發(fā)射機(jī) 功率合成器 信號分析儀 發(fā)射信號通過功率合成器后進(jìn)行解調(diào)，恢復(fù)定時(shí)和相位關(guān)系

圖4：使用單端口輸入的MXA頻譜分析儀和功率合成器進(jìn)行交叉信道的射頻頻率和相位測量。

須知五：天線配置對信道路徑相關(guān)具有顯著影響。

在對接收機(jī)進(jìn)行靜態(tài)信道驗(yàn)證之后，可以使用諸如安捷倫新推出的PXB MIMO接收機(jī)測試儀，添加例如步行或車載速度模型的各種衰落，進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證。如前所述，信道中包括發(fā)射機(jī)天線和接收機(jī)天線。人們已經(jīng)投入了大量精力，來研究如何建立天線配置變化對路徑相關(guān)影響的模型。

如果只是為了進(jìn)行證明，可以僅選取一些天線配置，但是如果為了設(shè)計(jì)或進(jìn)行更徹底的性能比較，則應(yīng)當(dāng)使用更廣泛的方案進(jìn)行性能評估，這一點(diǎn)非常重要。使用Agilent PXB MIMO接收機(jī)測試儀（圖5）可提供用戶所需的靈活配置，并可計(jì)算各天線路徑的相關(guān)因子。

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圖5：安捷倫的N5106A PXB MIMO接收機(jī)測試儀。

須知六：MIMO對載噪比的要求高于SISO。

在特定的信道環(huán)境中，信道容量將隨著發(fā)射-接收對的數(shù)量呈線性增加，因此相對于SISO，MIMO能夠得到更高的頻譜效率。但是這是有代價(jià)的。在比較SISO和MIMO的性能時(shí)，首先要求所有發(fā)射信號具有相同功率。對于采用直接映射的MIMO信號，這相當(dāng)于要求每個(gè)MIMO發(fā)射機(jī)的載噪比（CNR）至少要提高3dB，以獲得相同的解調(diào)性能。如圖6中左側(cè)軸的文字所述。

如圖6所示，由于MIMO信道引入了相互耦合，從左至右隨著MIMO信道矩陣條件數(shù)的增大，所需的載噪比逐漸提高。矩陣條件數(shù)是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)學(xué)概念，表示特定MIMO信道容量的潛在增加。與本文相關(guān)的宣傳資料中提供了關(guān)于如何計(jì)算矩陣條件數(shù)的詳細(xì)信息。

同相（0°）耦合是MIMO接收機(jī)測試的第一步，這一步如同單信道靈敏度測試，它將驗(yàn)證訓(xùn)練信號中包含噪聲時(shí)信道的恢復(fù)狀況。當(dāng)存在大量耦合時(shí)，由于處理精度不足在接收機(jī)信道估計(jì)時(shí)產(chǎn)生大量誤差，將導(dǎo)致接收機(jī)性能比預(yù)期的下降更快。更進(jìn)一步的測試是在耦合中增加延遲，即在OFDMA子載波中引入成比例的相位變化。

例如：一個(gè)信道條件數(shù)為10dB的MIMO信號的CNR要求比SISO信號大約高7dB，才能達(dá)到相同的BER。當(dāng)然，MIMO信號承載2倍于SISO的數(shù)據(jù)量。

圖6：結(jié)果表明MIMO需要比SISO更高的載噪比。

如圖6所示，在Agilent 89600 VSA上顯示呈V字型的EVM軌跡，表示在OFDM信號中的時(shí)延。在該實(shí)例中，首先調(diào)整了信號幅度，確?？吹綔y量噪聲，使得EVM（RCE）值上升。通過圖5下面的中間及右邊兩張軌跡圖可以清楚地看到隨著條件數(shù)變差EVM上升的對應(yīng)關(guān)系。

須知七：一個(gè)器件的失真將影響到所有耦合碼流。

在直接映射中測量是針對各個(gè)發(fā)射機(jī)輸出端分別進(jìn)行的，由模擬器件（如放大器或混頻器）產(chǎn)生的失真只會(huì)影響到它所處理的這一路碼字（流）。但是，如果數(shù)據(jù)信號經(jīng)過預(yù)編碼，比如使用LTE中碼本1或碼本2預(yù)編碼，所有碼字將共用模擬器件，那么任何一個(gè)模擬器件的失真都將影響到所有碼流。

為了產(chǎn)生圖7中的測量結(jié)果，可對一個(gè)MIMO信號使用LTE碼本1的1，1，1，-1進(jìn)行預(yù)編碼，或者對該信號采用WLAN的空間擴(kuò)展方式。然后對其中一個(gè)接收機(jī)放大器的增益進(jìn)行調(diào)整，直到ADC產(chǎn)生限幅。

左列是去除耦合前的兩路信號。此處可以看到由于相關(guān)干擾造成的一種非正常的MIMO測量結(jié)果。QPSK顯示為一個(gè)3×3的星座，被稱之為“星座的星座”。盡管如此，也可以看出，在下面一路信號上，帶有上面那一路信號所沒有的某種失真。

中間一列中兩個(gè)信號已經(jīng)分開，均為QPSK信號，但是需要注意，這兩個(gè)信號都帶有失真，而在前面信號中有一個(gè)并沒有失真。最后，右邊一列顯示了一組發(fā)射分集信號，饋送過程中其中一個(gè)發(fā)射機(jī)有失真。需要注意的一點(diǎn)是，兩個(gè)信號顯示都沒有失真。這表明僅僅測量完全解碼的分集信號會(huì)掩蓋物理硬件所帶來的問題。

圖7：在左列中可以看到一個(gè)信道分量的失真只影響下面的軌跡。中間一列的空間復(fù)用信號則顯示兩個(gè)數(shù)據(jù)流都有失真。右列的跡線表明當(dāng)采用分集技術(shù)而不是空間復(fù)用時(shí)，失真將被消去。

本文小結(jié)

對于無線電工程師來說，MIMO是對現(xiàn)有發(fā)射技術(shù)的有益補(bǔ)充。本文介紹了MIMO運(yùn)用和測量的關(guān)鍵問題，安捷倫設(shè)計(jì)及測試方案可以幫助您確保接收機(jī)和發(fā)射機(jī)能夠正常工作。