MIMO仿真測試的技術要求及解決方案

1、概述

MIMO（Multiple-Input-Multiple-Output）時空編碼無線通信因其在傳輸速率、移動性、頻譜效率、無縫覆蓋等方面具有明顯的優(yōu)勢，正逐漸成為現(xiàn)代通信系統(tǒng)的關鍵技術。目前，在全世界范圍內(nèi)圍繞這種技術展開了廣泛的研究。在WiMax，WLAN、3G、B3G等領域，各種新型的技術標準正在逐漸形成。

然而由于MIMO技術本身的復雜性，系統(tǒng)的性能模擬并不簡單。一些用于系統(tǒng)模擬及仿真的信道模型和算法并不符合實際無線信道的實際情形。實踐證明，為了對MIMO信道和系統(tǒng)取得深層的理解，進而優(yōu)化MIMO通信系統(tǒng)的性能，一種高精度、高穩(wěn)定度、高保真度的信道仿真設備可對科研和系統(tǒng)測試工作帶來無與倫比的便利和效率。Elektrobit公司的高端信道仿真設備（PropsimTMC8）支持MIMO系統(tǒng)仿真、多路徑、多通道，可以完成多達4×4的MIMO系統(tǒng)仿真。

以下首先簡述MIMO仿真系統(tǒng)的基本技術要求，然后介紹基于PropsimTMC8基礎上的MIMO仿真解決方案。

2、MIMO仿真的基本技術要求

在進行MIMO仿真時，信道仿真設備必須能產(chǎn)生精確和符合實際的信道響應，才能對MIMO通信系統(tǒng)的性能做出客觀的評估。首先，仿真系統(tǒng)的各項參數(shù)，如各信道和路徑之間的相位誤差、幅度分配誤差和時延誤差，各信道間的相關性設置以及計算得到的相關矩陣的精度等等都會影響測量的真實效果。其次，仿真設備的同步和工作穩(wěn)定性也會對測量結果造成很大影響。當然，信道仿真設備所使用的信道模型必須真實反映MIMO信道的時空特性和多徑衰落效應。另外，實際信道測量結果表明各MIMO子信道間具有不同程度的相關性，而不是理想條件下的完全獨立情況。因而在實際測試時也要考慮這種相關性來保證系統(tǒng)性能測試的準確度和可信度。

2.1時延精度

在實際信道環(huán)境中，高頻無線信號通過很多路徑進行傳輸，以不同的空間方位角和不同的時延到達接收端。相對路徑時延的仿真精度對TX/RX天線陣列（智能天線）的評估尤其重要。這是確保信號分配和組合準確性的先決條件。因而邏輯上就要求仿真器設計盡可能緊湊，信號的處理和傳輸盡可能在儀器內(nèi)部實現(xiàn)。

PropsimTMC8一臺設備就可以支持多達16個獨立信道，每信道24徑，所有信號的分流和復合功能全部內(nèi)置，全數(shù)字化處理，保證了徑時延的精度和穩(wěn)定性。

2.2相位精度

同樣，多信道和多路徑信號間的相對相位精度也是MIMO信道仿真中的另一個關鍵因素。

PropsimTMC8信道間的典型相位誤差為2度左右（日常校準后），在進行對精度要求更高的研發(fā)工作時，可以通過2～4小時間隔的校準，達到1度的相位精度。PropsimTMC8路徑間的相對相位誤差精確至可忽略不計的程度。另外，C8系統(tǒng)設計緊湊，所有通道的模塊全部通過一個背板上的總線連接，可以非常精確地控制相位的漂移，保證實際精度。

2.3功率分布精度

如果進行天線陣列的波束賦形方面的研究，對功率分布精度的要求尤其明顯。

PropsimTMC8各個信道間的幅度誤差最大為0.5dB，完全可以符合實際使用時的要求。

2.4AWGN噪聲源

噪聲源是MIMO仿真的另一個需求。科研人員往往需要精確測試信號和噪聲功率、精確設定信噪比（SNR）。

在PropsimTMC8設備中，每個信道都可以配置獨立的AWGN噪聲源，噪聲功率可以精確設定，也可以在固定SNR值時進行設定。如果在某些測試案例中需要固定SNR值，C8會在數(shù)字層面上測量信號功率，從而精確設置SNR值。這種方式比起模擬層面的信號功率測量更為精確和快捷。所得到的SNR可以在很短時間內(nèi)達到0.3dB的精度，而且這個精度在很大的功率動態(tài)范圍內(nèi)都可保證。這種絕對功率控制模式使得根據(jù)3GPP基站測試規(guī)范的實現(xiàn)成為可能。

2.5干擾源

在無線系統(tǒng)中，存在各類干擾源。而且越來越多的無線系統(tǒng)的應用對需要考慮的干擾信號類型和數(shù)量要求越來越高。不僅今天的研發(fā)人員要精確定義干擾信號的類型和強度，而且在宏觀上，國家網(wǎng)絡規(guī)劃人員也需要全面考慮目前和將來的無線系統(tǒng)中所面臨的干擾信號及其各種干擾信號對通信系統(tǒng)的影響。

PropsimTMC8中可以像加入AWGN信號一樣加入各種干擾信號。更具吸引力的是由于設備是一個集成度很高的數(shù)字系統(tǒng)平臺，通過軟件升級就可以方便添加干擾源。

2.6信道相關性

MIMO信道仿真中一個最重要的方面就是要能夠調(diào)整和設定不同衰落信道及不同衰落路徑間的相關系數(shù)，設定完整復雜的相關矩陣，PropsimTMC8充分支持這種功能，它對智能天線和波束賦形技術尤其有用。

圖1 在PropsimTMC8中構建MIMO系統(tǒng)模型