MIMO仿真測試的技術(shù)要求及解決方案

1、概述

MIMO（Multiple-Input-Multiple-Output）時(shí)空編碼無線通信因其在傳輸速率、移動(dòng)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(guān)鍵技術(shù)。目前，在全世界范圍內(nèi)圍繞這種技術(shù)展開了廣泛的研究。在WiMax，WLAN、3G、B3G等領(lǐng)域，各種新型的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)正在逐漸形成。

然而由于MIMO技術(shù)本身的復(fù)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(shí)際無線信道的實(shí)際情形。實(shí)踐證明，為了對(duì)MIMO信道和系統(tǒng)取得深層的理解，進(jìn)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(shè)備可對(duì)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(shè)備（PropsimTMC8）支持MIMO系統(tǒng)仿真、多路徑、多通道，可以完成多達(dá)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(shù)要求，然后介紹基于PropsimTMC8基礎(chǔ)上的MIMO仿真解決方案。

2、MIMO仿真的基本技術(shù)要求

在進(jìn)行MIMO仿真時(shí)，信道仿真設(shè)備必須能產(chǎn)生精確和符合實(shí)際的信道響應(yīng)，才能對(duì)MIMO通信系統(tǒng)的性能做出客觀的評(píng)估。首先，仿真系統(tǒng)的各項(xiàng)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(shí)延誤差，各信道間的相關(guān)性設(shè)置以及計(jì)算得到的相關(guān)矩陣的精度等等都會(huì)影響測量的真實(shí)效果。其次，仿真設(shè)備的同步和工作穩(wěn)定性也會(huì)對(duì)測量結(jié)果造成很大影響。當(dāng)然，信道仿真設(shè)備所使用的信道模型必須真實(shí)反映MIMO信道的時(shí)空特性和多徑衰落效應(yīng)。另外，實(shí)際信道測量結(jié)果表明各MIMO子信道間具有不同程度的相關(guān)性，而不是理想條件下的完全獨(dú)立情況。因而在實(shí)際測試時(shí)也要考慮這種相關(guān)性來保證系統(tǒng)性能測試的準(zhǔn)確度和可信度。

2.1時(shí)延精度

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

PropsimTMC8一臺(tái)設(shè)備就可以支持多達(dá)16個(gè)獨(dú)立信道，每信道24徑，所有信號(hào)的分流和復(fù)合功能全部內(nèi)置，全數(shù)字化處理，保證了徑時(shí)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(hào)間的相對(duì)相位精度也是MIMO信道仿真中的另一個(gè)關(guān)鍵因素。

PropsimTMC8信道間的典型相位誤差為2度左右（日常校準(zhǔn)后），在進(jìn)行對(duì)精度要求更高的研發(fā)工作時(shí)，可以通過2～4小時(shí)間隔的校準(zhǔn)，達(dá)到1度的相位精度。PropsimTMC8路徑間的相對(duì)相位誤差精確至可忽略不計(jì)的程度。另外，C8系統(tǒng)設(shè)計(jì)緊湊，所有通道的模塊全部通過一個(gè)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(shí)際精度。

2.3功率分布精度

如果進(jìn)行天線陣列的波束賦形方面的研究，對(duì)功率分布精度的要求尤其明顯。

PropsimTMC8各個(gè)信道間的幅度誤差最大為0.5dB，完全可以符合實(shí)際使用時(shí)的要求。

2.4AWGN噪聲源

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

在PropsimTMC8設(shè)備中，每個(gè)信道都可以配置獨(dú)立的AWGN噪聲源，噪聲功率可以精確設(shè)定，也可以在固定SNR值時(shí)進(jìn)行設(shè)定。如果在某些測試案例中需要固定SNR值，C8會(huì)在數(shù)字層面上測量信號(hào)功率，從而精確設(shè)置SNR值。這種方式比起模擬層面的信號(hào)功率測量更為精確和快捷。所得到的SNR可以在很短時(shí)間內(nèi)達(dá)到0.3dB的精度，而且這個(gè)精度在很大的功率動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)都可保證。這種絕對(duì)功率控制模式使得根據(jù)3GPP基站測試規(guī)范的實(shí)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(yīng)用對(duì)需要考慮的干擾信號(hào)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(hào)的類型和強(qiáng)度，而且在宏觀上，國家網(wǎng)絡(luò)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(hào)及其各種干擾信號(hào)對(duì)通信系統(tǒng)的影響。

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

2.6信道相關(guān)性

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

圖1 在PropsimTMC8中構(gòu)建MIMO系統(tǒng)模型