無(wú)線MIMO架構(gòu)測(cè)試的不同種類及開發(fā)策略

　　為MIMO系統(tǒng)建模必須考慮多數(shù)據(jù)流的數(shù)量，包括到達(dá)接收機(jī)的直接和反射信號(hào)。按照傳統(tǒng)的方法，將發(fā)射器分別表示為 Tx1，Tx2，…，Txn，將接收機(jī)表示為Rx1，Rx2，…，Rxn，一個(gè)MIMO通信系統(tǒng)可由一個(gè)矩陣信號(hào)向量hxy的形式表示，其中x表示發(fā)射機(jī)的數(shù)量，y表示接收機(jī)的數(shù)量。例如，h21表示兩個(gè)發(fā)射機(jī)和一個(gè)接收機(jī)，而h22表示兩個(gè)發(fā)射機(jī)和兩個(gè)接收機(jī)（如圖2所示）。通過(guò)這種方法，一個(gè)MIMO 信道可以這樣建模：

　　y=H*x+n

　　式中：y為接收信號(hào)向量，H為信道矩陣(hxy信號(hào)元素)，x為發(fā)射信號(hào)向量，n為噪聲向量。

圖2 MIMO系統(tǒng)中的無(wú)線信道可由一系列不同的向量來(lái)表示

　　不同的信道對(duì)接收信號(hào)產(chǎn)生影響，例如，衰減和多經(jīng)影響，可由同樣的代數(shù)方程矯正，關(guān)系式為

　　Rx=H*Tx+n

　　式中：Rx表示接收天線的Rx1，Rx2，…，Rxn矩陣，Tx表示發(fā)射天線的Tx1,Tx2，…，Txn矩陣。對(duì)于一個(gè)2×2 MIMO系統(tǒng)，關(guān)系如圖2的矩陣。

　　這些關(guān)系式中的信號(hào)包含幅段、頻率和相位分量，所以用向量表示很實(shí)用。簡(jiǎn)單而言，在一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)中用向量來(lái)表示這些信號(hào)也很實(shí)用。

　　測(cè)量挑戰(zhàn)

　　MIMO技術(shù)在數(shù)據(jù)吞吐量上的提高，增加了系統(tǒng)復(fù)雜性，為評(píng)估MIMO系統(tǒng)和系統(tǒng)中元器件的測(cè)試和測(cè)量設(shè)備帶來(lái)新的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。在決定最佳的MIMO測(cè)量?jī)x器之前，也許有必要先確定一個(gè)描述MIMO通信信道性能的測(cè)量類型。MIMO測(cè)量一般可以分為系統(tǒng)級(jí)測(cè)量、信道響應(yīng)測(cè)量和MIMO 系統(tǒng)中使用的元器件的功能性測(cè)量。

　　已經(jīng)說(shuō)明了MIMO信號(hào)由頻率、幅度和相應(yīng)的相位分量定義，對(duì)MIMO信號(hào)的測(cè)量必須對(duì)以上三個(gè)信號(hào)特征分量進(jìn)行精確和真實(shí)的測(cè)定。另外 MIMO系統(tǒng)通常是基于對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行零中頻(zero-IF)下變頻到基帶I、Q信號(hào)分量的系統(tǒng)。要得到高的調(diào)制精度，必須保持I、Q信號(hào)分量的保真度，這需要信號(hào)路徑所有的部件具有高性能和低失真，包括放大器、濾波器、混頻器、I/Q調(diào)制和解調(diào)器等部件。

　　在許多無(wú)線系統(tǒng)中，誤差向量幅度(EVM)是評(píng)估性能的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，并在MIMO系統(tǒng)中廣泛采用。EVM，通常被認(rèn)為是接收信號(hào)星座圖的誤差 (RCE)，因?yàn)樵谛亲鶊D中RCE得到了直觀的顯示，RCE實(shí)際上就是理想信號(hào)和測(cè)量信號(hào)的向量差，并可以作為MIMO發(fā)射機(jī)調(diào)制精度和信號(hào)質(zhì)量和接收機(jī)性能的直接測(cè)量。EVM測(cè)量捕獲了信號(hào)幅度和相位誤差并將定義傳輸?shù)腞F信號(hào)失真的許多參數(shù)減少到一個(gè)參數(shù)，允許各個(gè)發(fā)射機(jī)之間的比較。其他重要的 MIMO發(fā)射機(jī)測(cè)試包括群延時(shí)的評(píng)估和群延時(shí)的變化，相位噪聲，放大壓縮和信號(hào)處理中分量的I/Q失配。由以上因素引起的信號(hào)失真一般都可以通過(guò)星座圖上的EVM看出來(lái)。

　　在星座圖EVM中，對(duì)于理想的信號(hào)，所有星座點(diǎn)應(yīng)該與理想的位置精確重合。但信號(hào)和分量并不完美，諸如相位噪聲和載波泄露等因素會(huì)讓星座圖上的星座點(diǎn)從理想位置偏移。EVM即是這個(gè)偏移的測(cè)量，除了整體EVM作為MIMO系統(tǒng)測(cè)試參數(shù)，EVM作為頻率和EVM作為時(shí)間功能也能提供MIMO發(fā)射機(jī)性能的分析。另外，EVM顯示的載波和符號(hào)的對(duì)比可以提供MIMO發(fā)射機(jī)性能的進(jìn)一步細(xì)節(jié)。

　　星座圖EVM上精確的點(diǎn)的定位顯示了一個(gè)優(yōu)秀的MIMO系統(tǒng)的性能。在一個(gè)采用OFDM和64QAM的2×2 MIMO系統(tǒng)中，采用顏色來(lái)區(qū)別不同的發(fā)射機(jī)信號(hào)和導(dǎo)頻載波。在圖3所示的星座圖中，紅點(diǎn)和藍(lán)點(diǎn)表示了2×2 MIMO系統(tǒng)中的兩路信號(hào)，Tx0和Tx1，它們覆蓋在白點(diǎn)上，白點(diǎn)代表了子載波理想的位置。黃點(diǎn)代表了導(dǎo)頻載波，與表示理想導(dǎo)頻載波的白點(diǎn)重合。

圖3 EVM星座圖提供潛在MIMO系統(tǒng)問題的示意圖，這些問題包括噪聲（模糊的圓點(diǎn)），I/O不平衡（偏移的圓點(diǎn)）和相位噪聲（圓點(diǎn)變成了圓環(huán)）

　　這樣的顏色定義的圖表讓發(fā)射信號(hào)問題的定位十分簡(jiǎn)單。例如，紅色或藍(lán)色的子載波星座點(diǎn)如果從理想的白色點(diǎn)偏移就表示I/Q不平衡，而星座點(diǎn)出現(xiàn)模糊則表示傳輸信號(hào)有噪聲，星座點(diǎn)呈現(xiàn)圓環(huán)狀則意味著過(guò)多的相位噪聲。

　　與更為常見的X-Y坐標(biāo)圖一起，信道的一系列測(cè)量顯示了MIMO系統(tǒng)中相對(duì)子載波的標(biāo)圖矩陣和信號(hào)矩陣的健康程度。圖4中對(duì)信道翻轉(zhuǎn)和符號(hào)傳輸?shù)南到y(tǒng)能力的測(cè)量，可以用來(lái)確定MIMO系統(tǒng)中各個(gè)信號(hào)流的正交性。通過(guò)傳輸反轉(zhuǎn)的符號(hào)，系統(tǒng)的覆蓋性可以得到分析，通過(guò)傳輸并行的符號(hào)，系統(tǒng)吞吐量可以得到評(píng)估。

圖4 X-Y圖示表明了MIMO信道子載波的正交性，標(biāo)示了子載波的情況