對(duì)于無(wú)線通信系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，信道是關(guān)鍵因素，它決定系統(tǒng)的性能。例如，通過(guò)損耗和衰落可導(dǎo)致信號(hào)幅度衰減，多徑可導(dǎo)致符碼間干擾。雖然 MIMO 開辟了一個(gè)新維度空間可以極大地提高性能，但是分集或容量增益是否能夠真正實(shí)現(xiàn)依賴于信道特性。在 STBC 應(yīng)用中，是否能夠達(dá)到分集增益取決于信道分集階數(shù)。只有當(dāng)每個(gè)發(fā)射接收天線對(duì)之間具有獨(dú)立衰落通道時(shí)，信道分集階數(shù)才等于發(fā)射和接收天線的數(shù)量。這意味著如果發(fā)射接收天線對(duì)之間的信道具有高相關(guān)特性，則可以獲得的分集增益將非常有限。空間復(fù)用應(yīng)用還要求信道獨(dú)立特性。只有在最佳信道條件下，不同的空間信號(hào)流才能夠被很好地分離，這就是說(shuō)發(fā)射接收天線對(duì)之間的信道具有低相關(guān)特性。

　　MIMO 性能測(cè)試中的挑戰(zhàn)

　　隨著 MIMO 系統(tǒng)發(fā)射機(jī)/接收機(jī)單元的增加，產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開發(fā)的復(fù)雜程度也在迅速增加，這也給 MIMO 性能測(cè)試帶來(lái)了挑戰(zhàn)。如上所述，MIMO 的性能取決于信道，為了研究不同信道條件下的接收機(jī)性能，必須使用 MIMO 信道。在早期設(shè)計(jì)和驗(yàn)證周期內(nèi)，直接在真實(shí)的無(wú)線信道環(huán)境中進(jìn)行測(cè)試并不是一種有效方法。這非常耗時(shí)，由于信道敏感和多變，重復(fù)生成研究問(wèn)題是非常困難的。使用軟件生成信道系數(shù)是另一種選擇，但也并非理想方法。因?yàn)榘l(fā)射信號(hào)的系數(shù)生成和卷積運(yùn)算過(guò)程是極為耗時(shí)和占用資源的，所以只使用軟件來(lái)仿真信道行為在實(shí)時(shí)測(cè)試中是不可行的。另外，信道模型變得越來(lái)越復(fù)雜，不同的通信標(biāo)準(zhǔn)要求使用不同的信道模型和測(cè)試環(huán)境。重復(fù)生成所有這些信道模型和測(cè)試環(huán)境將加重設(shè)計(jì)工程師的負(fù)擔(dān)，而且耗時(shí)的測(cè)試將減緩故障診斷過(guò)程和開發(fā)周期。因此，專業(yè)的 MIMO 信道仿真器是這些工程師加快工作進(jìn)程的關(guān)鍵工具。

　　MIMO 信道仿真器使用功能強(qiáng)大的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)可以重復(fù)生成設(shè)定的、真實(shí)的信道環(huán)境，這使工程師能夠在早期部署和設(shè)計(jì)驗(yàn)證階段隔離性能問(wèn)題，并為元器件或系統(tǒng)的全面故障診斷提供最快速的方法。目前的 SISO 信道仿真器無(wú)法有效地解決 MIMO 性能測(cè)試問(wèn)題。首先，每臺(tái)接收機(jī)需要對(duì)不同發(fā)射機(jī)的信號(hào)流進(jìn)行求和運(yùn)算;第二，多級(jí)并聯(lián) SISO 信道仿真器無(wú)法仿真不同信道的相關(guān)特性，而這是 MIMO 信道的一個(gè)重要特點(diǎn);第三，滿足所需的信道數(shù)量要求對(duì)于 SISO 信道仿真器來(lái)說(shuō)是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

　　可仿真真實(shí) MIMO 信道的專業(yè)儀器為應(yīng)對(duì)這些復(fù)雜的測(cè)試條件提供了最佳解決方案。信道仿真器(例如 N5106A PXB MIMO 接收機(jī)測(cè)試儀)使用功能強(qiáng)大的數(shù)字處理技術(shù)可以重復(fù)生成真實(shí)的 MIMO 條件，從而能夠在設(shè)計(jì)、部署和驗(yàn)證周期早期快速隔離性能問(wèn)題。信道仿真器還具有一個(gè)優(yōu)勢(shì)，它可以生成真實(shí)的衰落環(huán)境，包括路徑和信道相關(guān)性，具有更低的實(shí)施成本和更快的校準(zhǔn)流程。

　　圖 5. Agilent N5106A MIMO 接收機(jī)測(cè)試儀可提供多達(dá) 4 個(gè)基帶發(fā)生器和 8 個(gè)衰落器，這有助于對(duì)高達(dá) 4x2 MIMO 的系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試和故障診斷。Agilent Signal Studio 信號(hào)生成軟件在該測(cè)試儀上運(yùn)行，并為工程師提供最新的標(biāo)準(zhǔn)一致性信號(hào)生成功能。

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　　圖 6 顯示了測(cè)試 2x2 MIMO 接收機(jī)的簡(jiǎn)化配置圖。該測(cè)量?jī)x器與兩個(gè)用于信號(hào)上變頻的射頻信號(hào)發(fā)生器相連，儀器內(nèi)部基帶發(fā)生器生成標(biāo)準(zhǔn)一致性波形，例如 LTE 信號(hào)。通過(guò)軟件的圖形化界面用戶可以清楚地看到基帶發(fā)生器與信道衰落器之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。每臺(tái)衰落器能夠使用標(biāo)準(zhǔn)一致性衰落模型進(jìn)行獨(dú)立配置，如 使用3GPP LTE 標(biāo)準(zhǔn) 36.101 Annex B，或者使用各種路徑和衰落條件定制可配置的模型。與獨(dú)立的衰落器不同，儀器的自動(dòng)功率校準(zhǔn)功能消除了進(jìn)行衰落所需的枯燥、耗時(shí)的系統(tǒng)設(shè)置。

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　　總結(jié)

　　本文概述了先進(jìn)的3G無(wú)線通信系統(tǒng)中的 MIMO 技術(shù)，介紹了空間分集、空間復(fù)用和波束賦形的基本概念以及它們對(duì) MIMO 性能的影響。在用于豐富的多徑環(huán)境時(shí)，MIMO 技術(shù)具有提高信號(hào)的強(qiáng)健性和擴(kuò)充容量的潛力。開發(fā)和測(cè)試 MIMO 元器件和系統(tǒng)要求使用能夠輕松配置的先進(jìn)信道仿真工具，并為真實(shí)的無(wú)線信道和條件提供精確表征。本文還與讀者分享了如何使用市場(chǎng)上有售的儀器(例如 Agilent N5106A PXB MIMO 接收機(jī)測(cè)試儀)來(lái)仿真這些復(fù)雜信道。