無線通信的未來始于今天的MIMO:WiMAX、HSPA+和LTE測試挑戰
通過使用天線――或者實現更定量的衡量,信道仿真器――有可能導出一個精確的信道模型。這能夠幫助人們在設計發射器的時候以經過校準的接收器為基準,判斷各種信道條件下信號傳輸是否是可靠的。同樣的,采用不同的信道模型也可以測試接收器。采用任意波形發生器或者實時信道仿真器將一定的信道失真加載到標準波形上,就可以產生這些信號。
由于MIMO系統的性能取決于信道的行為,因此必須使用多種不同的信道模型對發射器和接收器進行測試――既包含預定義的標準,也包含用戶定義的模型――確保設計能夠在各種環境下保持穩定的性能。圖3給出了一種典型的配置。根據待測設備是發射器還是接收器,其中的2820型矢量信號分析儀(VSA)和2920型矢量信號發生器(VSG)可以被發射器或接收器所取代。
矩陣條件和奇異值:與EVM一樣,矩陣條件數也是表征發射器性能的一個很好的指標。它實際上衡量的是每個空間流的正交情況。例如,如果采用電纜將VSA與發射器相連,那么矩陣條件應該接近于一(即0dB)。如果不是這樣,那么發射器可能產生了一些流間干擾,原因可能來自于DSP內的數學誤差或者射頻部分的問題。由于矩陣條件是最大奇異值的比,因此通過選擇奇異值測量就可以檢查每條碼流的奇異值。常用的測量方法是監測矩陣條件數直到出現一個不正常的大值,然后轉而監測真正的奇異值,得到矩陣的解。圖2(b)將信道響應和矩陣條件做了對比。
碼流性能
我們可以通過多種方法分析各條發射碼流的性能。
測量一段時間:測量一段時間內的EVM、幅值或者頻率誤差能夠幫助我們找出與每路射頻的時間行為相關的問題。例如,某個射頻發射器FPGA中的一個毛刺可能導致EVM出現周期性的誤差。
圖3 WiMAX將所有合而為一
在基于正交頻分多路復用的并行符號傳輸方式下,時間增量通常是指OFDM符號周期(圖3的橫軸),每個時間增量包含成千上萬個符號。例如,WiMAX(802.16e)在每個OFDM符號周期內能夠傳輸128~2048個符號。圖3的縱軸標識為子信道(subchannel)。這些子信道并非真正的物理信道,而是每個OFDM符號周期內傳輸的成組的并行符號。通過這類符號圖就可以定義802.16e信號是如何構成的以及它的時間行為如何。
調制質量頻率:測量EVM或幅值與頻率的關系能夠幫助我們找出帶內問題,例如可能由射頻內部的時鐘產生的低水平寄生干擾。
波束賦形
MIMO的一個重要優勢――也是其最初的用途之一――就是能夠通過一種稱為波束賦形(beam forming)的過程將射頻能量定向到特定的用戶。很多商用系統的標準都支持MIMO波束賦形或者閉環MIMO。雖然波束賦形的優勢在于能夠為用戶提供更大的容量,但是它增加了設備的復雜性,因為需要采用陣列式的發射器、接收器和天線來控制發射信號的方向和形狀,這本身取決于信道環境。人們采用諸如信道聲探(channel sounding)之類的技術對信道建模,然后構建出正確的碼流相位和幅值。測試設備需要擴展到8×8的架構,使其能夠控制每個信號源的相位和幅值,根據計算出的信道信息構建所需的射頻發射碼型。
結束語
在從模擬傳輸技術轉向數字傳輸技術的過程中,MIMO是商用射頻技術最重要的發展趨勢之一。所有下一代通信標準都是基于MIMO的,這為商用通信設備的設計者們提出了很多新的挑戰。隨著用戶需要越來越多的服務和越來越可靠的鏈接,MIMO系統將會圍繞諸如波束賦形之類的技術而向前發展,增加一臺設備中的發射器、接收器和天線數量。
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