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无线MIMO测量的不同种类和开发策略(2)

该等式指出了MIMO系统中发射天线数量与信道容量的直接关系。一个MIMO系统在同一物理信道上利用空间复用技术用多天线传输多路数据流,数据流在不改变符号速率的情况下在多个发射机上进行发送。通过增加更多的发射机和发射天线,系统的吞吐量在带宽不变的情况下得到提升。

为MIMO系统建模必须考虑多数据流的数量,包括到达接收机的直接和反射信号。按照传统的方法,将发射器分别表示为Tx1,Tx2,…,Txn,将接收机表示为Rx1,Rx2,…,Rxn,一个MIMO通信系统可由一个矩阵信号向量hxy的形式表示,其中x表示发射机的数量,y表示接收机的数量。例如,h21表示两个发射机和一个接收机,而h22表示两个发射机和两个接收机(如图2所示)。通过这种方法,一个MIMO信道可以这样建模:

y=H*x+n
式中:y为接收信号向量,H为信道矩阵(hxy信号元素),x为发射信号向量,n为噪声向量。

图2 MIMO系统中的无线信道可由一系列不同的向量来表示

不同的信道对接收信号产生影响,例如,衰减和多经影响,可由同样的代数方程矫正,关系式为

Rx=H*Tx+n
式中:Rx表示接收天线的Rx1,Rx2,…,Rxn矩阵,Tx表示发射天线的Tx1,Tx2,…,Txn矩阵。对于一个2×2 MIMO系统,关系如图2的矩阵。

这些关系式中的信号包含幅段、频率和相位分量,所以用向量表示很实用。简单而言,在一个测量系统中用向量来表示这些信号也很实用。

测量挑战
MIMO技术在数据吞吐量上的提高,增加了系统复杂性,为评估MIMO系统和系统中元器件的测试和测量设备带来新的设计挑战。在决定最佳的MIMO测量仪器之前,也许有必要先确定一个描述MIMO通信信道性能的测量类型。MIMO测量一般可以分为系统级测量、信道响应测量和MIMO系统中使用的元器件的功能性测量。

已经说明了MIMO信号由频率、幅度和相应的相位分量定义,对MIMO信号的测量必须对以上三个信号特征分量进行精确和真实的测定。另外MIMO系统通常是基于对接收信号进行零中频(zero-IF)下变频到基带I、Q信号分量的系统。要得到高的调制精度,必须保持I、Q信号分量的保真度,这需要信号路径所有的部件具有高性能和低失真,包括放大器、滤波器、混频器、I/Q调制和解调器等部件。

在许多无线系统中,误差向量幅度(EVM)是评估性能的标准参数,并在MIMO系统中广泛采用。EVM,通常被认为是接收信号星座图的误差(RCE),因为在星座图中RCE得到了直观的显示,RCE实际上就是理想信号和测量信号的向量差,并可以作为MIMO发射机调制精度和信号质量和接收机性能的直接测量。EVM测量捕获了信号幅度和相位误差并将定义传输的RF信号失真的许多参数减少到一个参数,允许各个发射机之间的比较。其他重要的MIMO发射机测试包括群延时的评估和群延时的变化,相位噪声,放大压缩和信号处理中分量的I/Q失配。由以上因素引起的信号失真一般都可以通过星座图上的EVM看出来。

在星座图EVM中,对于理想的信号,所有星座点应该与理想的位置精确重合。但信号和分量并不完美,诸如相位噪声和载波泄露等因素会让星座图上的星座点从理想位置偏移。EVM即是这个偏移的测量,除了整体EVM作为MIMO系统测试参数,EVM作为频率和EVM作为时间功能也能提供MIMO发射机性能的分析。另外,EVM显示的载波和符号的对比可以提供MIMO发射机性能的进一步细节。

星座图EVM上精确的点的定位显示了一个优秀的MIMO系统的性能。在一个采用OFDM和64QAM的2×2 MIMO系统中,采用颜色来区别不同的发射机信号和导频载波。在图3所示的星座图中,红点和蓝点表示了2×2 MIMO系统中的两路信号,Tx0和Tx1,它们覆盖在白点上,白点代表了子载波理想的位置。黄点代表了导频载波,与表示理想导频载波的白点重合。

图3 EVM星座图提供潜在MIMO系统问题的示意图,这些问题包括噪声(模糊的圆点),I/O不平衡(偏移的圆点)和相位噪声(圆点变成了圆环)

(责任编辑:zxh007)


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