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(wú)線(xiàn)通信因其在傳輸速率、移動(dòng)性、頻譜效率、無(wú)縫覆蓋等方面具有明顯的優(yōu)勢，正逐漸成為現代通信系統的關(guān)鍵技術(shù)。目前，在全世界范圍內圍繞這種技術(shù)展開(kāi)了廣泛的研究。在WiMax，WLAN、3G、B3G等領(lǐng)域，各種新型的技術(shù)標準正在逐漸形成。

然而由于MIMO技術(shù)本身的復雜性，系統的性能模擬并不簡(jiǎn)單。一些用于系統模擬及仿真的信道模型和算法并不符合實(shí)際無(wú)線(xiàn)信道的實(shí)際情形。實(shí)踐證明，為了對MIMO信道和系統取得深層的理解，進(jìn)而優(yōu)化MIMO通信系統的性能，一種高精度、高穩定度、高保真度的信道仿真設備可對科研和系統測試工作帶來(lái)無(wú)與倫比的便利和效率。Elektrobit公司的高端信道仿真設備（PropsimTMC8）支持MIMO系統仿真、多路徑、多通道，可以完成多達4×4的MIMO系統仿真。

以下首先簡(jiǎn)述MIMO仿真系統的基本技術(shù)要求，然后介紹基于PropsimTMC8基礎上的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)，信道仿真設備必須能產(chǎn)生精確和符合實(shí)際的信道響應，才能對MIMO通信系統的性能做出客觀(guān)的評估。首先，仿真系統的各項參數，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)性設置以及計算得到的相關(guān)矩陣的精度等等都會(huì )影響測量的真實(shí)效果。其次，仿真設備的同步和工作穩定性也會(huì )對測量結果造成很大影響。當然，信道仿真設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。另外，實(shí)際信道測量結果表明各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立情況。因而在實(shí)際測試時(shí)也要考慮這種相關(guān)性來(lái)保證系統性能測試的準確度和可信度。

2.1時(shí)延精度

在實(shí)際信道環(huán)境中，高頻無(wú)線(xiàn)信號通過(guò)很多路徑進(jìn)行傳輸，以不同的空間方位角和不同的時(shí)延到達接收端。相對路徑時(shí)延的仿真精度對TX/RX天線(xiàn)陣列（智能天線(xiàn)）的評估尤其重要。這是確保信號分配和組合準確性的先決條件。因而邏輯上就要求仿真器設計盡可能緊湊，信號的處理和傳輸盡可能在儀器內部實(shí)現。

PropsimTMC8一臺設備就可以支持多達16個(gè)獨立信道，每信道24徑，所有信號的分流和復合功能全部?jì)戎?，全數字化處理，保證了徑時(shí)延的精度和穩定性。

2.2相位精度

同樣，多信道和多路徑信號間的相對相位精度也是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（日常校準后），在進(jìn)行對精度要求更高的研發(fā)工作時(shí)，可以通過(guò)2～4小時(shí)間隔的校準，達到1度的相位精度。PropsimTMC8路徑間的相對相位誤差精確至可忽略不計的程度。另外，C8系統設計緊湊，所有通道的模塊全部通過(guò)一個(gè)背板上的總線(xiàn)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(xiàn)陣列的波束賦形方面的研究，對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?？蒲腥藛T往往需要精確測試信號和噪聲功率、精確設定信噪比（SNR）。

在PropsimTMC8設備中，每個(gè)信道都可以配置獨立的AWGN噪聲源，噪聲功率可以精確設定，也可以在固定SNR值時(shí)進(jìn)行設定。如果在某些測試案例中需要固定SNR值，C8會(huì )在數字層面上測量信號功率，從而精確設置SNR值。這種方式比起模擬層面的信號功率測量更為精確和快捷。所得到的SNR可以在很短時(shí)間內達到0.3dB的精度，而且這個(gè)精度在很大的功率動(dòng)態(tài)范圍內都可保證。這種絕對功率控制模式使得根據3GPP基站測試規范的實(shí)現成為可能。

2.5干擾源

在無(wú)線(xiàn)系統中，存在各類(lèi)干擾源。而且越來(lái)越多的無(wú)線(xiàn)系統的應用對需要考慮的干擾信號類(lèi)型和數量要求越來(lái)越高。不僅今天的研發(fā)人員要精確定義干擾信號的類(lèi)型和強度，而且在宏觀(guān)上，國家網(wǎng)絡(luò )規劃人員也需要全面考慮目前和將來(lái)的無(wú)線(xiàn)系統中所面臨的干擾信號及其各種干擾信號對通信系統的影響。

PropsimTMC8中可以像加入AWGN信號一樣加入各種干擾信號。更具吸引力的是由于設備是一個(gè)集成度很高的數字系統平臺，通過(guò)軟件升級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整和設定不同衰落信道及不同衰落路徑間的相關(guān)系數，設定完整復雜的相關(guān)矩陣，PropsimTMC8充分支持這種功能，它對智能天線(xiàn)和波束賦形技術(shù)尤其有用。

圖1 在PropsimTMC8中構建MIMO系統模型