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无线通讯的未来始于明天的MIMO:WiMAX、HSPA+和LTE测试寻衅

宣布时间:2009年05月14日 08:05    宣布者:李宽
要害词: HSPA , LTE , MIMO , WiMAX , 无线通讯
通讯市场和底层的语音和数据服务手艺的生长趋势是在统一频谱上供应更高的数据速率,以知足日趋增添的用户需求。本文综述了多入多出(MIMO)传输机制的底层尺度,网罗802.16e mobile-WiMAX Wave2、HSPA+和LTE。其中触及广年夜工程师们在设计基于多射频/天线手艺的产物时用到的MIMO旌旗暗记发生、调制质量丈量、信道仿真和波束赋形现实。

弁言

MIMO手艺将频谱效力提升到了一个全新的水平,凭证其接纳的传输手艺,能够完成更高的数据吞吐率或许更年夜的笼罩率。然则,频谱效力的前进是以更高的严重年夜性为价值的。从看法上看,MIMO手艺异常质朴:它接纳多路射频载波传输更多的信息,经由历程在占用类似带宽的统一信道上传输一切旌旗暗记的要领来前进频谱效力。例如,2×2的MIMO射频具有两个发射器和两个吸收器,4×4的MIMO具有4个发射器和4个吸收器。

现在许多MIMO系统接纳的都是2×2装备架构,然则市场的生长将会泛起更年夜规模的装备。WLAN、WiMAX和LTE曾经接纳了4×4的装备架构。如昔人们研究的波束赋形手艺旨在在装备内装备更年夜规模的射频系统,以便为用户尽能够供应最多的服务。现在,8×8以致16×16的射频装备是商用宽带射频研究领域的主流。
MIMO现实

MIMO的使命原理是对传输信道阻拦准确建模,将多个吸收到的符号分化恢复成单路数据流。为相识释这一原理,我们无妨以WLAN802.11n为例(如图1所示)。发射器以一个报文头的形式收回一个已知旌旗暗记。吸收器据此构建一个信道模子,用H体现。当收回数据时,吸收器凭证信道模子尽能够切远亲近原始矢量,其中假定传输误差用噪声矢量(n)体现。



图1 传输信道的原理



虽然信道建模现实适用于一切的MIMO系统,然则这一措施关于不合的尺度是不合的。例如,在基于WLAN802.11n的系统中,报头信息在TX1和TX2上都阻拦发射,然则基于WiMAX 802.16e Wave2的系统仅仅在第一个发射器上发射报头。经太过析的传输蹊径(即h11和和h22)称为空间流。
丈量系统的时间瞄准

信道使旌旗暗记发生掉落真有多种情形。例如,周围物体的反射会招致旌旗暗记的多个实例在不合的时间到达吸收器(多蹊径)。多蹊径组成了幅值衰减和时间和相位的延迟。从现实上,某个旌旗暗记的信道掉落真越多,吸收器算法就越难剖析出原始发射旌旗暗记。假定发射器或许吸收器进一步引入了幅值、时间和相位误差,我们就没法对信道阻拦准确的建模,就不克不及有用地剖析出符号。

为了确保MIMO的丈量有用而准确,所接纳的丈量装备,即旌旗暗记源(发射器)和剖析仪(吸收器),必须与它们当地的晶振阻拦相位瞄准,与参考频率阻拦时间瞄准,确保D/A和A/D抽样率不合,以尽能够地增添它们对信道的影响。理想地,假定相位误差低于1°,时间瞄准误差小于1ns,那么便可以取得准确的效果。
系统性能

调制质量目的:关于年夜多数传统数字传输系统而言,权衡调制质量的要害目的是现实吸收到的符号矢量(或符号相位与幅值掉落真)与吸收器希冀值的较量情形。最经常应用的是EVM(误差矢量幅值),然则不合的通讯尺度也存在不合的目的,例如相对星误差(RelativeConstellation Error,RCE)。关于MIMO系统,总EVM也是一个很好的权衡目的;经由历程盘算RMSEVM可以从全体上体现各个发射器的调制质量。



图2(a) 信道行动建模




图2(b) 衰减与矩阵条件



星图:星图是吸收旌旗暗记质量的图形化体现。MIMO系统有多种星图。2×2系统有两个星图,体现两个剖析出的空间流:h11和h22。4×4系统有四个星图。关于传统的数字系统,可以从星图中取得异常的质量目的,例如相位误差、噪声和IQ平衡。

信道照顾:信道照顾是体现空间盛行动的一个要害目的。在图2(a)中,两个发射器经由历程同轴电缆直接毗连吸收器。两条平直的线体现h11和h22,而两条像噪声一样的曲线体现h21和h12。这注解信道隔离度很高。在图2(b)中,其中一条码流引入了延迟。这不才面的OFDM符号中组成了年夜幅度的衰减。

经由历程应用天线——或许完成更定量的权衡,信道仿真器——有能够导出一个准确的信道模子。这能够赞助人们在设计发射器的时间以经由校准的吸收器为基准,断定种种信道条件下旌旗暗记传输能否是可靠的。异常的,接纳不合的信道模子也能够或许测试吸收器。接纳随便任性波形发生器或许实时信道仿真器将一定的信道掉落真加载到尺度波形上,便可以发生这些旌旗暗记。

由于MIMO系统的性能取决于信道的行动,是以必须应用多种不合的信道模子对发射器和吸收器阻拦测试——既网罗预界说的尺度,也网罗用户界说的模子——确保设计能够在种种情形下保持稳固的性能。图3给出了一种尺度的装备。凭证待测装备是发射器照样吸收器,其中的2820型矢量旌旗暗记剖析仪(VSA)和2920型矢量旌旗暗记发生器(VSG)可以被发射器或吸收器所取代。

矩阵条件和希奇值:与EVM一样,矩阵条件数也是表征发射器性能的一个很好的目的。它现实上权衡的是每个空间流的正友谊形。例如,假定接纳电缆将VSA与发射器相连,那么矩阵条件应当靠近于一(即0dB)。假定不是这样,那么发射器能够发生了一些流间滋扰,启事能够来自于DSP内的数学误差或许射频部门的效果。由于矩阵条件是最年夜希奇值的比,是以经由历程选择希奇值丈量便可以检查每条码流的希奇值。经常应用的丈量措施是监测矩阵条件数直到泛起一个不正常的年夜值,然后转而监测真实的希奇值,取得矩阵的解。图2(b)将信道照顾和矩阵条件做了较量。
码流性能

我们可以经由历程多种措施剖析各条发射码流的性能。

丈量一段时间:丈量一段时间内的EVM、幅值或许频率误差能够赞助我们找出与每路射频的时间行动相关的效果。例如,某个射频发射器FPGA中的一个毛刺能够招致EVM泛起周期性的误差。



时时彩图3 WiMAX将一切合而为一



在基于正交频分多路复用的并行符号传输要领下,时间增量通常是指OFDM符号周期(图3的横轴),每个时间增量网罗不行胜数个符号。例如,WiMAX(802.16e)在每个OFDM符号周期内能够传输128~2048个符号。图3的纵轴标识为子信道(subchannel)。这些子信道着实不是真实的物理信道,而是每个OFDM符号周期内传输的成组的并行符号。经由历程这类符号图便可以界说802.16e旌旗暗记是若何组成的和它的时间行动若何。

调制质量频率:丈量EVM或幅值与频率的关系能够赞助我们找出带内效果,例如能够由射频外部的时钟发生的低水平寄生滋扰。
波束赋形

MIMO的一个主要优势——也是其最后的用处之一——就是能够经由历程一种称为波束赋形(beamforming)的历程将射频能量定向到特定的用户。许多商用系统的尺度都支持MIMO波束赋形或许闭环MIMO。虽然波束赋形的优势在于能够为用户供应更年夜的容量,然则它增添了装备的严重年夜性,由于须要接纳阵列式的发射器、吸收器和天线来控制发射旌旗暗记的偏向和形状,这自己取决于信道情形。人们接纳诸如信道声探(channelsounding)之类的手艺对信道建模,然后构建出准确的码流相位和幅值。测试装备须要扩年夜到8×8的架构,使其能够控制每个旌旗暗记源的相位和幅值,凭证盘算出的信道信息构建所需的射频发射码型。
阻拦语

在从模拟传输手艺转向数字传输手艺的历程当中,MIMO是商用射频手艺最主要的生长趋势之一。一切下一代通讯尺度都是基于MIMO的,这为商用通讯装备的设计者们提出了许多新的寻衅。随着用户须要愈来愈多的服务和愈来愈可靠的链接,MIMO系统将会围绕诸如波束赋形之类的手艺而向宿世长,增添一台装备中的发射器、吸收器和天线数目。
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ttyxi 揭晓于 2016-6-18 00:40:37
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