LTE中MIMO技术面临的挑战及其测试

终端（UE）、测试用仪表等实验设备和环境。测试仪表主要有频谱分析仪和信道模拟仪。频谱分析仪一般用作辅助测试仪表，可以用来监测信号发送频段、调制方式等信息，十分便捷。信道模拟仪用来模拟实际的信道环境，由于是测试MIMO性能，因此信道模拟仪需要支持多通道以模拟多天线传输。此外，测试中还需测试用的相关检测软件，如吞吐量检测软件。

MIMO的测试分为下行与上行，上行主要是单发多收（SIMO）。图2与图3分别给出MIMO下行与上行的测试图。下行的MIMO增益主要体现在不同的信道条件下不同MIMO方案的系统吞吐量。对于MIMO技术的测试，需要信道模拟仪制造不同的信道衰落条件。这些条件包括：
·不同的信道类型。信道类型一般包括加性白高斯噪声（AWGN）、步速3km/h低速信道、车速30km/h和车速120km/h等。
·不同的信道相关性。信道相关性分为高相关性、中相关性与低相关性。
·不同的信道信噪比（SNR）。

室内测试虽然可以对MIMO性能进行类似于仿真似的初步验证，但是远不能模拟复杂室外环境的影响。从图2可以看出，UE到eNB的连接采用直连方式。采用直连的原因在于关注下行性能，看信道的变化对下行容量的影响。但是在实际的应用中，反向的UE到eNB的信道条件与前向相比更加恶劣。这既受UE的发射功率影响，也受上行链路诸如上行资源分配的影响。此外，信道模拟仪虽然可以部分模拟信道相关性和时变性，但是只能涵盖有限的应用场景，甚至只能代表部分理论结果，与实际场景相差依然较远。

在室内测试阶段还有两个难点：一个是波束赋型的测试，另一个是空间多址的测试。现阶段的信道模拟仪表多为2入2出，对于波束赋型的测试需要信道模拟仪至少模拟4×2出甚至8×2出的信道，这对测试仪器本身也是一个巨大挑战。而且对于TDDLTE，由于要利用信道的互易性得到波束赋型所需的部分信道信息，这意味着上行也要连接信道模拟仪，但是即使上行信道也引入信道模拟仪，如何模拟信道互易性是另一个需要解决的问题。对于空间多址的测试需要基站同时连接多部终端，如果每部终端都需要连接不同的信道模拟仪，对测试设备数量的要求将大大提高，在LTE产业初期，这也是很难做到的。

3.2、室外测试

室外对于LTE 中MIMO 技术的测试仍然是一个技术难点。主要有以下原因：

第一，外场无线环境复杂，不可控性强。室外测试中的信道受实际各因素影响，变化方式和组合多种多样，难以通过人为方式改变。如在实际道路中，车速一项因素就受测试所在场地所限，所谓的匀速行驶基本不存在，而是根据不同的路况实际决定。

第二，与室内阶段相比，室外阶段的信道可控制程度相差很远。我们可以通过控制与基站距离和遮挡来粗略控制信道的信号与干扰和噪声比（SINR），但是不可能精确掌控信道间的相关性。在信道相关性这一点上，我们可以说是无能为力，因为一旦接收天线的距离给定，信道的相关性变化调节几乎是不可能的。这一点对于MIMO测试可以说是相当不利。由于信道相关性的不可控，如果进行固定天线模式的测试，并若以信道吞吐量等关键指标对系统性能进行测试，信道相关性对MIMO性能的影响将很难评估。

第三，对MIMO 性能如何衡量。室外测试中，测试结果受多项因素影响。如果仅以吞吐量等简单性能指标作为衡量标准，难以对MIMO 技术做全面评价。我们如何建立一套对MIMO 技术全面的实际评价体系仍值得探讨。

第四，测试终端限制。对于整个产业而言，终端的限制几乎伴随了整个无线通信产业的发展，终端的发展往往滞后于基站的发展。终端发展的落后使得基站成熟也受到很大影响。对于MIMO 技术的实现而言，终端性能受限，将对MIMO 技术的应用产生巨大影响，如空间复用模式中，如果SINR 不达到一定程度，多流的应用将难以实现。

作者：
刘晓峰，工业和信息化部电信研究院通信标准研究所工程师
沈嘉，工业和信息化部电信研究院通信标准研究所高级工程师