透析信道效应对MIMO系统运作效能的影响

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MIMO通道中的分集是上述发射与接收分集的组合。如果在每1对发射/接收天线间的信道具独立衰减特性，则分集阶数会等于发射与接收天线数目的乘积。

空间多任务技术　提升数据传输速度

空间多任务(Spatial Multiplexing)技术使用定义为MIMO的空间多任务，其特色是不同天线会同时发射各个独立数据流，以增加有效数据传输率。空间多任务使用与传统SISO系统中相同的频宽和功率，却可以提高传输速率。理论上容量的增加会与加入MIMO系统中的发射/接收天线对数目呈线性相关。当配置中的发射器与接收器天线数目不相等时，容量增加会与当中较小的数目，M或N成比例关系。

空间多任务也可应用于多使用者格式，亦即分空多任务存取(Space Division Multiple Access；SDMA)。若有2名行动用户透过相同无线信道发射他们个别的信号，这2个信号会传送到配备2个天线的基地台，并经由空间多任务将它们区分开来，容量增加会与基地台的天线数目或行动用户数量(取其较小者)成比例关系，虽然用户并未感受到容量增加，但服务提供者却可以在相同空间为更多的用户提供服务。这项技术已在WiMAX Wave 2标准中加以定义，称为「上行链路协同空间多任务」(Uplink Collaborative Spatial Multiplexing；UL-CSM)。

空间多任务只有在无线环境的多重路径现象很明显时，才能提高数据传输率，原因在于这类环境会使通道间的相关性降低，以便能够在接收器进行数据恢复，当信道间有高度相关时，空间多任务的效能便会急剧下滑。

波束成形技术　达到容量增益

波束成形(Beamforming)技术必须利用发射器信道的背景知识，在传统波束成形应用中，每1个天线组件会在每1个信号路径应用复杂的权重(大小和相位)后，同时发射相同的信号(数据符号)，以便使天线数组在无线链路上达到最佳的信号/噪声比(SNR)。

在针对空间分集或空间多任务而最佳化的波束成形器(beamformer)中，每1个天线组件会同时发射2个数据符号的加权组合。此波束成形技术必须知道发射器通道特性，它会利用该项信息建立波束成形(预失真)矩阵，以作为发射器与接收器的前置和后置滤波器，从而达到容量增益目的。在此情况下，可能需要量测接收器的信道，并将信息传回发射器。

妥善安排天线位置　减轻信道效应

无线信道在MIMO系统实作上扮演着不可或缺的角色，因此，彻底了解可能对其造成负面影响的任何效应便十分重要。空间分集和空间多任务可大幅提升系统效能，但前提是必须正确设定空间大小，以利用多径环境的丰富特性。以空间分集来说，使用STC可达到的分集增益主要取决于通道分集阶数，在每1对发射-接收天线间的信道必须独立衰减，使信道分集阶数等于发射与接收天线数目的乘积。如果在发射/接收天线对间的信道具高度相关性，则可达到的分集增益将相对有限。

在空间多任务的MIMO应用中，通道间相关性必须很低才行，不同的空间信号流只在适当信道环境下才会清楚地区分，为让各对天线间的信道达到较低的相关性，通常必须妥善安排发射与接收天线位置。

虽空间分集和空间多任务…等技术可在面对通道效应时提供1个改善效能的方法，但却无法彻底解决通道效应问题。这时可考虑以下几种方案。比如在典型的2 x 2 MIMO配置中，可使用2个不同的SIMO信道仿真器进行仿真在发射与接收天线对间的4个不同通道。然而SIMO信道仿真器并不能提供MIMO通道间的正确相关，这在测试系统效能时是很重要的1项特性，因为在某种程度上真实的通道间都会有一些相关性。

工程人员可以选择直接在「真实」的无线环境中进行测试，但通道非常的灵敏，既不可控制、也无法重复。另1种选择是使用以软件为主的工具来建立实际的MIMO通道，虽然此方法可提供RF与基频功能是否正确运作的指针，此法却相对耗时，亦无法产生实时结果。

安捷伦N5106A PXB MIMO接收器测试仪可仿真实际MIMO信道，利用数字信号处理技术复制真实的MIMO环境，在设计、开发与验证的初期发现效能问题，亦可产生接近实际现况的衰减情境，包括路径与信道相关性，减少实作成本，加快校验过程。

图说：3. Agilent N5106A MIMO接收器测试仪提供多达4个基频产生器和8个信道衰减仿真器，可测试及除错最大到4 x 2的MIMO系统。在此仪器中执行Signal Studio信号产生软件，可提供符合最新标准的信号产生功能。

图4是测试1个2 x 2 MIMO接收器的简单配置图。量测仪器连接2个RF信号产生器，以进行信号的升频转换(upconversion)。仪器内部的基频产生器可产生符合标准的波形，例如，WiMAX、LTE和WLAN信号。这些基频产生器透过软件的图形使用者接口，就能很容易地连接到