MIMO的应用及测量须知

由于MIMO技术可以提高频谱效率，所以逐渐成为和OFDM组合的通用技术。第一个商用MIMO系统出现在WLAN中，但现在其应用热点已经扩展到了包括WiMAX和LTE在内的无线通讯领域。由于各种格式所采用的技术和术语稍有不同，因此有时会使人们难以确认正在讨论的内容。

MIMO技术的引入，即发射和接收路径之间信号的相互耦合，打开了一个新的测量领域，在原先使用的单一信道测试上提出了新的性能测量需求。

本白皮书选自安捷伦“MIMO十大须知”中的一部分，其目的是让用户对MIMO技术的运用和测试方法有一个大概的了解。每一部分都会用实例来突出说明MIMO技术对于无线电系统或相关测试的影响。可从安捷伦申请十大须知的宣传资料(本白皮书的最后有订购信息)。

须知一：空间复用技术至少需要两个发射机和两个接收机。两个接收机应设在相同位置。

一些多天线技术，比如发射及接收分集，有时也会用到“多入多出”一词，但这些技术并不能直接增加无线链路的频谱效率。而实际上，空间复用技术能够在根本上增加系统容量，它与分集技术一样重要，两种技术经常结合使用。所以移动台可以只有两个天线，基站可以配有四个天线。

参看图1，空间复用的关键在于同时发射用户数据的不同部分。当信号通过包括天线在内的无线电信道进行传输时，必然会出现一些相互耦合。

图1：移动通信中非对称MIMO的运用。

MIMO技术的巧妙之处就在于避免了发射信号的互相干扰，这就需要我们知道信号是如何耦合的。在这个过程中需要和发射机的数目一样多的接收机，这也就引出了我们的第一项须知。

因为需要将原先分离发送的多路码流(在3GPP LTE中称为码字)在接收端耦合恢复成原始信息，因此需要将多个接收机放在相同位置。

而对于信号后处理来说，由于测量软件(如安捷伦89600 VSA)能够组合来自多个输入的IQ数据，然后进行信号分离和分析，所以不需限制将接收机硬件放置在相同位置。还有一种特殊情况，信号是通过电缆直接连接到分析仪，相互之间不会产生耦合，也就是直接映射。通过将单端口输入分析仪轮流连接到各个发射机，就可以恢复每一路码流。

如果被测试信号的帧与帧之间大体保持恒定，那么也可以用一个开关切换控制来捕获各路信号。Agilent N4011A MIMO多端口转接器即是WLAN中采用该技术的一个设备实例。

图2：LTE中的不同MIMO信道训练子载波。

须知二：MIMO技术在无线通信系统下行链路和上行链路中的应用是不同的。

在WLAN中上下行无线链路是对称的，但是这一模型针对移动通信应用发生了变化(如图1所示)，比如互联网下载业务要求下行链路的容量超过上行链路的容量。

WiMAX和LTE基站至少需要两个发射机。在很多设计中拥有四个或更多的发射机，便于同时使用MIMO技术和发射分集或者相控阵波束赋形技术。所有支持MIMO的移动台都有两个接收机。接收分集非常有用，所以即使最初没有MIMO技术，移动台也可能会使用两个接收机。

图1中还显示了将传输数据信号复用到码流和层时的相关术语。用户数据在发送时被分离成多路码流。如果同时使用空间复用和分集技术，那么还需要进一步将码流映射到层(如图中灰色方块所示)。如图显示了直接映射过程，发射之前两路码流不会故意进行耦合。

须知三：MIMO信号恢复过程由两个阶段组成。

在WLAN和WiMAX中，用户传输数据被复用到多路码流中时使用相同调制方式(QPSK、16QAM等)，而在LTE中则可能对每一路码流使用不同调制方式。因此信道恢复与数据恢复之间有明显区别，这是有关MIMO的另一个基本原理。

MIMO信号在通过信道传输时会相互耦合，在对各路码流进行解调之前，必须对这些信号进行分离。为此，接收机需要知道不同发射机的信道训练信息，这种信道训练机制被称为“非盲”。

在WiMAX和LTE信号中都有信道训练部分。不同发射机使用不同的信道估计子载波，使所有发射机的信道估计子载波都不会在相同时间使用相同的频率。802.11n最初也曾考虑使用此方法，但是最终采用了正交码来区分发射机。

图2给出LTE发射机两路信号的频谱图，并放大了一段训练符号频谱分量。可以清晰地看出，LTE参考信号(RS)子载波使用的频率不同。和WiMAX中的导频有一点不同，LTE的参考信号每三个或四个符号才发射一次。所有子载波的功率都是相同的，并且它们的相位和时间关系也是已知的，因此可以创建一个矢量方式来表示信道，它可以提供用于分离各路码流的系数。

须知四：相位差对开环MIMO没有影响。

开环MIMO是指发射信号是直接映射的，没有使用信道反馈对信号进行耦合(预编码)。

换句话说，只有对不同信号耦合