MIMO仿真测试的技术要求及解决方案

1、概述

MIMO（Multiple-Input-Multiple-Output）时空编码无线通信因其在传输速率、移动性、频谱效率、无缝覆盖等方面具有明显的优势，正逐渐成为现代通信系统的关键技术。目前，在全世界范围内围绕这种技术展开了广泛的研究。在WiMax，WLAN、3G、B3G等领域，各种新型的技术标准正在逐渐形成。

然而由于MIMO技术本身的复杂性，系统的性能模拟并不简单。一些用于系统模拟及仿真的信道模型和算法并不符合实际无线信道的实际情形。实践证明，为了对MIMO信道和系统取得深层的理解，进而优化MIMO通信系统的性能，一种高精度、高稳定度、高保真度的信道仿真设备可对科研和系统测试工作带来无与伦比的便利和效率。Elektrobit公司的高端信道仿真设备（PropsimTMC8）支持MIMO系统仿真、多路径、多通道，可以完成多达4×4的MIMO系统仿真。

以下首先简述MIMO仿真系统的基本技术要求，然后介绍基于PropsimTMC8基础上的MIMO仿真解决方案。

2、MIMO仿真的基本技术要求

在进行MIMO仿真时，信道仿真设备必须能产生精确和符合实际的信道响应，才能对MIMO通信系统的性能做出客观的评估。首先，仿真系统的各项参数，如各信道和路径之间的相位误差、幅度分配误差和时延误差，各信道间的相关性设置以及计算得到的相关矩阵的精度等等都会影响测量的真实效果。其次，仿真设备的同步和工作稳定性也会对测量结果造成很大影响。当然，信道仿真设备所使用的信道模型必须真实反映MIMO信道的时空特性和多径衰落效应。另外，实际信道测量结果表明各MIMO子信道间具有不同程度的相关性，而不是理想条件下的完全独立情况。因而在实际测试时也要考虑这种相关性来保证系统性能测试的准确度和可信度。

2.1时延精度

在实际信道环境中，高频无线信号通过很多路径进行传输，以不同的空间方位角和不同的时延到达接收端。相对路径时延的仿真精度对TX/RX天线阵列（智能天线）的评估尤其重要。这是确保信号分配和组合准确性的先决条件。因而逻辑上就要求仿真器设计尽可能紧凑，信号的处理和传输尽可能在仪器内部实现。

PropsimTMC8一台设备就可以支持多达16个独立信道，每信道24径，所有信号的分流和复合功能全部内置，全数字化处理，保证了径时延的精度和稳定性。

2.2相位精度

同样，多信道和多路径信号间的相对相位精度也是MIMO信道仿真中的另一个关键因素。

PropsimTMC8信道间的典型相位误差为2度左右（日常校准后），在进行对精度要求更高的研发工作时，可以通过2～4小时间隔的校准，达到1度的相位精度。PropsimTMC8路径间的相对相位误差精确至可忽略不计的程度。另外，C8系统设计紧凑，所有通道的模块全部通过一个背板上的总线连接，可以非常精确地控制相位的漂移，保证实际精度。

2.3功率分布精度

如果进行天线阵列的波束赋形方面的研究，对功率分布精度的要求尤其明显。

PropsimTMC8各个信道间的幅度误差最大为0.5dB，完全可以符合实际使用时的要求。

2.4AWGN噪声源

噪声源是MIMO仿真的另一个需求。科研人员往往需要精确测试信号和噪声功率、精确设定信噪比（SNR）。

在PropsimTMC8设备中，每个信道都可以配置独立的AWGN噪声源，噪声功率可以精确设定，也可以在固定SNR值时进行设定。如果在某些测试案例中需要固定SNR值，C8会在数字层面上测量信号功率，从而精确设置SNR值。这种方式比起模拟层面的信号功率测量更为精确和快捷。所得到的SNR可以在很短时间内达到0.3dB的精度，而且这个精度在很大的功率动态范围内都可保证。这种绝对功率控制模式使得根据3GPP基站测试规范的实现成为可能。

2.5干扰源

在无线系统中，存在各类干扰源。而且越来越多的无线系统的应用对需要考虑的干扰信号类型和数量要求越来越高。不仅今天的研发人员要精确定义干扰信号的类型和强度，而且在宏观上，国家网络规划人员也需要全面考虑目前和将来的无线系统中所面临的干扰信号及其各种干扰信号对通信系统的影响。

PropsimTMC8中可以像加入AWGN信号一样加入各种干扰信号。更具吸引力的是由于设备是一个集成度很高的数字系统平台，通过软件升级就可以方便添加干扰源。

2.6信道相关性

MIMO信道仿真中一个最重要的方面就是要能够调整和设定不同衰落信道及不同衰落路径间的相关系数，设定完整复杂的相关矩阵，PropsimTMC8充分支持这种功能，它对智能天线和波束赋形技术尤其有用。

图1 在PropsimTMC8中构建MIMO系统模型