3GPP LTE的预编码和空间多路复用MIMO技术

　　在图 2 所示的测量实例中，双信道 MIMO 接收机使用两台矢量信号分析仪(VSA)来配置，通过电缆将两台信号发生器直接连接到 MIMO 接收机的输入端，可以使用类似配置测试实际 2x2 MIMO 接收机系统的性能。在本例中，信道仿真器引入了可能在实际环境中出现的多路径和信道减损。在测试 MIMO 发射机或 eNB 时，发射机可以直接连接到信号分析仪上。根据测试设备上的测量端口总数，可有多种将 MIMO 发射机连接到信号分析仪的可能配置。例如，通过使用功率组合器将 MIMO 发射机的多个信号添加到分析仪的通用端口，可以使用单路输入分析仪进行 MIMO 极限测试。在这种情况下，由于发射的下行链路参考信号在频率和/或时间上成正交关系，每个传输天线端口的单个参考信号都可通过单路输入分析仪来分析 EVM 特征和定时误差。当使用两个单路输入分析仪进行测试时，双信道 MIMO 发射机可以直接使用电缆连接到分析仪。在这种情况下，即便是在码字采用预编码而导致每层都包含一些独立码字组合的情况下，分析仪也能恢复每个码字的独立数据。这种配置对于评测传播信道(将会发生信道的交叉串扰和交叉耦合)的影响也非常有用。

　　使用 LTE 预编码实现潜在系统改进的测量实例现在将通过上面介绍的基本 2×2 MIMO 系统来演示。信道仿真器经过配置可生成一个“静态”的多路径信道，从而造成一个接收信号具有高 SINR，另一个接收机信号具有低 SINR。图3 显示了采用(下图)和未采用(上图)预编码的双信道 MIMO 信号进行恢复后所测得的星座图。对于未采用预编码的测量(参考了 LTE 标准中的码簿索引 0)，数据层直接映射到两个发射天线，并通过仿真的多路径信道进行发射，这就使接收到的第一个信号 rx0 具有相对较高的 SINR，而接收到的第二个信号 rx1，则受到了严重的衰减，具有很低的 SINR。第二个信号的质量及这两个信号间巨大的 SINR 差别使正确解码这个两信道 MIMO 信号变得非常困难。在本例中，当使用预编码时，通过码簿索引 1，较差的信道条件所带来的负面效应可在一定程度上消除，因为预编码将试图均衡在每个接收机上测得的 SINR。从这个测量实例的结果可以看出，较差质量的信号 rx1 的 SINR 得到了改进，另一个信号 rx0 的 SINR 虽然有所降低，但仍在可接受的范围内。通过对两个接收信道进行适当地均衡，MIMO 接收机能够轻松恢复正交发射信号。

　　前面已经提到，射频信号发生器之间的相位相干性对于正确解调独立的数据层非常重要。当已选择好预编码索引(index)来均衡接收机性能时，我们假设信号发生器有一个已知的相位偏置。如果发生器间的相位关系发生改变，一个数据层的性能下降，而另一个可能会提高。例如，我们继续来看图 3 所示的预编码测量，为了均衡两个接收机间的性能和它们相关的星座图，我们选择了预编码索引 1。在本例中，射频信号发生器的相位相干采用 0偏置。星座图质量的品质因数是误差矢量幅度(EVM)。EVM 是一个数字，通常用百分比表示，它可定量分析接收到的信号与离理想星座图的偏差。低 EVM 值代表高质量的信号。在图 3 所示的预编码测量中，两个接收机上的 EVM 大约为 13.5%。现在，如果在两个信号发生器间引入相位偏置，则一个接收机的 EVM 会降低，另一个则会提高。图 4 显示了 EVM 与上面介绍的 2x2 系统中每个数据流的相位偏置的对应关系。如图所示，当相位偏置为 0时，说明为仿真的无线信道选择了恰当的码簿。当相位偏置增加时，数据流 1 的 EVM 会降级，数据流 2 的EVM 将改进。当相位偏置减少时，也可观察到相反的效应。两个接收机间 EVM 的降低会导致选择的码簿与预期的信道特征失配。如果相位偏置是一个固定值，选择不同的 码簿可能会再次均衡接收机性能。遗憾的是，当使用非相干信号发生器时，随时间变化的相位关系会极大地影响测得的 EVM 结果和系统性能。为了解决这个问题，相位相干信号发生器(如图 2 中所描述的测量设置)将会消除多个发生器间随时间变化的相位偏置。