3GPP LTE的預(yù)編碼和空間多路復(fù)用MIMO技術(shù)

　　在圖 2 所示的測量實例中，雙信道 MIMO 接收機使用兩臺矢量信號分析儀(VSA)來配置，通過電纜將兩臺信號發(fā)生器直接連接到 MIMO 接收機的輸入端，可以使用類似配置測試實際 2x2 MIMO 接收機系統(tǒng)的性能。在本例中，信道仿真器引入了可能在實際環(huán)境中出現(xiàn)的多路徑和信道減損。在測試 MIMO 發(fā)射機或 eNB 時，發(fā)射機可以直接連接到信號分析儀上。根據(jù)測試設(shè)備上的測量端口總數(shù)，可有多種將 MIMO 發(fā)射機連接到信號分析儀的可能配置。例如，通過使用功率組合器將 MIMO 發(fā)射機的多個信號添加到分析儀的通用端口，可以使用單路輸入分析儀進行 MIMO 極限測試。在這種情況下，由于發(fā)射的下行鏈路參考信號在頻率和/或時間上成正交關(guān)系，每個傳輸天線端口的單個參考信號都可通過單路輸入分析儀來分析 EVM 特征和定時誤差。當(dāng)使用兩個單路輸入分析儀進行測試時，雙信道 MIMO 發(fā)射機可以直接使用電纜連接到分析儀。在這種情況下，即便是在碼字采用預(yù)編碼而導(dǎo)致每層都包含一些獨立碼字組合的情況下，分析儀也能恢復(fù)每個碼字的獨立數(shù)據(jù)。這種配置對于評測傳播信道(將會發(fā)生信道的交叉串?dāng)_和交叉耦合)的影響也非常有用。

　　使用 LTE 預(yù)編碼實現(xiàn)潛在系統(tǒng)改進的測量實例現(xiàn)在將通過上面介紹的基本 2×2 MIMO 系統(tǒng)來演示。信道仿真器經(jīng)過配置可生成一個“靜態(tài)”的多路徑信道，從而造成一個接收信號具有高 SINR，另一個接收機信號具有低 SINR。圖3 顯示了采用(下圖)和未采用(上圖)預(yù)編碼的雙信道 MIMO 信號進行恢復(fù)后所測得的星座圖。對于未采用預(yù)編碼的測量(參考了 LTE 標準中的碼簿索引 0)，數(shù)據(jù)層直接映射到兩個發(fā)射天線，并通過仿真的多路徑信道進行發(fā)射，這就使接收到的第一個信號 rx0 具有相對較高的 SINR，而接收到的第二個信號 rx1，則受到了嚴重的衰減，具有很低的 SINR。第二個信號的質(zhì)量及這兩個信號間巨大的 SINR 差別使正確解碼這個兩信道 MIMO 信號變得非常困難。在本例中，當(dāng)使用預(yù)編碼時，通過碼簿索引 1，較差的信道條件所帶來的負面效應(yīng)可在一定程度上消除，因為預(yù)編碼將試圖均衡在每個接收機上測得的 SINR。從這個測量實例的結(jié)果可以看出，較差質(zhì)量的信號 rx1 的 SINR 得到了改進，另一個信號 rx0 的 SINR 雖然有所降低，但仍在可接受的范圍內(nèi)。通過對兩個接收信道進行適當(dāng)?shù)鼐?，MIMO 接收機能夠輕松恢復(fù)正交發(fā)射信號。

　　前面已經(jīng)提到，射頻信號發(fā)生器之間的相位相干性對于正確解調(diào)獨立的數(shù)據(jù)層非常重要。當(dāng)已選擇好預(yù)編碼索引(index)來均衡接收機性能時，我們假設(shè)信號發(fā)生器有一個已知的相位偏置。如果發(fā)生器間的相位關(guān)系發(fā)生改變，一個數(shù)據(jù)層的性能下降，而另一個可能會提高。例如，我們繼續(xù)來看圖 3 所示的預(yù)編碼測量，為了均衡兩個接收機間的性能和它們相關(guān)的星座圖，我們選擇了預(yù)編碼索引 1。在本例中，射頻信號發(fā)生器的相位相干采用 0偏置。星座圖質(zhì)量的品質(zhì)因數(shù)是誤差矢量幅度(EVM)。EVM 是一個數(shù)字，通常用百分比表示，它可定量分析接收到的信號與離理想星座圖的偏差。低 EVM 值代表高質(zhì)量的信號。在圖 3 所示的預(yù)編碼測量中，兩個接收機上的 EVM 大約為 13.5%?，F(xiàn)在，如果在兩個信號發(fā)生器間引入相位偏置，則一個接收機的 EVM 會降低，另一個則會提高。圖 4 顯示了 EVM 與上面介紹的 2x2 系統(tǒng)中每個數(shù)據(jù)流的相位偏置的對應(yīng)關(guān)系。如圖所示，當(dāng)相位偏置為 0時，說明為仿真的無線信道選擇了恰當(dāng)?shù)拇a簿。當(dāng)相位偏置增加時，數(shù)據(jù)流 1 的 EVM 會降級，數(shù)據(jù)流 2 的EVM 將改進。當(dāng)相位偏置減少時，也可觀察到相反的效應(yīng)。兩個接收機間 EVM 的降低會導(dǎo)致選擇的碼簿與預(yù)期的信道特征失配。如果相位偏置是一個固定值，選擇不同的 碼簿可能會再次均衡接收機性能。遺憾的是，當(dāng)使用非相干信號發(fā)生器時，隨時間變化的相位關(guān)系會極大地影響測得的 EVM 結(jié)果和系統(tǒng)性能。為了解決這個問題，相位相干信號發(fā)生器(如圖 2 中所描述的測量設(shè)置)將會消除多個發(fā)生器間隨時間變化的相位偏置。