MIMO在WiMAX和LTE中的应用及测试解决方案

2012-08-18 15:35:38来源: 21ic

  MIMO出现的背景

  随着无线通信的迅速发展,对系统的容量和频谱效率提出了越来越高的要求。为此人们作出了各种努力,如扩展系统带宽,优化调制方式,或者采用复杂的码分多址系统等来满足这一要求。但这些方法的应用终归是有限的。很显然,带宽不可能无限的扩展,调制阶数不可能无限的增高,码分多址系统信道之间不可能理想的正交。为此,MIMO(Mutiple input Mutiple output)系统应运而生,它通过采用空时编码(STC),利用多天线阵列实现空分复用,在有限的带宽内极大地提高了频谱效率。因此,MIMO成为Wimax, LTE, 802.11n以及几乎所有未来‘热门’的无线通信系统所必不可少的关键技术之一。

  MIMO与OFDM

  MIMO适用于所有的无线通信技术。它与OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplex)的结合应用更具优势。MIMO系统的信道模型是建立在非频率选择性的窄带信道基础之上,而OFDM通过许多正交的子载波将宽带系统窄带化,且通过前向纠错技术(FEC),能很好地对抗频率选择性衰落。此外,OFDM还为MIMO提供了更多的自由度,即允许空时编码的时间尺度可以应用于某几个子载波,从而实现更优的系统性能。

表1MIMO在通信标准中的应用


  表1列出了MIMO在目前一些‘热门’通信标准中的应用,其中除3GPP Release 7外,其它标准均采用OFDM技术。

  MIMO系统实现上的考虑

  MIMO系统要求传输信道之间尽可能的互不相关,因此除了选择适当的编码方式和应用于高‘散射’的信号传输环境之外,还要求天线之间必须有足够的距离(在BS端大约为10~20倍信号波长,在MS端至少为一倍信号波长)。此外,更多的天线及收发链路意味着更大的硬件、空间占用和功率消耗。因此对于MS侧,两根天线以上的MIMO方案是很难实现的,在BS侧,发射天线的数目也会受到一定的限制。

  WiMAX对MIMO的支持

  IEEE 802.16-2004 标准对MIMO的支持比较有限,仅考虑了Alamouti 编码方案,而且不是强制的。IEEE 802.16e 对 MIMO提供了强有力的支持,对于Downlink, 它既支持空分复用,也支持空间分集,其方案如图1。

图1IEEE802


  对于Uplink,IEEE 802.16e也定义了几种可供选择的方案,如图2所示。但对于移动WiMAX,只采用了Collaborative SM方案,在这种方案下,各自只带一根天线的两台MS在相同时间相同信道上发送不同的数据,它们之间通过导频(pilot)符号来区分。

图2IEEE 802.16e-2005对上行MIMO的支持


  LTE对MIMO的支持

  LTE采用2X2配置作为MIMO的基本配置,即基站和终端各两根天线,未来也考虑4X4配置。在下行方向,LTE MIMO同时支持空分复用和空间分集两种模式。这些下行的数据流可以属于同一用户(single user MIMO / SU-MIMO),也可以是不同的用户 (multi user MIMO / MU-MIMO)。

  LTE有两个固定的码字用于不同空间层的映射,且该映射关系固定。空间层的个数等于信道矩阵的‘秩’,也即能同时传输的独立数据流个数。当该矩阵的‘秩’为1时,就使用发射分集的方式,这时只需要传输一个码字。

  在空分多址模式下,通过对信号乘以一个预编码矩阵进行预编码,该矩阵从预定义好的码字集(codebook)中选取。UE通过估计信道质量选取较优的预编码矩阵后,通过上行控制信道反馈给BS。对不同的数据块可选择不同的预编码矩阵。其下行基带信号的产生框图如图3:

图3LTE下行基带信号的产生原理


  在发射分集模式下,与WiMAX不同,LTE 采用SFBC(Space Frequency Block Coding)编码,即在某一时刻,天线端口发送相同的数据符号,但这些数据映射在不同的子载波上,且具有不同的编码。

  LTE上行MIMO采用了MU-MIMO(Multiple user MIMO)方式,与WiMAX的Collaborative SM方案非常类似,每个UE只需要一根天线,在相同的资源块上同时发送数据,它们通过彼此正交的导频符号来区分。

  R&S公司MIMO测试解决方案

  作为无线测试领域的引导者,R&S公司提供了业界领先的MIMO测试解决方案。对于2X2 MIMO,在信号发生端,对于频率3GHz以下的应用,只需要在R&S公司的双通道矢量信号源R&S SMU200A(业界唯一内置信道模拟功能的双通道矢量信号源)上添加一个MIMO选件即可。

  以WiMAX为例,添加MIMO选件后,可以很方便地支持Matrix A,Matrix B两种模式,而且可自由选择该路基带模拟天线0或者天线1。对于LTE MIMO的支持也同样非常方便。

[1] [2]

关键字:MIMO  WiMAX  LTE  测试解决方案  无线通信

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2012/0818/article_5715.html
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