测量MIMO：新技术需要新的测试手段


与现有的IEEE802.11a/b/g系统相比，IEEE802.11n系统确保具有增大的数据速率、更佳的频谱效率、更高质量和更具鲁棒性的系统。为了支持这些需求，业界已经提出了几种设计思路。

通过把802.11a/g系统中采用的54个副载波数量增加到114个，就可以增大数据速率。可是，该方法占用的频谱比现在要多两倍有余，并且不会增加鲁棒性或频谱效率。

因此，IEEE 802.11n标准中决定采用MIMO技术。MIMO是针对多天线无线发射和接收的一系列技术，它能够增加同一占用带宽内可实现的数据吞吐量、可以提高通信的质量并容许极大地提高频谱效率。

尽管MIMO技术为系统性能带来了实际的好处，但是，它也增加了设计和系统评估及验证中面临的挑战。有必要考虑采用新的测量技术来测试MIMO系统。

设计MIMO系统面临的挑战

有很多方法可以实现MIMO处理，包括MIMO多路技术、MIMO分集及其它技术。IEEE 802.11n将采用空分多路技术(SDM)，它是MIMO多路技术的一种形式。

通过采用多天线和专用编码机制，可以改善分集增益和提高吞吐量。理论上说，增加天线分支的数量就能够使数据吞吐量随着天线对数量的增加呈几何增长。IEEE 802.11n将支持最多4个发射天线。

尽管存在多种MIMO配置，本文将分析2X2 MIMO系统的应用(两个发射天线和两个接收天线)。

图1所示为2X2 MIMO系统中数据包从基带到多路天线的连续多路过程。每一路天线上传输不同的数据包(Tx1和Tx2)，并且信号在自由空间环境中合成。空间分集和多径传播是实现MIMO的关键单元，也是在系统设计中的重要挑战。在系统的接收端，多传输路径的合成信号在每一个接收天线(Rx1和Rx2)上被接收。

天线分支之间的信道特性是不一样的。物理分隔距离(空间分集)和天线分支之间的空间衰落相关系数对数据吞吐量有影响。要特别注意每一个天线位置的设计以使空间衰落相关系数最小。在接收机(Rx1和Rx2)中，Tx1和Tx2信号必须从每一个接收信号中分离，以使发射信号被恢复为原始的Tx1和Tx2信号。通过增加接收天线的数量，就可能改善传输的质量。

提高MIMO系统传输效率的关键性能参数是：接收机利用每一个信道不同的传播特性分离传输信号所达到的精度有多少？

设计工程师不仅要考虑发射机和接收机的特性，还必须设计能够容许信道传播特性变化的系统架构。在一个典型的环境中(办公室或家庭)，信道传播特性会随着“移动干扰源”—如在室内来回走动的人—而随时变化。

图1：典型的2x2 MIMO系统的例子 
考虑到这样一个动态变化的传播环境，需要计算每一个数据包的信道传播特性以优化传输性能。因此，用于优化的先进算法必须具有精确性、适应性和快速计算能力。

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