MIMO原理及测试3 无线通信系统中的MIMO技术目前，MIMO已经成为未来移动通信技术的必选项目，都会采用相应的分集和复用技术以下简单介绍不同标准中对应MIMO的不同表现形式3.1 3GPP UMTS作为主流的移动通信标准，3GPP标准已经有了长足的发展从WCDMA开始，已经引入了很多提高传输速率的方法，包括HSDPA和HSUPA最新版本包括HSPA+和LTE3.1.1 HSPA+(3GPP R7/R8)R99（WCDMA）已经引入了发射分集的概念，为了比R6版本的HSDPA可以得到更高的传输速率，R7版本的HSPA+采用了MIMO的技术在下行链路中，可以采用MIMO或64QAM的调制方式，对应的峰值速率可以达到28Mbit/s，但在R7版本MIMO和64QAM不能同时使用而在R8的标准中，MIMO和64QAM可以同时使用，峰值速率最高可达42Mbit/s，不支持上行MIMO对于高速下行共享信道，MIMO使用两个发射天线阵列，实现方式如图11所示图11 PA+MIMO示意图使用两个发射天线阵列，两个独立的数据流同时在无线信道内传输，可以采用和WCDMA一样的信道化码在扩频和加扰后，为了更好地在无线信道中传输，对其进行相应的加权预编码。
此时需要得到4个ω1~ω4的加权因子第一个数据流用加权因子ω1和ω2相乘，第二个数据流用加权因子ω3和ω4相乘，加权因子由公式（5）决定此时，ω1是固定的，ω2根据基站进行选择为了保证正交，加权因子ω3和ω4根据ω1和ω2得到基站根据上行终端选择最优的加权因子除了在HS-DSCH中使用MIMO，加权的相关信息必须通过HS-SCCH控制信道传送给终端UE尽管在上行中不使用MIMO，但是和MIMO相关的信息仍然必须在上行链路中传输终端UE在HS-DPCCH信道中发送相应的预编码控制指示和信道质量指示，这样可以让基站根据信道情况来调整调制、编码方式和预编码的加权因子关于HSPA+的更多细节，请参阅参考文献3.1.2 LTE(3GPP R8)3GPP R8版本中定义的LTE，采用降低延时和分组交换技术可以达到更高的传输速率LTE的多址方式下行采用OFDM，上行采用SC-OFDM，同时MIMO技术也是LTE的重要组成部分LTE规定的调制方式包括QPSK，16QAM和64QAM下行的峰值速率最高可达300Mbit/s(4×4MIMO)和150Mbit/s(2×2MIMO)，上行最高可达75Mbit/s。
LTE的下行链路如图12所示在LTE的下行传输中，LTE包括：单天线传输，没有MIMO；发射分集；开环空分复用，无需UE反馈信号；闭环空分复用，需要UE反馈；多用户MIMO（在指定的相同RB上有多个UE）；闭环预编码；波束形成等几种传输模式图12 LTE下行链路示意图在LTE系统中，1个或2个码字可以映射到多个空间复用的传输层（图12中的Layer Mapper模块）在空间复用之前，首先经过一个预编码的过程（图12中的Precoding模块），也就是与根据码本定义的预编码矩阵W相乘，预编码后的数据发送到各个天线在收发天线两端都要经过相同的预编码过程根据不同的天线数目以及空间复用和发射分集的方式，规范定义了不同的码本图13为2天线情况下空分复用的预编码矩阵形式图13 2天线情况下空分复用的预编码矩阵形式在LTE的上行链路中，为了降低终端UE的复杂程度，采用MU-MIMO技术在MU-MIMO技术中，多个UE每个使用一个发射天线，在相同的无线信道中进行传输3.2 WiMAXTM(802.16e-2005)WiMAX技术可以在20MHz的信道带宽内达到74Mbit/s的峰值速率调制方式包括QPSK，16QAM和64QAM。
WiMAX的下行链路如图14所示WiMAX 802.16e标准现在已经将MIMO定义为必选项标准定义了大量不同的编码和分布矩阵形式原理上可以使用2，3，4个发射天线在所有的模式中，可以选择矩阵矩阵A，B，C在图14所示的译码模块中，数据流与选择的矩阵形式相乘，然后映射到不同的发射天线图14 下行WiMAX示意图在实际的系统中，矩阵A和B实现方式如公式（6）所示矩阵A对应发射分集，矩阵B对应空分复用（也称为真正的MIMO），而在3天线和4天线系统中，也存在相应的矩阵形式在WiMAX的上行MIMO中，仅仅是采用不同的导频序列，编码和映射方式与非MIMO方式相同此外，SU-MIMO中两个不同的用户使用相同的信道（称为协同MIMO，MU-MIMO）3.3 WLAN（802.11n）根据802.11n的规范定义，WLAN需要在40MHz的带宽内达到峰值速率600Mbit/s调制方式采用BPSK，QPSK，16QAM和64QAMWLAN802.11n可以后向兼容802.11a/b/g系统最多支持4个发射天线，对应4个数据流WLAN可以区别空间流SS和空时流STS如果NSS
WLAN下行示意图参见图15图15 WLAN下行示意图图16给出了NSS = 1 and NSTS = 2的矩阵形式图16 NSS < NSTS的编码矩阵形式在空间映射模块中，STS映射到发射链路(NTX)，可以提供3种不同的方式：首先是直接映射1到1从STC映射到TC；其次是空间扩展，也就是另外用一个矩阵进行相乘图17所示为2个空时流和3个发射天线的示例；最后是波束形成，也就是另外用一个矢量进行相乘图17 两个空时流和3个发射天线的示例矩阵3.4 其它通信标准未来的移动通信标准都会采用MIMO技术，例如LTE Advanced，其目标在下行链路100MHz的信号带宽内达到1Gbit/s传输的速率；而对于1x EV-DO Rev.C，要求在前向链路1.25MHz的信号带宽内速率达到18Mbit/s；另外，WiMAXTM 802.16m的目标是在下行链路中的20MHz信号带宽内提供300Mbit/s的速率4 R&S解决方案目前，R&S的测试设备可以为支持MIMO技术的所有移动通信标准提供相应的测试解决方案信号发生器可以在非信令模式下支持MIMO系统上行和下行的接收机测试信号分析仪主要用于发射机测试，而无线综测仪提供信令模式下的射频测试和协议测试。
RF测试系统提供完整的RF一致性测试4.1 信号发生器SMU200A是业界惟一的一台双通道矢量信号源UE接收机测试可以通过SMU信号发生器完成SMU可以支持各种包含MIMO技术的移动通信标准（802.11n，802.16e和3GPP Rel7和Rel8）SMU的界面如图18所示图18 SMU界面此外，在SMU的MIMO选件中，可以对各个衰落信道间的相关性进行设置而且SMU衰落模拟器内置了很多标准规定的实时的衰落场景，可以方便用户直接调用同样SMU也可以支持AWGN功能，方便进行相应的接收测试在单台双通道的SMU里，可以很方便地实现符合标准的2×2衰落模拟，同时可以支持多种通信标准通过两台仪表级联的方式，可以最多模拟4个天线加装相参选件SMU-B90和移相器以后，对于4个天线的波束形成可以实现精确的相位关系设置（见图19）图19 通过SMU-B90进行到达角模拟AMU基带信号发生及衰落模拟器除了可以生成符合各种移动通信标准的基带信号外，还可以通过数字IQ输入/输出接口为CMW500和SMATE提供MIMO衰落模拟通过把AMU和SMATE相互连接的方式，可以提供和单台双通道SMU相同的功能，同时两个通道的频率都可以扩展到6GHz。
4.2 信号分析仪对于发射测试，FSQ/FSG/FSV信号/频谱分析仪可以使用它们可以用于各种通信标准的SISO测试，也可以用于大多数MIMO测试例，如LTE标准中的Timing Alignment测试图20所示为业界最高端的信号分析仪FSQ图20 高端信号分析仪FSQ通过把多台FSx（最多支持4台）仪表连接起来，可以同时测量和解调4个发射天线的信号4.3 移动台测试CMW500宽带无线综测仪可以用于UE研发、生产和一致性测试的各个阶段作为LTE协议测试，CMW500同时也可用于验证从协议层测试，也可以通过可编程接口进行灵活的信令测试除此之外，CMW500同样也可以支持MIMO测试图21所示为宽带无线综测仪CMW500图21 宽带无线综测仪CMWCMW270 WiMAX?综测仪提供了业界首台WiMAX移动台测试的多功能一体解决方案：从信令模式下的移动台一致性测试到非信令模式下高速、价优的生产测试同时，CMW270还可以支持WiMAX?的MIMO测试，包括2天线的Matrix A和Matrix B4.4 系统要完整地验证MIMO终端的性能，需要复杂的RF测试MIMO同时也是射频一致性测试和UE认证过程中非常重要的测试项目。
R&S为客户提供的WiMAX和LTE的射频测试系统，可用于从研发到一致性测试的测试用例完整的RF测试系统如图22所示图22 R&S测试系统R&S?TS8980 LTE射频测试系统采用模块化和全自动测试设计，适用于LTE移动台的RF发射机和接收机测量此外，R&S?TS8980做好了将来处理MIMO和多无线小区场景的准备另外，R&S将通过系统升级的形式为用户提供功能扩展作为标准化组织的积极参与者，R&S积极致力于LTE的推广，并将获得的知识与经验融入到自己的产品设计中R&S?TS8970移动WiMAX RCT测试系统应WiMAX Forum?的请求而开发的，其频率范围在400MHz~6GHz之间，为未来移动WiMAX?标准做好了准备可用同一系统运行基站和移动台的测试案例提供无可比拟的测量准确度和详细的结果报告TS8970适用于可广泛应用于WiMAX设备的研发、生产、和性能测试R&S?TS8975WiMAX? RF预认证测试系统可以支持TS8970的绝大多数测试功能，是用于预认证和质量控制的经济型测试系统5 结束语现在无线通信系统需要提供越来越高的数据速率传统的方式通过高阶调制和更大的信号带宽来实现，新的方法却通过利用无线系统的传输信道来提高数据速率。
通过使用多天线系统（典型的MIMO），可以使数据速率和信道容量有了比较大的提升因此，MIMO系统已广泛应用于多种移动通信标准，也成为了未来移动通信标准的必选项目本文在介绍MIMO原理和不同通信体制MIMO应用的基础上，给出了R&S公司的相应测试解决方案目前，R&S公司的测试设备已经可以满足多种移动通信标准MIMO测试的相应需求摘要介绍了MIMO的基本原理，并在此基础上对MIMO在不同移动通信系统中的应用进行了阐述，最后介绍了R&S公司的相应测试解决方案1 引言对于所有的无线通信系统而言，无论是3GPP UMTS这样的移动无线网络，还是像WLAN那样的无线局域网，除了通过高阶调制或更大的信号带宽这样传统的方式来提高数据速率以外，还可以通过多天线技术来提高信道的容量作为未来移动通信的必选项目，MIMO已经引起了更多的关注，而对于MIMO系统的实现和测试，也成为通信行业的热点及难点本文在介绍MIMO的基本原理以及在MIMO不同移动通信标准表现形式的基础上，介绍R&S公司提供的相应测试解决方案，可以满足不同客户、不同标准及不同阶段的MIMO系统测试需求2 MIMO基本原理根据不同的传输信道类型，可以在无线系统中使用相应的分集方式。
目前，主要的分集方式包括时间分集（不同。