3GPP LTE的預編碼和空間多路復用MIMO技術

　　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 接收機系統的性能。在本例中，信道仿真器引入了可能在實際環境中出現的多路徑和信道減損。在測試 MIMO 發射機或 eNB 時，發射機可以直接連接到信號分析儀上。根據測試設備上的測量端口總數，可有多種將 MIMO 發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，由于發射的下行鏈路參考信號在頻率和/或時間上成正交關系，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。當使用兩個單路輸入分析儀進行測試時，雙信道 MIMO 發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編碼而導致每層都包含一些獨立碼字組合的情況下，分析儀也能恢復每個碼字的獨立數據。這種配置對于評測傳播信道(將會發生信道的交叉串擾和交叉耦合)的影響也非常有用。

　　使用 LTE 預編碼實現潛在系統改進的測量實例現在將通過上面介紹的基本 2×2 MIMO 系統來演示。信道仿真器經過配置可生成一個“靜態”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)預編碼的雙信道 MIMO 信號進行恢復后所測得的星座圖。對于未采用預編碼的測量(參考了 LTE 標準中的碼簿索引 0)，數據層直接映射到兩個發射天線，并通過仿真的多路徑信道進行發射，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，當使用預編碼時，通過碼簿索引 1，較差的信道條件所帶來的負面效應可在一定程度上消除，因為預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果可以看出，較差質量的信號 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。通過對兩個接收信道進行適當地均衡，MIMO 接收機能夠輕松恢復正交發射信號。

　　前面已經提到，射頻信號發生器之間的相位相干性對于正確解調獨立的數據層非常重要。當已選擇好預編碼索引(index)來均衡接收機性能時，我們假設信號發生器有一個已知的相位偏置。如果發生器間的相位關系發生改變，一個數據層的性能下降，而另一個可能會提高。例如，我們繼續來看圖 3 所示的預編碼測量，為了均衡兩個接收機間的性能和它們相關的星座圖，我們選擇了預編碼索引 1。在本例中，射頻信號發生器的相位相干采用 0偏置。星座圖質量的品質因數是誤差矢量幅度(EVM)。EVM 是一個數字，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 值代表高質量的信號。在圖 3 所示的預編碼測量中，兩個接收機上的 EVM 大約為 13.5%。現在，如果在兩個信號發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 系統中每個數據流的相位偏置的對應關系。如圖所示，當相位偏置為 0時，說明為仿真的無線信道選擇了恰當的碼簿。當相位偏置增加時，數據流 1 的 EVM 會降級，數據流 2 的EVM 將改進。當相位偏置減少時，也可觀察到相反的效應。兩個接收機間 EVM 的降低會導致選擇的碼簿與預期的信道特征失配。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，當使用非相干信號發生器時，隨時間變化的相位關系會極大地影響測得的 EVM 結果和系統性能。為了解決這個問題，相位相干信號發生器(如圖 2 中所描述的測量設置)將會消除多個發生器間隨時間變化的相位偏置。