LTE中MIMO技术面临的挑战及其测试

面对如此多的MIMO模式，如何很好地应用，可以说是一个巨大的挑战。

2.1、反向控制信息受限

基站和手机要实现各种模式，需要基站与手机端的大量控制信息交换，而控制信息的质量直接影响到MIMO实现的效果。在下行天线模式中，所有MIMO技术均需要信道质量指示（CQI），空间复用和空间多址技术还需要信道状态信息（CSI）来进行基站端发送预编码的控制。空间复用和空间多址技术被认为是MIMO中频谱利用率最高、最能体现多天线特性的技术。这两种模式的应用很大程度上要依赖信道状态信息的准确性。信道状态信息的准确性体现在基站端精确获得手机接收时刻的信道状况。信道状态信息越准确，基站端的预编码控制就越精确。对于FDDLTE系统而言，三项因素制约了基站端的信道信息精确程度：第一是手机的处理能力，受参考信号设计和手机端算法影响，信道估计的准确度十分有限。第二，受反方向信道限制，基站端收到的信道状态信息总是手机端信道状态信息的量化版本。第三，由于反向信道传输延时，基站端信道状态信息是手机端的延时版本。以上三点对空间复用和空间多址技术的实现效果影响很大，尽管设计过程中对反馈码本选择和实现算法上进行了大量研究，最终的实际效果还需要大量的验证工作。

对于TDDLTE系统，从理论上说，基站端在一定程度上可以利用信道的互易性，从上行信道获得部分下行信道信息，但是信道互易性能带来的好处在实际中的作用仍然不明朗，或者说对于TDDLTE系统，基于信道互易性的波束赋型技术能否取得预期的效果仍有待实际验证。

2.2、应用存在巨大不确定性

由于引入了空间和频率维度，LTE系统看似引入更多模式以匹配复杂的无线环境，但实际上也加大了对无线环境复杂性的适应难度。与3G系统相比，LTE系统是宽带系统，在频率域的接收算法上遇到了更大的挑战，传统的最大信噪比合并（MRC）等窄带接收机算法不能满足要求，需要更加复杂的接收算法。

对于空间维度，LTE系统每个频段上的信道特性不同，在每个频带上要分别进行天线模式的控制时，要考虑信道质量好坏，也要考虑信道的相关性，还要综合终端移动速度和信道变化等各项因素。有时为了减轻反向传输压力，LTE系统还要采用宽带控制信号传输，使得MIMO效果也有所折扣。因此有很多人认为，在实际应用中，闭环的空间复用技术相对于开环的发送方式增益不大。

对于空间多址而言，理论上可以利用用户间信道的不相关性形成更好的多流传输，从而进一步大幅提高系统容量。但是，受反向信道限制，每个用户反馈的是部分信道信息。标准并没有对多用户的MIMO调度算法本身作出规定，如果反馈不精确，MAC层匹配不好，会发生比较大的用户数据流与数据流间干扰，反而使性能大幅下降。由此可以看出，对相对复杂的无线环境，LTE系统想做到很好的匹配还有非常多的工作要做。

2.3、MIMO模式切换问题

LTE系统中有7种天线模式，模式之间及每个模式内部都有发送方式的切换问题。面对这么多种模式，标准并没有规定每种模式的应用场景与切换方式，模式间与模式内的切换由上层信令决定，这也意味着MAC层的控制将直接对系统性能起决定性影响。对于基站而言，由于多天线产品的多样化，如垂直极化天线、交叉极化天线等的应用，使得信道更加复杂，每种天线形态对应的天线模式更是不尽相同。换句话说，这给厂家留下巨大的灵活度。对于基站，天线发送模式要根据信道变化而变，对于FDDLTE系统，基站端信道信息的获得主要通过手机端反馈获得，手机如何反馈如此丰富的信道信息始终是个疑问。如果系统不能很好地解决这个问题，LTE的性能发挥将受到很大影响。对于TDDLTE系统，波束赋型技术的实际效果还有待验证。但是在整个产业的初期阶段，由于MIMO灵活性大带来的不确定因素过多，给各厂家的开发也带来了不小的困难。产业的成熟很大程度上需要靠大量的实验不断地给系统的优化提供依据和方向。下面将介绍一些针对MIMO的测试技术。

3、MIMO技术测试

对整个LTE系统的测试一般分为室内测试与室外测试两部分。室内测试阶段主要关注基站和手机一些基本功能的实现和系统静态性能，如最大传输速率、衰落信道下链路性能、多天线和频域调度技术实现、随机接入功能等。室内测试是对设备的基本处理能力的检验，也是对进行外场测试的准备。室外测试阶段将验证在外场实际的复杂无线环境下LTE系统的性能。

3.1、室内测试

室内测试需要基站厂家准备测试基站（eNB）、测试终端（UE）、测试用仪表等实验设备和环境。测试仪表主要有频谱分析仪和信道模拟仪。频谱分析仪一般用作辅助测试仪表，可以用来监测信号发送频段、调制方式等信息，十分便捷。信道模拟仪用来模拟实际的信道环境，由于是测试MIMO性能，因此信道模拟仪需要支持多通道以模拟多天线传输。此外，测试中还需测试用的相关检测软件，如吞吐量检测软件。

MIMO的测试分为下行与上行，上行主要是单发多收（SIMO）。图2与图3分别给出MIMO下行与上行的测试图。下行的MIMO增益主要体现在不同的信道条件下不同MIMO方案的系统吞吐量。对于MIMO技术的测试，需要信道模拟仪制造不同的信道衰落条件。这些条件包括：
·不同的信道类型。信道类型一般包括加性白高斯噪声（AWGN）、步速3km/h低速信道、车速30km/h和车速120km/h等。
·不同的信道相关性。信道相关性分为高相关性、中相关性与低相关性。
·不同的信道信噪比（SNR）。