2. Тестування системи на основі технологій mimo

Системи на основі технологій MIMO (Multiple Input - Multiple Output, множинний вхід - множинний вихід) отримують все більше поширення в мережах бездротового зв'язку. Вони забезпечують помітне збільшення пропускної здатності та надійності ліній зв'язку.MIMO-технологія вже використовується в ряді стандартів бездротового зв'язку, зокрема HSDPA, IEEE 802.11n (Wi-Fi), IEEE 802.16e (мобільний WiMAX), Long-Term Evolution (LTE). Тому для розробників апаратури бездротового зв'язку важливо мати зручні та ефективні засоби тестування систем MIMO. Компанія Agilent створила кілька приладів для вирішення таких завдань і розробила схеми тестування з використанням цих приладів. Розглянемо, наступне [1], рішення Agilent для тестування MIMO-систем.

Традиційні схеми тестування бездротових пристроїв засновані на підключенні їх кабелем до емулятора бездротового каналу, який, в свою чергу, приєднаний до генератора, відтворюючого сигнал базової станції (БС). Така схема дозволяє імітувати і багаторазово відтворювати різні умови поширення сигналів. Але вона не враховує властивостей антени (діаграми спрямованості, коефіцієнта посилення, поляризації та ін), а також взаємодії антени з іншими блоками тестованого пристрою. Для того щоб дослідити вплив антен на роботу каналів зв'язку потрібно використовувати методи, де сигнал від базової станції (або її емулятора) передається до приймача по бездротовому каналу. Використання таких методів передбачено багатьма специфікаціями, в тому числі 3GPP TS 34.114.

Методи тестування в MIMO-системах мають ряд особливостей, що випливають із специфіки генерації, розповсюдження і прийому сигналів в цих системах. Так, навіть у найбільш простий MIMO-системі 2 × 2 (дві випромінюючі і дві прийомні антени) сигнали поширюються по багатьох шляхах, і кожна прийомна антена отримує сигнали від кожної з передавальних антен (рис.1а) (тут і далі малюнки з [1 ]).

Рис.1. Схема простої 2 × 2 MIMO-системи(а) і діаграми спрямованості антен пристрої користувача (UE) (б).

Пропускна здатність MIMO-систем істотно залежить від ступеня кореляції сигналів, що приймаються різними антенами. На кореляцію впливають різні чинники, пов'язані як з властивостями каналу розповсюдження сигналу, так і з характеристиками антен. Наприклад, антени MIMO-пристрої можуть мати різні діаграми спрямованості (рис.1б). Всі ці фактори необхідно враховувати при побудові системи тестування MIMO-пристроїв. Важливим моментом при побудові тестової системи є вибір такої моделі каналу розповсюдження сигналів, яка досить точно відображає реальні умови і в той же час досить проста в реалізації. Тестові системи, розроблені фахівцями компанії Agilent, засновані на певних моделях MIMO-каналів.

2.1. Моделі mimo-систем

2.1.1. Статистична модель

У цій моделі поширення сигналів описується за допомогою груп відображають об'єктів, званих кластерами (рис.2). Такі кластери добре моделюють, наприклад, будівлі з великим числом архітектурних деталей.

Рис.2. Схема, що ілюструє статистичну модель MIMO-системи

При цьому відбивні властивості кластера описуються за допомогою статистичних моделей. Кожен кластер характеризується кутом виходу випромінювання з масиву передавальних антен θn, AoD (AoD - angle of departure), кутом падіння випромінювання з масиву приймаючих антен θn, AoA (AoA - angle of arrival), розходимості σn, AoD і σn, AoA (див. рис.2). Повна енергія для кожного кута обчислюється підсумовуванням вкладів від всіх кластерів. Цей підсумковий розподіл, нормований на одиницю, називають кутовим спектром потужності (power angle spectrum - PAS) [1, 2]. У багатьох випадках його можна приблизно замінити розподілами Лапласа або Гаусса - залежно від модельованої ситуації. Наприклад, розподіл Лапласа використовується для моделювання міської забудови. Спектр потужності, розрахований для схеми, показаної на рис.2, має два виражені піку при кутах θn, AoA і θn +1, AoA, відповідних вкладами кожного із двох кластерів (рис.3). З хорошою точністю цей спектр потужності можна замінити двома розподілами Лапласа (рис.3б). При цьому стандартні відхилення

σn, AoA і σn +1, AoA відповідають розходимості потоків випромінювання від кластерів (див. рис.2).

Рис.3. Кутові спектри потужності MIMO системи:  а- реальний,  б- модельований розподілами Лапласа