基于网络分析仪的宽带MIMO信道探测

技术分类: 通信  | 2008-06-04
Rub Ibern-Ferndez、JosMar Molina-Garc-Pardo、JosVtor Rodruez、Leandro Juan-Ller,喀他赫纳科技大学(UPCT)

  在每个接收机上都测量五次MIMO信道,以便在测量过程中检查信道是否稳定。发射功率设为10 dBm,即网络分析仪所能传输的最大功率,以便EIRP(有效同性辐射功率)达到15.2 dBm。系统经过校准后,使用此配置可获得-100 dB的噪声本底,如果建立的最小SNR为15 dB,则可以为其补偿85 dB的路径损耗。如果在光纤链路的两端再使用一个放大器,还可以获得更高的范围。这些数量就是我们所说的校准点,因此天线增益并未包括在内。表2总结了初始测量中使用的参数。

图6校准后测量的a幅度和b相位噪声


  校准完毕后,得到校准响应的幅度值(见图6a)和相位噪声值(见图6b)。使用Kolmogorov-Smirnov测试,获得幅度(dB)和相位(度)的零均值高斯噪声。幅度标准差为4.9×10-3dB,相位标准差为3.16×10-2度。测得的幅度噪声的最大值是1.5×10-2 dB(图6a);相位噪声(图6b)的最大值是0.1度。众所周知,测量容量受相位噪声的影响。这种信道探测仪的一个优点是相位噪声和幅度噪声都非常低。此外,仅使用一台网络分析仪时没有旁路相位噪声。

  A. 固定接收功率时的容量

图7图5中所示位置固定SNR为15dB时的CCDF容量


  当固定SNR为15dB时,算出MIMO容量的初始结果。图7示出了每个接收机位置计算出的互补累积分布函数(CCDF)容量。独立同分布信道(i.i.d.)容量也在图中进行了显示。结果可见,在视距范围内1号接收机的容量较小。位于2号实验室的接收机的容量比1号实验室的大,3号和4号实验室中的接收机容量与i.i.d.信道的容量接近。因此,在非视距(NloS)范围内获得了最大容量。固定SNR为15dB时,平均容量可通过表3总结如下:平均容量值在12.86和15.76 bits/s/Hz之间变化。在3号实验室中Rx5获得了最大容量。

  B. 固定发射功率时的容量

图8变化SNR时图5中所示位置的CCDF容量


  容量取决于SNR,有时信号强度比多路径更重要。为此,我们使用每个点(表4)上接收到的SNR来计算容量,从而研究SNR参数的影响。图8显示了使用实际SNR时的CCDF容量。

表4在图5的环境中变化SNR时接收到的SNR和平均容量


  可以看出,SNR对提高容量非常重要:SNR变化时,1号实验室实现了最大容量,平均容量达到42.5 bits/s/Hz。4号实验室通道多,而SNR较低,容量最小。在4号实验室中,平均容量约为10 bits/s/Hz。

  结论

  本文探讨了宽带MIMO信道探测仪。它使用了网络分析仪和快速开关,由笔记本电脑分别通过WLAN(或LAN)和GPIB进行控制。网络分析仪的一个端口用作发射机,其余端口用作接收机,因此快速开关可为系统提供多个发射天线分支。使用光纤链路代替同轴电缆,可以最大程度减小链路损耗。

  很多实验室和研究中心都有不同类型的网络分析仪。因此,他们可以很经济的构建这种信道探测仪,从而节省最主要的费用。信道探测仪可以改变不同的系统参数,例如天线的类型和数量、频段、测量点的数量等。其主要缺点是,在测量过程中测量环境不能出现任何变化,而且要用光纤来连接发射机和接收机。

  测量范围从2.4GHz~2.5GHz,使用4x4 MIMO系统测试信道探测器。一方面,在视距(LoS)范围内,当固定SNR为15dB时,低容量为12.86bits/s/Hz。在非视距(NloS)范围内,与发射机距离较远时,容量接近于i.i.d.信道的容量。在3号实验室中容量最大,为15.76 bits/s/Hz。另一方面,SNR变化时,在视距(LoS)范围内可获得最大容量,在4号实验室中容量最小。这一事实证实了SNR参数的重要性。

  幅度和相位噪声的测量值非常低,这对测量真实MIMO容量非常重要。使用此配置,系统噪声的最大幅度为1.5×10-2 dB,最大相位为0.1度。信道探测仪仅使用一台网络分析仪,避免了旁路相位噪声。校准点的噪声本底为-100 dB,可使用多个放大器、取平均值或降低中频来降低噪声本底。

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