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无线现场多输入多输出波束成形、空间复用和分集

Wireless InSite 提供对以下常见多输入多输出技术进行建模的功能。

WI_Beamforming_Animation

天线分集

在接收器上,天线分集方法通过利用相距半个或更多波长的天线接收信号的差异,提供衰减更小的更稳定信号。 Wireless InSite 支持三种接收器分集方法:

  • 选择组合:从信噪比最强的接收天线选择信号

  • 等增益组合:对齐每个接收天线的相位,进行建设性相加

  • 最大比率组合:应用权重对齐相位并调整幅度,以最佳方式组合来自各接收天线的电压

在发射机上,分集技术使用发射天线元件的预编码来增加接收信号不相关的机会,从而提高接收机上分集技术的成功率。 Wireless InSite 支持发射分集,允许用户定义自定义预编码表,其中可定义任意一组编码。 这样,用户就可以指定多种常见预编码方法中的任何一种,如使用阿拉穆提编码或伪编码。

当启用发射和接收分集技术时,Wireless InSite 将同时使用这些技术来合并信号,从而全面提高发射器和每个接收点之间单一数据流的接收效果。

RxDiversity_SINRPlot
使用不同 MIMO 接收机分集技术和 4 个接收天线的 SINR 比较。选择组合(红色)可减少衰减并适度提高 SINR,而等增益组合(橙色)和最大比组合(绿色)都可将 SINR 提高几个 dB。

空间复用

Wireless InSite 利用奇异值分解 (SVD) 技术建立空间多路复用模型。 空间多路复用利用发射和接收天线对之间信道的差异,在发射和接收天线之间提供多个独立的数据流,通过并行数据流发送数据来提高吞吐量。 SVD 将信道分解为多个数据流,其中数据流的数量是发射天线或接收天线数量中较小的一个。 例如,在 2x2 或 4x2 MIMO 的情况下,SVD 可以生成两个独立的数据流,而在 4x4 的情况下(四个发射天线和四个接收天线),它可以生成四个数据流,从而可能将吞吐量提高四倍。  

实际上,实际吞吐量取决于每个数据流能达到多高的 SINR。Wireless InSite 利用 SVD 技术生成正交数据流,并计算每个数据流的有效 SINR,从而预测每个并行数据流的吞吐量。用户可以选择统一功率分配或加水,以改进功率应用于数据流的方式,还可以要求模型放弃性能较差的数据流,以实现功率分配和数据流的组合,从而提供最佳的总体吞吐量。然后根据所有并行数据流的吞吐量总和计算出通道的总吞吐量。

大规模多输入多输出波束成形

波束成形的目的是使用多个天线形成波束,提高 SINR,从而提高接收器的吞吐量。 Wireless InSite 目前支持两种波束成形方法:

  • 最大比率传输 (MRT):最大化(自适应)发送点和接收点之间的波束

  • 预编码表:允许用户定义表列波束,支持从预定义波束中进行选择的多种方法(编码本等)。

MRT 利用发射器和接收器天线之间的信道信息,为接收器形成最佳波束。 在实践中,这种技术通常用于时分复用(TDD)系统,在这种系统中,上行链路和下行链路共享同一频带,从而使接收器能够发送先导信号,基站可利用该信号自适应地形成最佳波束。

Wireless InSite 的预编码表更具通用性。 用户可以定义多组预定义波束成形权重,Wireless InSite 将评估不同的权重,并为每个接收点选择最强的波束。 这就模拟了一个拥有预定义波束(如编码本)的多输入多输出基站,并使用多种方法中的一种来确定特定信道的最佳波束。

SISO(无波束成形)+and+MIMO+MRT
与扇形喇叭(左)相比,大规模多输入多输出波束成形(右)显著提高了吞吐量



使用 S 参数建立相互耦合模型

许多多输入多输出(MIMO)技术依靠多径和天线之间的空间隔离来确保发射和接收天线元件对之间的许多信道是 "正交 "或不相关的。 然而,在实际系统中,天线之间的相互耦合会导致信道变得更加相关,从而降低 MIMO 空间多路复用的性能。 如右图所示,如果不对权重进行补偿,相互耦合也会影响波束成形。 Wireless InSite 可以通过导入 S 参数来捕捉这种影响,S 参数可以在全波天线仿真中测量或模拟。 在对分集、空间多路复用或波束成形进行多输入多输出后处理时,这些 S 参数会被应用到相互耦合的影响中,从而估算出这种耦合对多输入多输出通信系统计算结果的影响。

MIMO_BF_wMutualCoupling
举例说明,如果相互耦合足够强,且未在编码本加权系数中加以补偿,会如何降低 MIMO 波束成形的性能。

节省时间,降低成本。

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