一、引言

無線傳播特性是通信過程設(shè)計中的最基本因素。在移動通信技術(shù)領(lǐng)域，無線信道是通信系統(tǒng)設(shè)計、關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)制定的主要依據(jù)之一。無線通信系統(tǒng)所能提供的業(yè)務(wù)的可行性與質(zhì)量在很大程度上受到基站與移動用戶間信道特性的影響。一直以來，作為提高系統(tǒng)頻譜效率和傳輸可靠性的有效手段，MIMO技術(shù)被認(rèn)為是實現(xiàn)4G/5G 高速寬帶無線通信的關(guān)鍵技術(shù)之一。

Pathrrot X2 信道模擬器廣泛支持常用的信道模型，重點(diǎn)支持寬帶通信標(biāo)準(zhǔn)中提出的各種信道模型，為應(yīng)對4G/5G 信道仿真挑戰(zhàn)提供了強(qiáng)有力的測試手段。同時，該信道模擬器具有第三方模型接口，支持用戶自定義模型的加載，或提供定制模型開發(fā)，因此可以廣泛于民用和軍用移動通信、衛(wèi)星通信、衛(wèi)星導(dǎo)航、無人機(jī)和無人船等領(lǐng)域。

二、MIMO技術(shù)和移動通信

MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) 技術(shù)指在發(fā)射端和接收端分別使用多個發(fā)射天線和接收天線，使信號通過發(fā)射端與接收端的多個天線傳送和接收，從而改善通信質(zhì)量。它能充分利用空間資源，通過多個天線實現(xiàn)多發(fā)多收，在不增加頻譜資源和天線發(fā)射功率的情況下，可以成倍提高系統(tǒng)信道容量，被視為當(dāng)前移動通信的核心技術(shù)之一。

圖1：SISO--->MIMO--->Massive MIMO

MIMO技術(shù)廣泛應(yīng)用于各種無線通信標(biāo)準(zhǔn)中，包括WLAN/Wi-Fi、WiMAX、WCDMA、TD-SCDMA 和LTE/LTE-Advanced 等系統(tǒng)。不同的無線標(biāo)準(zhǔn)都制定了相應(yīng)的信道模型，3GPP、802.11、802.16 和未來的5G 系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化了一些信道模型，包括3GPP SCM 和SCME 等模型。MIMO模型和建模技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化仍在進(jìn)行中，新的模型還將被引入。

到了5G 時代，基站將配置數(shù)量非常大（通常幾十到幾百根，是現(xiàn)有系統(tǒng)天線數(shù)量的1~2 個數(shù)量級以上）的天線，在同一個時頻資源上同時服務(wù)若干個用戶，這就是5G 區(qū)別于現(xiàn)有移動通信系統(tǒng)的關(guān)鍵使能技術(shù)之一：大規(guī)模天線（Massive MIMO)。與現(xiàn)有的MIMO技術(shù)相比，大規(guī)模天線的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面: 第一，大規(guī)模MIMO的空間分辨率顯著增強(qiáng)，能深度挖掘空間維度資源，使得網(wǎng)絡(luò)中的多個用戶可以在同一時頻資源上利用大規(guī)模MIMO提供的空間自由度與基站同時進(jìn)行通信，從而在不需要增加基站密度和帶寬的條件下大幅度提高頻譜效率；第二，大規(guī)模MIMO可將波束集中在很窄的范圍內(nèi)，從而大幅度降低干擾；第三，大規(guī)模MIMO可大幅降低發(fā)射功率，從而提高功率效率；第四，當(dāng)天線數(shù)量足夠大時，最簡單的線性預(yù)編碼和線性檢測器趨于最優(yōu)，并且噪聲和不相關(guān)干擾都可忽略不計。

三、MIMO信道模擬器的應(yīng)用

無線傳播特性是通信過程設(shè)計中的最基本因素。細(xì)致地了解無線傳播環(huán)境，對成功開發(fā)和研究一個無線系統(tǒng)是非常必要的。無線通信工程師有必要掌握信道的特性，這樣才能設(shè)計出高質(zhì)量的無線通信系統(tǒng)。無線通信系統(tǒng)所能提供的業(yè)務(wù)的可行性與質(zhì)量在很大程度上受到基站與移動用戶間信道特性的影響。為了研究這些影響，就需要在一定傳播特性下進(jìn)行實驗。由于條件所限，不可能在設(shè)備研制的全過程都進(jìn)行現(xiàn)場實驗，信道模擬器就是為了滿足在室內(nèi)工作的條件下實現(xiàn)場外的無線信號衰落模擬而研制的新一代無線設(shè)備。

作為一種具有通用性質(zhì)的高端儀器，信道模擬器在產(chǎn)品研發(fā)、測試驗證及后續(xù)產(chǎn)業(yè)化過程中，有著舉足輕重的作用：第一，無線信道模擬器能夠為移動通信基站的概念樣機(jī)研發(fā)提供研發(fā)測試環(huán)境，為基站系統(tǒng)提供信道模擬設(shè)備；第二，無線信道模擬器產(chǎn)品也可以為移動終端或芯片的原型平臺研發(fā)提供實驗室測試和認(rèn)證支撐，能為終端和芯片的性能、穩(wěn)定性測試提供非常有效的手段；第三，信道模擬器是移動通信測試系統(tǒng)的重要組成部分，助力新一代通信技術(shù)的方案驗證和系統(tǒng)及組網(wǎng)驗證測試，支持重點(diǎn)頻段的兼容性測試。具體而言，信道模擬器適用于：

1) 無線設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的端到端性能測試。無需到外場真實環(huán)境路測，室內(nèi)構(gòu)建測試環(huán)境，真實模擬外場信道特性。

2) 無線設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的質(zhì)量測試。在實驗室環(huán)境中仿真實際無線信道條件的特性，充分體現(xiàn)信道對終端或基站設(shè)備收發(fā)性能的影響，為設(shè)備提升改進(jìn)增加參考指標(biāo)。

3) 無線信道模型算法驗證。增強(qiáng)最終用戶在最逼真的傳播環(huán)境中使用射頻衰落仿真器的體驗，為模型算法的驗證提供了良好的系統(tǒng)軟硬件平臺。

4) 無線信道特性仿真。包括路徑損耗、多徑衰落、時延擴(kuò)展、多普勒擴(kuò)展、極化，以及相關(guān)性和空間參數(shù)，這些對MIMO和多天線系統(tǒng)性能至關(guān)重要。

5) 干擾場景仿真?？商峁〢WGN 和單音干擾信號，仿真包含衰落的逼真干擾。

總之，信道模擬器的廣泛應(yīng)用，將推動信道建模與測試標(biāo)準(zhǔn)化，支撐通信技術(shù)、通信標(biāo)準(zhǔn)與產(chǎn)品的研發(fā)。

四、使用Pathrrot X2進(jìn)行信道仿真測試

Pathrrot X2 信道模擬器是創(chuàng)遠(yuǎn)儀器基于國家科技重大專項成果轉(zhuǎn)化的高端無線通信測量儀器，廣泛支持各類MIMO信道模型，具有模型豐富、射頻指標(biāo)優(yōu)異、用戶體驗友好等特點(diǎn)，適合于在實驗室條件下進(jìn)行各種外場環(huán)境的模擬測試。

圖2：測試系統(tǒng)搭建

產(chǎn)品優(yōu)勢：

采用圖形化用戶界面，支持全觸控，交互體驗優(yōu)異。

圖3：多徑配置界面

優(yōu)異的射頻性能?；趧?chuàng)遠(yuǎn)儀器已有多年技術(shù)積累的高性能通用儀表平臺研制，具備連續(xù)覆蓋的寬頻率范圍和大動態(tài)輸入輸出功率范圍。

支持Constant，Rayleigh，Rice等常規(guī)信道模型，以及各類復(fù)雜的4G/5G信道模型。

圖4：加載標(biāo)準(zhǔn)信道模型/用戶自定義模型

獨(dú)創(chuàng)專利技術(shù)，支持高動態(tài)雙向信號模擬。

圖5：雙向信號模擬

通道數(shù)靈活可配，既支持SISO，也支持多端口MIMO，滿足客戶的不同需求。

具有開放接口，支持自定義信道模型，便于用戶進(jìn)行二次開發(fā)。