一、引言

無線傳播特性是通信過程設計中的最基本因素。在移動通信技術領域，無線信道是通信系統設計、關鍵技術研發和標準制定的主要依據之一。無線通信系統所能提供的業務的可行性與質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，作為提高系統頻譜效率和傳輸可靠性的有效手段，MIMO技術被認為是實現4G/5G 高速寬帶無線通信的關鍵技術之一。

Pathrrot X2 信道模擬器廣泛支持常用的信道模型，重點支持寬帶通信標準中提出的各種信道模型，為應對4G/5G 信道仿真挑戰提供了強有力的測試手段。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，因此可以廣泛于民用和軍用移動通信、衛星通信、衛星導航、無人機和無人船等領域。

二、MIMO技術和移動通信

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

圖1：SISO--->MIMO--->Massive MIMO

MIMO技術廣泛應用于各種無線通信標準中，包括WLAN/Wi-Fi、WiMAX、WCDMA、TD-SCDMA 和LTE/LTE-Advanced 等系統。不同的無線標準都制定了相應的信道模型，3GPP、802.11、802.16 和未來的5G 系統標準化了一些信道模型，包括3GPP SCM 和SCME 等模型。MIMO模型和建模技術的標準化仍在進行中，新的模型還將被引入。

到了5G 時代，基站將配置數量非常大（通常幾十到幾百根，是現有系統天線數量的1~2 個數量級以上）的天線，在同一個時頻資源上同時服務若干個用戶，這就是5G 區別于現有移動通信系統的關鍵使能技術之一：大規模天線（Massive MIMO)。與現有的MIMO技術相比，大規模天線的優勢主要體現在以下幾個方面: 第一，大規模MIMO的空間分辨率顯著增強，能深度挖掘空間維度資源，使得網絡中的多個用戶可以在同一時頻資源上利用大規模MIMO提供的空間自由度與基站同時進行通信，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，大規模MIMO可將波束集中在很窄的范圍內，從而大幅度降低干擾；第三，大規模MIMO可大幅降低發射功率，從而提高功率效率；第四，當天線數量足夠大時，最簡單的線性預編碼和線性檢測器趨于最優，并且噪聲和不相關干擾都可忽略不計。

三、MIMO信道模擬器的應用

無線傳播特性是通信過程設計中的最基本因素。細致地了解無線傳播環境，對成功開發和研究一個無線系統是非常必要的。無線通信工程師有必要掌握信道的特性，這樣才能設計出高質量的無線通信系統。無線通信系統所能提供的業務的可行性與質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行實驗。由于條件所限，不可能在設備研制的全過程都進行現場實驗，信道模擬器就是為了滿足在室內工作的條件下實現場外的無線信號衰落模擬而研制的新一代無線設備。

作為一種具有通用性質的高端儀器，信道模擬器在產品研發、測試驗證及后續產業化過程中，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研發提供研發測試環境，為基站系統提供信道模擬設備；第二，無線信道模擬器產品也可以為移動終端或芯片的原型平臺研發提供實驗室測試和認證支撐，能為終端和芯片的性能、穩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的重要組成部分，助力新一代通信技術的方案驗證和系統及組網驗證測試，支持重點頻段的兼容性測試。具體而言，信道模擬器適用于：

1) 無線設備和網絡基礎設施的端到端性能測試。無需到外場真實環境路測，室內構建測試環境，真實模擬外場信道特性。

2) 無線設備和網絡基礎設施的質量測試。在實驗室環境中仿真實際無線信道條件的特性，充分體現信道對終端或基站設備收發性能的影響，為設備提升改進增加參考指標。

3) 無線信道模型算法驗證。增強最終用戶在最逼真的傳播環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、時延擴展、多普勒擴展、極化，以及相關性和空間參數，這些對MIMO和多天線系統性能至關重要。

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用，將推動信道建模與測試標準化，支撐通信技術、通信標準與產品的研發。

四、使用Pathrrot X2進行信道仿真測試

Pathrrot X2 信道模擬器是創遠儀器基于國家科技重大專項成果轉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、射頻指標優異、用戶體驗友好等特點，適合于在實驗室條件下進行各種外場環境的模擬測試。

圖2：測試系統搭建

產品優勢：

采用圖形化用戶界面，支持全觸控，交互體驗優異。

圖3：多徑配置界面

優異的射頻性能。基于創遠儀器已有多年技術積累的高性能通用儀表平臺研制，具備連續覆蓋的寬頻率范圍和大動態輸入輸出功率范圍。

支持Constant，Rayleigh，Rice等常規信道模型，以及各類復雜的4G/5G信道模型。

圖4：加載標準信道模型/用戶自定義模型

獨創專利技術，支持高動態雙向信號模擬。

圖5：雙向信號模擬

通道數靈活可配，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，便于用戶進行二次開發。