什么是MIMO（多输入多输出），以及MIMO的分类和测试

Posted 2021-09-10 虹科卫星与无线通信事业部

随着5G的普及，将用于下一代5G无线网络的技术也在不断进行变革，但在这些技术能够被广泛应用之前，需要对网络和管理方法进行研究和开发来使它们的实现成为可能。

目前，小型蜂窝、毫米波和大规模多输入多输出（MIMO）系统被认为是领先的技术之一，相应的，网络架构师也就需要了解MIMO的全面基础架构设计要求以及这些多路径网络所需的灵活和可定制的信号测试解决方案。同时无线连接的快速增长、客户驱动的功能增强以及未来5G世界中更高速度数据速率的必要性结合，都将需要对基础设施进行大规模的改进。

小型蜂窝

小型蜂窝是缩小了尺寸、范围和基础设施的基站，这是向人口稠密的无线服务站迈出的第一步，小型蜂窝有两种主要类型，包括硬连线小型蜂窝和网状网络小型蜂窝。

硬连线小型蜂窝是通过光纤或铜缆连接到已建立基础设施的回程网络，它们提供了快速的连接并且限制为零干扰，但是价格昂贵并且部署时间很长。网状网络小型蜂窝提供的接入点成本较低，易于部署，但范围有限，并且容易受到干扰和延迟问题的困扰。因此，需要用低成本和低等待时间的基础结构来增强该架构，以弥合大面积和低吞吐量宏蜂窝与目标、高吞吐量小型蜂窝之间的差距。

响应即将到来的5G期望，毫米波和大规模MIMO解决方案的发展表明，未来小型蜂窝网络的发展将包括更先进的技术和异构网络方法。
 

毫米波 MIMO

由于在6 GHz以下频率中存在带宽限制，提供商需要将通信频谱扩展到毫米波技术中以在短距离内提供高水平的吞吐量。

利用超过6 GHz的频率的缺点是信号的大气衰减增加，导致工作范围更短，并且成本效益高的硬件解决方案的可用性受到限制，使用多个节点和路径进行无线路由和切换的工程也非常复杂。尽管如此，毫米波技术确实能够以较低的功耗提供更高的数据速率，以更低的延迟提供更高质量的连接，并能够覆盖传统的小型蜂窝或宏蜂窝无法提供的吞吐量或带宽的区域，主要的网络提供商已经开始研究大规模安装基于毫米波MIMO的微蜂窝，从而为5G基础设施奠定基础。
 

大规模MIMO

大规模多输入多输出（MIMO）可以大幅提高频谱效率，或在较小的带宽内进行更多并发传输，这也是5G的主要要求。大规模MIMO接入点配备了数百个天线，这样可以将效率提高近一百倍，而无需在整个高流量区域建立独立的基站。

当前，正在利用的多用户MIMO（MU-MIMO）与将多个天线流定向到单个设备的单用户MIMO相比，它可以将多个数据流传输到多个设备。MU-MIMO具有使用线性处理技术、实现简单的优势，并且可以消除不相关的噪声和小规模衰落的影响。然而随着大规模MIMO系统复杂性的增加，互连、天线、RF和信号处理硬件的数量大大增加，可能会禁止在成本和基础设施不合理的某些地区使用它。MIMO利用多路径方案，对每个路径的测试通常需要数字衰减来调整信号幅度，并进行RF切换以允许在发送和接收路径之间来回切换。

5G开发的共同目标是使MIMO和其他技术的测试尽可能简单、低成本。在评估便携式测试设备时，寻找可提供各种频率范围和性能水平的供应商以满足需求是非常重要的，所提供的设备还应该提供易于安装和使用的GUI，并具有直接从PC或自供电的USB集线器直接操作多个设备的能力，从而可以有效地动态创建自动测试设备（ATE）。
 

解决方案

虹科的USB便携式测试设备HK-DS系列产品使5G系统设计工程师可以对各种测试条件进行编程，虹科HK-DS可编程射频信号源，可编程数字衰减器，RF开关，放大器和移相器已经被用于多径切换和衰落场景测试，正在全球范围内的实验室和现场进行灵活灵活的MIMO测试。

虹科迷你信号发生器使用户能够快速方便地产生高质量的射频/微波信号。OLED显示屏和接口按钮允许频率选择、衰减器控制和射频输出开/关。射频输出包括7个倍频程，从25到6000MHz/12GHz/22GHz，具体取决于型号。射频输出的最终步长根据工作频段的不同从最大3kHz到小于20Hz不等。这种合成源有自己的内部精度10MHz TCXO振荡器，如果需要的话，也可以接受外部参考信号。
虹科PRO版本迷你信号源提供了一个多频带RF输出端口，谐波滤波，可选的18GHz输入功率计以及比标准HK-SG30000L更强大的输出电平控制。可通过SCPI命令或前面板接口进行完全编程，从而比任何竞争产品都更加灵活。借助全新的低相位噪声合成器，HK-SG30000PRO面向C，X，Ku，K和Ka频段开发、测试对相位噪声敏感的应用。

与同类产品中的其他信号发生器不同，PRO系列允许通过轻量级windows应用程序或SCPI串行命令进行独立控制和PC USB远程控制，用户无需进行配置或用户手册就可以很容易地产生微波信号。独立的OLED显示屏和界面按钮允许频率选择、衰减器控制和射频输出控制，同时所有设置都可以保存为开机默认值，以增加便利性。

• 更宽的频率范围：高达30GHz
• 谐波滤波：典型值（-30dBc）
• 显著降低相位噪声：
• 6GHz：-95dBc@10KHz
• 较小的频率步长：2Hz
• 优化的功率级控制分辨率和范围
• USB供电和控制
• 简单的以太网连接
• 10MHz TCXO和100MHz VCXO，带外部参考输入/输出