在Wireless Insite 仿真中实现MIMO 波束赋形，空间复用，天线分集等技术

Wireless InSite 支持运用下列常见的MIMO技术 :

• Antenna diversity
• Spatial multiplexing
• Beamforming

比较一组有4个RX天线的MIMO接收端运用不同的天线分集的信噪比差异，红色曲线代表使用Selection combining配置，可以减少衰减并适度改善信噪比，equal gain combining（橘色曲线）maximal ratio combining(绿色曲线)都增加了几个dB的信噪比。

 

天线分集

藉由利用彼此距離半個波長或更遠的不同天線單元接收到信號的差異，天線分集技術可以降低衰減使得接受器更可靠，Wireless InSite 支援接收器分集方法:

• Selection Combining : 選用來自有最优信噪比之接收信號的天線的信號。
• Equal Gain Combining: 加總每一隻接收天線的接收信號電壓值。
• Maximum Ratio Combining: 对每个信道施加权重值来对齐个别天线电压信号的相位差同时经由基于信噪比做归一化来增强信号较弱的通道来调节幅值。

在发射器端，分集技术使用发射器天线单元的预编码来改善信号传输，降低接收信号相关(correlated)的机会,改善接收端天线分集的效益，Wireless Insite透过让用户自定义预编码的码表(Precoding table)来支持发射端分集技术，用户可以视需要不受限的自定义包含Alamouti code以及pseudo code等编码。
当发射以及接收两端的分集技术选项都被启用的时候，Wireless Insite会同时运用这两者来合并信号，对从发射端到每一个接受点的信号串流数据的接收做改善。

空间复用
数学模型上Wireless Insite使用奇异值分解法(Singular Value Decomposition ,SVD)实现空间分集，SVD方法经由掌握发射/接收天线之间的信道差异来建立多个独立的数据流，在这些平行的数据流上输送资料来增加吞吐量。
SVD方法会把信道分解成数量小于发射/接收天线数量的多个数据流，比方说对一组2x2或4x2的MIMO天线阵列收发组合，SVD可以产生2条独立的数据流，在一个4个发射天线对4个接收天线的收发组合，SVD可以产生4条数据流，技术上可能将吞吐量增为4倍。
在实务上，真实的吞吐量会由每一个数据流的信号与干扰加噪声比（SINR）有多高来决定，Wireless Insite 运用SVD技术将能量分开到每一支数据流并分别计算SINR，所以可以先预测每一支数据流的吞吐量然后再计算所有数据流的吞吐量之和。
 
波束成形
波束成形技术的目的是运用多个天线单元合成一支信号波束，借由提高SINR来提升到接收端的吞吐量，目前Wireless Insite支持两种波束成形方式：

• Maximum Ratio Transmission (MRT): 将TX点到RX点之间的波束强度以自适应的方式提升
• Precoding Tables: 用户可以自定义一个波束构成列表，Wireless Insite 支持用户使用码本等方法定义波束然后在仿真时从预定义的波束选择。

MRT方法使用发射/接收天线之间的信息来建立指向接收端的优化波束，而实务上这种技术通常用在时分双工(TDD)系统，上行链路和下行链路会使用同一频带，所以接收端可以先送一个引航信号(pilot signal)到基站，引导基站产生一支适应环境的优化波束。
Wireless Insite 支持用户建立预编码表单则是一种更通用也更有弹性的方法，用户可以预定义多组波束成形的权重值，Wireless Insite会将之纳入计算，并且选择可以到达每个接收端的最强波束，这可以用来仿真一个能提供多种预定义的波束的基站透过多种方法来决定提供给目标信道的波束。

用单天线建立发射接收链接的吞吐量(左图)，使用的波束成形技术的Massive MIMO 通信系统之吞吐量(右图)的比较

 

波束成形与接收端分集方法的结合

波束成形技术的主要用途是最大化传递到理论上用户的设备所在的接受点的信号功率，当用户设备有多个接收天线时，Wireless Insite可以将发射端的波束成形技术和接收端的天线分集技术结合起来，进一步改善SINR，在仿真中建立信号强度优化的数据流，并提供后续吞吐量以及误码率等分析所需的输出。