高效的MIMO OTA雙通道測(cè)試方法[圖]

摘要：現(xiàn)代的無線通信技術(shù)如LTE，HSPA+和WiMAX，都采用MIMO（多輸入/多輸出）技術(shù)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸速度的提高。相應(yīng)地，天線測(cè)試系統(tǒng)（OTA）也同樣需要升級(jí)到支持MIMO的測(cè)試模式。本文介紹了一種簡(jiǎn)單而且經(jīng)濟(jì)的測(cè)試方法來驗(yàn)證MIMO設(shè)備的OTA性能，包括各向同性靈敏度（EIS）和吞吐率。

1  MIMOOTA測(cè)量需要新的測(cè)量方法

高質(zhì)量的無線通信設(shè)備需要一個(gè)近似全向性的天線，OTA（天線性能測(cè)試）測(cè)試就是用來評(píng)估此天線的性能。如今，OTA測(cè)試是無線設(shè)備認(rèn)證測(cè)試時(shí)的一個(gè)重要測(cè)試項(xiàng)目：在暗室環(huán)境中，得到輻射發(fā)射功率和接收靈敏度的三維方向圖。目前，標(biāo)準(zhǔn)的OTA測(cè)試都是SISO模式（單輸入/單輸出），如主流的2G，3G和WLAN的802.11a，b，g等設(shè)備，其主要的測(cè)試指標(biāo)是TRP（總輻射功率）和TIS（總各向同性靈敏度），采用的標(biāo)準(zhǔn)是CTIA或3GPP系列。

而現(xiàn)在，MIMO技術(shù)得到大量的采用，目的是提高數(shù)據(jù)應(yīng)用時(shí)的網(wǎng)絡(luò)性能。由于采用空分復(fù)用技術(shù)，分配頻譜的信道容量得以顯著提高，但是新的傳輸技術(shù)也帶來了新的測(cè)試要求。

2×2MIMO有兩路下行數(shù)據(jù)流，因而UE（用戶設(shè)備）需要兩支接收天線，為了達(dá)到最好的性能，我們希望接收天線之間的相關(guān)性盡量小，方便各自同時(shí)接收不同的數(shù)據(jù)流。為了評(píng)估整體接收天線的性能，只是分別評(píng)估每支接收天線的性能是不夠的，MIMO設(shè)備的OTA性能測(cè)試需要在以下工作機(jī)制下進(jìn)行測(cè)量：

●發(fā)射分集工作模式（冗余數(shù)據(jù)流，提高接收靈敏度）。

●空分復(fù)用工作模式（多路數(shù)據(jù)流，提高吞吐量）。

LTE的調(diào)制解調(diào)器通常工作在室內(nèi)。客觀存在的多徑效應(yīng)，讓它從各個(gè)角度實(shí)現(xiàn)多路接收，因此在OTA測(cè)試時(shí)，也需要對(duì)它進(jìn)行全三維的分析評(píng)估，即球面的測(cè)量方法提供了與真實(shí)工作情況相似的條件。

2  高效的MIMOOTA測(cè)試方法：雙通道測(cè)試方案

2G和3G中SISO的OTA測(cè)試是強(qiáng)制的，通常我們希望原有的天線暗室就可以直接滿足SISO和MIMO的應(yīng)用，也希望現(xiàn)有的SISOOTA測(cè)試系統(tǒng)可以方便地升級(jí)到MIMOOTA的測(cè)試。羅德與施瓦茨的雙通道測(cè)試法可以方便地實(shí)現(xiàn)這樣的需求。

雙通道測(cè)量法是一種檢驗(yàn)MIMO設(shè)備OTA性能直接有效的方法。距離UE相同距離處，放置兩支雙極化、入射角可轉(zhuǎn)動(dòng)的測(cè)試天線，分別發(fā)射不同的MIMO下行信號(hào)。各種方位角和極化方式的組合，便可得到UE天線的總體特征。如圖1所示，OTA暗室內(nèi)包含4個(gè)角度定位裝置：角定位器，兩支測(cè)試天線：ANTDL1，ANTDL2，呈10°（模擬鄉(xiāng)村）或90°夾角分布（模擬城市）；以及一支通信天線：ANTUL；此外，暗室邊還有一個(gè)射頻接入板可允許5路射頻通道連接到暗室內(nèi)的天線；外部設(shè)備包括基站模擬器（R&SCMW500）和一個(gè)開關(guān)矩陣（R&SOSP130）。

圖1　支持雙通道法的MIMO OTA測(cè)試系統(tǒng)TS8991方框圖

雙通道測(cè)試法也可以用來驗(yàn)證方向圖和負(fù)載阻抗可隨環(huán)境自適應(yīng)變化的智能天線。由于在測(cè)試過程中無需任何輔助射頻電纜連接到測(cè)試天線的端口，因此可以確保EUT天線的阻抗特征與實(shí)際使用情況完全一致。

3  傳導(dǎo)和輻射測(cè)試的結(jié)果

實(shí)際上，具有一定方向圖的接收天線模塊可看成是一個(gè)附加的相關(guān)組件，通常它會(huì)增加接收機(jī)輸入端數(shù)據(jù)流的相關(guān)性，因此會(huì)影響整個(gè)MIMO接收的性能。所以，我們希望的理想MIMO天線不會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)流的相關(guān)性帶來任何附加的影響。

為了表征設(shè)備的整體MIMO性能，需要模擬不同的環(huán)境衰落場(chǎng)景，而且在每種場(chǎng)景中模擬出不同的方向特性?，F(xiàn)實(shí)環(huán)境中會(huì)有各種的入射角和極化場(chǎng)景的不同分布。要表征天線的相關(guān)性，理論上，只需選用兩個(gè)通道各自代表不同的方向角和極化方向，選取適當(dāng)?shù)臏y(cè)試參數(shù)集便可完全地描述出接收天線的輻射特性。

然而，用戶設(shè)備的接收特性不只取決于天線系統(tǒng)的特性，還與本身的接收機(jī)模塊性能有關(guān)。因此，我們建議將整個(gè)MIMO測(cè)試分為兩個(gè)獨(dú)立的測(cè)量步驟：傳導(dǎo)測(cè)試和輻射測(cè)試。

傳導(dǎo)測(cè)試是3GPP強(qiáng)制性認(rèn)證的一部分，即我們常說的衰落測(cè)試。這部分測(cè)試的目的是驗(yàn)證UE接收機(jī)在通信信道參數(shù)動(dòng)態(tài)變化時(shí)的性能。

而本文主要關(guān)注的是輻射測(cè)試，即雙通道法OTA測(cè)試，是用來檢驗(yàn)UE接收天線的相關(guān)性。輻射測(cè)試（OTA）與傳導(dǎo)測(cè)試互為補(bǔ)充，這樣大大降低了測(cè)試的復(fù)雜度。與一套完整的多徑傳播場(chǎng)景系統(tǒng)相比，大大降低了測(cè)試成本。傳導(dǎo)和輻射測(cè)量時(shí)的基站模擬器需要設(shè)置在相同的信令狀態(tài)。