如何快速準(zhǔn)確的仿真多天線環(huán)境

本文在介紹CATR聯(lián)合CMCC進(jìn)行的TD-LTE實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的基礎(chǔ)上，著重介紹復(fù)雜信道模型的模擬。思博倫新一代信道模擬器VR5-HD充分考慮了目前和未來(lái)的需求，支持所有TD-LTE，及LTE-A的測(cè)試，真實(shí)的模擬無(wú)線信道環(huán)境，使用方便，連接簡(jiǎn)單，重點(diǎn)介紹其對(duì)本次測(cè)試的支持情況。

　　TD-LTE多天線測(cè)試

　　1.1 MIMO and beamforming

　　MIMO，即多輸入多輸出，因?yàn)榭梢猿杀兜奶岣呦到y(tǒng)容量，成為L(zhǎng)TE的指定技術(shù)之一。另一方面，TD-LTE具有天然的上下行信道對(duì)稱(chēng)性，可以利用多天線來(lái)實(shí)現(xiàn)beamforming，從而提高增益，降低干擾。事實(shí)上，在TDD的3G階段，TD-SCDMA即充分利用上下行信道的對(duì)稱(chēng)性實(shí)現(xiàn)beamforming。TD-LTE創(chuàng)新的提出了雙流beamforming，即MIMO+beamforming技術(shù)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)提高容量和降低干擾提高增益，是TD-LTE的最顯著的特點(diǎn)。

　　上下行信道對(duì)稱(chēng)性又叫信道互易性，在測(cè)試beamforming時(shí)，必須滿足天線的互易性。

　　天線

　　TD-LTE基站有兩種天線配置，一種是兩天線，即2*2MIMO，該配置只使用MIMO技術(shù)，不使用beamforming技術(shù)，主要應(yīng)用在室內(nèi)及微蜂窩場(chǎng)景;另一種是8 天線，即8*2MIMO，該配置將8天線分為兩組，每組包括4天線，組內(nèi)使用beamforming，組間使用MIMO發(fā)送雙流。這就是雙流 beamforming。8天線配置是將來(lái)的主要方向，也是我們測(cè)試的主要內(nèi)容。

　　8天線帶來(lái)一個(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)樘炀€各天線平行放置，且有一定的間隔，使得天線的尺寸較大，不易于工程使用。所以從3G開(kāi)始，都使用+-45°的雙極化天線，尺寸約縮小了一半，大大增強(qiáng)了實(shí)際可用性。同時(shí)，雙極化天線因?yàn)閮山M天線的相關(guān)性天然降低，有利于提高M(jìn)IMO容量。

　　圖1 TD-LTE應(yīng)用的雙極化8天線

　　CMCC還要求使用方向性天線，進(jìn)一步提高天線覆蓋的效率。

　　在模擬無(wú)線信道環(huán)境時(shí)，必須模擬天線的極化及方向性，否則造成信道模型及輸出功率不正確。

　　多天線無(wú)線信道環(huán)境仿真

　　因?yàn)榭煽匦?、可重?fù)性、可對(duì)比等特征，實(shí)驗(yàn)室評(píng)估測(cè)試越來(lái)越受到重視，有著實(shí)際外場(chǎng)測(cè)試不可替代的優(yōu)點(diǎn)，成為在外場(chǎng)驗(yàn)證之前必不可少的關(guān)鍵一步。那么在實(shí)驗(yàn)室模擬真實(shí)的無(wú)線環(huán)境就成為一個(gè)課題，即如何在實(shí)驗(yàn)室真實(shí)、快速的仿真無(wú)線信道環(huán)境，從而在實(shí)驗(yàn)室構(gòu)造完整的測(cè)試環(huán)境，驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或終端。

　　TD-LTE要求8通道的互易信道，對(duì)系統(tǒng)集成度提出了更高要求;多天線技術(shù)特有的信道模型均要求更優(yōu)的信道模擬器的可靠性和真實(shí)性;同時(shí)由于測(cè)試復(fù)雜，周期長(zhǎng)，希望使用方便，實(shí)時(shí)處理，實(shí)時(shí)仿真。

　　思博倫作為90年代即推出信道模擬器的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，不僅提供經(jīng)濟(jì)的方案，最新一代高集成度信道模擬器提供了最領(lǐng)先且易用的方案?？蓪?shí)時(shí)模擬所有要求的信道模型，內(nèi)置功率計(jì)，方便的GUI，簡(jiǎn)單的連接，從而快速準(zhǔn)確的進(jìn)行測(cè)試。TD-LTE研發(fā)技術(shù)試驗(yàn)的要求

　　研發(fā)技術(shù)試驗(yàn)包括兩類(lèi)測(cè)試。一類(lèi)是上行解調(diào)測(cè)試，主要是驗(yàn)證基站在指定的信道環(huán)境下接收機(jī)的解調(diào)性能，要求得到在不同吞吐量下的信噪比，對(duì)接收機(jī)性能做出評(píng)估和比對(duì)。

　　圖2 上行解調(diào)測(cè)試結(jié)構(gòu)圖-SR5500M

　　另一類(lèi)是雙向測(cè)試，主要驗(yàn)證MIMO，MIMO加beamforming的在不同信道環(huán)境下雙向測(cè)試，要求畫(huà)出吞吐量與信噪比的曲線，對(duì)整體性能做出評(píng)估和比對(duì)。

　　圖3 雙向8*2測(cè)試結(jié)構(gòu)圖-VR5-HD

　　從以上測(cè)試要求可以看到，信道衰落環(huán)境仿真起著至關(guān)重要的作用，要求信道模型真實(shí)，噪聲電平、輸出功率等精確易控，設(shè)備可靠，同時(shí)因?yàn)榄h(huán)境復(fù)雜，要求信道模擬器連接盡量簡(jiǎn)單，操作方便，測(cè)試效率高等。

　　2.1 硬件基本要求

　　在上行解調(diào)的測(cè)試中，要求單向8通道的測(cè)試能力，無(wú)需外部設(shè)備或衰減器。

　　在雙向測(cè)試中，要求雙向8通道的測(cè)試能力，無(wú)需外部設(shè)備或衰減器，相位校準(zhǔn)方便、精度高、校準(zhǔn)周期盡量長(zhǎng)等。

　　輸入輸出應(yīng)具備實(shí)時(shí)功率計(jì)，并支持實(shí)時(shí)的脈沖模式測(cè)量以滿足TD-LTE的要求，實(shí)時(shí)觀察各端口功率。

　　儀表具有良好的可靠性，各端口具備過(guò)載功率保護(hù)措施，不易損壞。

　　儀表的維修和校準(zhǔn)應(yīng)該在本地，在出現(xiàn)異常情況能快速處理并恢復(fù)。

　　功能要求

　　支持所有信道模型：支持基于幾何地理的SCME模型和IMT-A M.2135規(guī)定的信道模型。

　　信道模型必須是基于幾何地理方法的，不能用基于相關(guān)矩陣的信道模型來(lái)近似。

　　支持天線極化和天線方向性的設(shè)置。

　　儀表的功率精確，保證輸出的信噪比精確，對(duì)測(cè)試結(jié)果的評(píng)估至關(guān)重要。

　　儀表具備較高的動(dòng)態(tài)范圍，測(cè)試要求的信噪比及噪聲功率需要覆蓋非常寬的范圍，要求儀表的動(dòng)態(tài)范圍盡可能大，這樣保證可以滿足最低和最高的功率要求，找到設(shè)備的臨界點(diǎn)。

　　思博倫先進(jìn)信道模擬解決方案