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          如何利用信道仿真器全面測試LTE系統(tǒng)?

          作者: 時間:2012-09-12 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          如今專注于拉動市場增長的一個大應(yīng)用將用戶、手機(jī)制造商、應(yīng)用開發(fā)商和服務(wù)提供商的目光全部吸引,如今手機(jī)行業(yè)的關(guān)注重點也已經(jīng)從最初的“最少掉線”轉(zhuǎn)移到了“最快網(wǎng)絡(luò)”上,而數(shù)據(jù)傳輸是這種需求增長的來源。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/193260.htm

          移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在短短的幾年時間內(nèi),從開始時的緩慢不堪以致無法正常使用,發(fā)展到今天好用度趕上了Wi-Fi。隨著消費者和商業(yè)應(yīng)用開發(fā)者急于找到能利用改進(jìn)的移動數(shù)據(jù)服務(wù)所需的方法,為了支持這種需求,技術(shù)專家也在不斷的努力提供更新、更快、更為強(qiáng)大的寬帶無線網(wǎng)絡(luò)。

          由于容量受限,為了維持現(xiàn)有的無線網(wǎng)絡(luò)的增長,其網(wǎng)絡(luò)就需要具備很多特性,例如平順、全I(xiàn)P(因特網(wǎng)協(xié)議)架構(gòu)、更大的容量、每比特更低的成本、更快的連接、更短的延遲、提高的視頻能力等。制造商和服務(wù)供應(yīng)商隨著數(shù)據(jù)服務(wù)的持續(xù)爆炸性增長,他們怎樣才能確保新設(shè)備和新應(yīng)用能夠提供用戶所期望的質(zhì)量、吞吐量和性能呢?

          為了使得這些日益復(fù)雜的設(shè)備能夠正常工作,并且使這些要求很高的應(yīng)用得以實施,幾家領(lǐng)先的行業(yè)組織目前正在制定推動4G寬帶無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),這其中包括有稱為長期演進(jìn)()和802.16e-2005或移動WiMAX。都采用正交頻分多址(OFDMA)和多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)是和移動WiMAX的共同特性。在本質(zhì)上講,OFDMA和MIMO能以更小帶寬提供更高水平的數(shù)據(jù)傳輸能力。

          對空中接口(在發(fā)射器和接收器之間射頻信號的物理路徑) 的影響而言,OFDMA和MIMO系統(tǒng)可提升射頻發(fā)射器和接收器的整體性能。無線電信道會受到多方面的影響,比如信號延遲、衰減和障礙物等。這些因素既可能結(jié)合起來改善信號傳輸條件、也可能損壞所傳輸?shù)男盘?,即它們可對整體信道吞吐量/數(shù)據(jù)速率產(chǎn)生正反兩方面影響。

          MIMO 系統(tǒng)利用多個發(fā)送和接收數(shù)據(jù)路徑以顯著增加吞吐量、擴(kuò)大鏈接覆蓋范圍而無需額外帶寬或增加發(fā)射功率。可以采用幾種不同技術(shù)實現(xiàn)MIMO,包括空間復(fù)用、自適應(yīng)天線系統(tǒng)(AAS)、空時編碼(STC)和最大比合并(MRC)。

          OFDMA 是一種魯棒的數(shù)字調(diào)制機(jī)制,能提高整體頻譜效率。為減少多徑干擾,它采用更少的每載波符號率,但它也使用多個載波來增加數(shù)據(jù)速率。OFDMA是在若干載波上同時傳輸多個符號,而不是在一個時間內(nèi)傳送一個符號。副載波分布于多個頻率,且是“正交”的,從而避免相鄰副載波造成的任何干擾。

          空間復(fù)用一般通過增加系統(tǒng)的容量來改善性能。AAS通過把信號功率指向用戶或使干擾源的影響為零來擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍。STC(分集發(fā)射)和MRC(分集接收)分別發(fā)送和接收相同用戶數(shù)據(jù)的多個副本,以避免衰減等損害。

          傳統(tǒng)方法及限制

          隨著復(fù)雜和專門的新硬件和新軟件的推出,的挑戰(zhàn)在增加。工具是已發(fā)生根本改變的一個領(lǐng)域,特別是用于驗證新一代射頻發(fā)射和接收器測試的工具發(fā)生了翻天覆地的變化。有三種方法可用以測試發(fā)射器和接收器的性能:直接電纜連接、空中測試、借助信道的連接,如圖1所示。

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          圖1:用以測試發(fā)射器和接收器的性能的三種方法。

          射頻測試傳統(tǒng)上一直是先在實驗室進(jìn)行,然后再進(jìn)行空間定點測試以及現(xiàn)場測試。通常,測試射頻電路的第一步是用射頻電纜和連接器將射頻發(fā)射器與接收器直接連接起來。雖然這種測試配置形態(tài)允許以一種受控和可重復(fù)的方法測試發(fā)射器和接收器的性能,但它是一種理想化、非真實的場景。

          以電纜為基礎(chǔ)的測試無法滿足模擬當(dāng)信號在空間傳輸以及無線設(shè)備在運動中所處的真實世界動態(tài)條件下所需的更復(fù)雜的測試要求。由于MIMO技術(shù)依賴真實世界行為以提高操作性能,所以在一些測試情況下,實驗室/以電纜為基礎(chǔ)的測試是無效,在許多其它測試中也是不適當(dāng)?shù)摹?/p>

          空中(OTA)測試是指對將射頻信號通過空間傳播到一個物理上的遠(yuǎn)程接收器這一過程進(jìn)行的測試,它能提供一定程度的性能測量,但無法提供一致的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。OTA試驗一般是在大房間或野外進(jìn)行,其條件并不完全可控或可重復(fù),從而導(dǎo)致不同的測試有不同的結(jié)果。力圖在多種噪聲和不同干擾的現(xiàn)場條件下搭建數(shù)百個復(fù)雜的測試環(huán)境的努力是一項既耗時又費錢的工作。

          先進(jìn)的4G測試:信道仿真

          和移動WiMAX技術(shù)的推出,尤其是其OFDMA和MIMO特征,需要先進(jìn)的測試能力和工具以確保產(chǎn)品設(shè)計滿足或超過3GPP/802.16e的性能預(yù)期?;贛IMO 和OFDMA的4G技術(shù)的復(fù)雜物理層和開放接入要求,也對無線性能/接口質(zhì)量提出了更高要求,從而使4G測試比以往更復(fù)雜。

          為彌補實驗室和OTA測試之間的差異,通常采用信道以精確地表征在實驗室環(huán)境下、基于MIMO和OFDMA的系統(tǒng)的多信道射頻交互對一致性、性能和互操作性方面的影響。

          利用復(fù)雜信道模型和多個可編程參數(shù),信道以可控和可重復(fù)的方式復(fù)制再現(xiàn)了真實世界的信道傳播條件,從而支持廠商和服務(wù)提供商能在真實世界條件下測試設(shè)備,進(jìn)而把在“真實”世界中進(jìn)行測試所花的時間和費用降至最低。

          通過在實驗室中重現(xiàn)真實世界的信道條件,基站和移動設(shè)備的信道仿真測試過程可得以大大簡化、效率可得以顯著提升。信道仿真是有效測試LTE、移動WiMAX或任何基于MIMO系統(tǒng)的關(guān)鍵。從最初的研究和設(shè)計、到系統(tǒng)集成、質(zhì)量保證甚至認(rèn)證和競爭性基準(zhǔn)測試等環(huán)節(jié),都需要信道仿真。使用信道仿真器,射頻設(shè)計和性能可被驗證、測試覆蓋范圍可被擴(kuò)充、測試次數(shù)可被減少、還可在相對短的時間內(nèi)將更高質(zhì)量的產(chǎn)品推向市場。

          合適的信道仿真器

          為滿足最新和新興的移動無線技術(shù)的測試需求,評估為這些工作所選的信道仿真器是否滿足對一致性、功能、性能和互操作性等測試的多樣化需求就是至關(guān)重要的。如上所述,最新的無線寬帶技術(shù)采用了OFDMA,它在最高可達(dá)64態(tài)正交調(diào)幅(64QAM)的高階調(diào)制上進(jìn)行傳輸,此外還采用了利用多天線的MIMO技術(shù)。

          因此,信道仿真器需要具有射頻保真和可擴(kuò)展能力以處理和測試這些功能。下面所列的若干項,是工程師在為測試設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)選擇信道仿真器時應(yīng)著力考察的一些關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)和能力。圖2展示了采用信道仿真器進(jìn)行測試的例子。借助全雙向MIMO信道,eNodeB可以連接到多臺用戶設(shè)備(UE)。該信道仿真環(huán)境可為每個用戶都提供一個不同路徑,且同時提供了在下行和上行都帶衰減的現(xiàn)實世界場景。下面給出了該信道仿真環(huán)境具有的特性。

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          圖2:采用信道仿真器進(jìn)行測試的例子。

          可擴(kuò)展性/多信道:最多4×4結(jié)構(gòu)以支持空間復(fù)用、空時編碼/最大比合并及波束成形。靈活的配置:包括配置用于吞吐量和切換型測試的點對點和點對多點、單向和雙向的能力。雙向:時分雙工(TDD)、頻分雙工(FDD)、波束成形等,都需要現(xiàn)實世界的上行和下行兩個方向。高的射頻保真能力:不會妨礙測試的足夠?qū)挼恼`差向量幅度 (EVM)、本底噪聲和動態(tài)功率范圍。信道模型:為測試各種場景,需要標(biāo)準(zhǔn)和用戶自定義信道模型。實時動態(tài)信道建模:長的模型重復(fù)和回放時間。控制和自動化:基于圖形用戶界面(GUI)和腳本的仿真控制,以構(gòu)建測試自動化。易于使用:簡單的設(shè)置、配置和測試執(zhí)行以及測試結(jié)果的收集,以支持獨立或集成測試。

          本文小結(jié)

          能夠滿足為確保網(wǎng)絡(luò)互操作性和性能進(jìn)行更深入廣泛測試的需求,其功勞都?xì)w功于采用了MIMO和OFDMA技術(shù)的LTE和移動WiMAX等復(fù)雜的寬帶無線技術(shù)價值用戶對新推出的移動寬帶服務(wù)的高度期待。測試設(shè)備采用信道仿真器利用重構(gòu)的現(xiàn)實世界信道條件,使得更全面測試實施的極大簡化。

          為了測試射頻和MIMO算法是否工作正常,通過提供一種廣泛并且具成本效益的解決方案實現(xiàn),并預(yù)測在現(xiàn)實世界環(huán)境下基于 MIMO技術(shù)的產(chǎn)品的性能,實驗室控制的信道仿真可以準(zhǔn)確地表征設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的無線交互對一致性、性能、以及互操作性的影響。制造商只有通過了這樣全面的測試之后,才能確保新的、數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用和設(shè)備在4G移動網(wǎng)絡(luò)中能成功發(fā)揮作用。



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