基于多通道寬帶示波器的MIMO射頻測(cè)試調(diào)試

多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)通過(guò)使用多個(gè)天線傳輸兩路或四路數(shù)據(jù)流，為單個(gè)用戶數(shù)據(jù)傳輸速率的提升提供了可能性。例如，此前有介紹LTE 的文章曾指出，64 QAM 2x2下行鏈路FDD MIMO和64 QAM 4x4下行鏈路FDD MIMO可分別提供高達(dá)172.8Mbps和326.4Mbps的峰值數(shù)據(jù)速率。但是，與單輸入單輸出（SISO）單個(gè)天線相比，實(shí)現(xiàn)雙通道或四通道MIMO將會(huì)增加復(fù)雜性，從而影響可能達(dá)到的峰值數(shù)據(jù)速率，而且硬件設(shè)計(jì)和實(shí)施方面的不利影響（例如天線串?dāng)_和定時(shí)誤差）有可能降低多天線技術(shù)可能帶來(lái)的性能增益。

　　另外，多天線技術(shù)的實(shí)現(xiàn)過(guò)于復(fù)雜，使得對(duì)硬件性能問(wèn)題進(jìn)行故障診斷和調(diào)試頗具難度；增加天線和數(shù)據(jù)流數(shù)量（從2x2 MIMO增加到4x4 MIMO）將進(jìn)一步增加調(diào)試的復(fù)雜程度。

　　本文主要討論天線串?dāng)_損害、相位噪聲和定時(shí)誤差對(duì)MIMO下行鏈路系統(tǒng)性能的影響，以及采用了時(shí)間相干多通道示波器和89600矢量信號(hào)分析儀（VSA）軟件的故障診斷技術(shù)，希望能夠幫助工程師深入了解誤差機(jī)制對(duì)硬件誤差矢量幅度（EVM）性能和系統(tǒng)級(jí)射頻發(fā)射機(jī)性能的影響。本文將以LTE作為研究對(duì)象，其概念也可應(yīng)用到其他信號(hào)格式中，例如 Mobile WiMAX。

　　LTE MIMO參考信號(hào)和EVM

　　LTE MIMO交叉生成一個(gè)貫穿頻域和時(shí)域的已知信號(hào)，稱為參考信號(hào)（RS）。該信號(hào)是恢復(fù)MIMO 信號(hào)的基礎(chǔ)，因?yàn)樗试S每個(gè)接收天線針對(duì)各個(gè)發(fā)射機(jī)建立一個(gè)信號(hào)參考。圖1顯示了如何將參考信號(hào)的各個(gè)符號(hào)分配到兩個(gè)天線下行鏈路信號(hào)的子載波中。

　　如圖所示，y軸表示參考信號(hào)的子載波分配（每六個(gè)子載波），x軸表示時(shí)間交叉。注意，從占用子載波和時(shí)間（符號(hào)）兩方面查看天線0和天線1之間參考信號(hào)的變化。

　　圖 1――兩個(gè)天線的下行鏈路參考符碼的正交結(jié)構(gòu)

　　誤差矢量幅度（EVM）是描述射頻發(fā)射機(jī)性能的重要系統(tǒng)指標(biāo)。通過(guò)對(duì)RS EVM和復(fù)合EVM 進(jìn)行比較，不僅可以幫助工程師深入了解發(fā)射機(jī)硬件設(shè)計(jì)減損，還能夠幫助診斷天線串?dāng)_、放大器增益壓縮失真、相位噪聲和其他誤差機(jī)制等特定減損。

　　下面的案例將闡明如何利用RS EVM和復(fù)合EVM 來(lái)深入了解可能會(huì)影響系統(tǒng)性能誤差的減損類型。該案例還將重點(diǎn)研究發(fā)射天線定時(shí)誤差對(duì)參考信號(hào)正交性的影響，并在解釋天線串?dāng)_、星座圖和EVM測(cè)量結(jié)果時(shí)，說(shuō)明如何考慮這種影響。

案例研究——MIMO下行鏈路射頻發(fā)射機(jī)測(cè)量

　　本案例研究中使用的四通道 MIMO 測(cè)試設(shè)置如圖 2 左側(cè)所示，它是由四個(gè)帶有任意波形發(fā)生器的安捷倫信號(hào)發(fā)生器和一個(gè)安捷倫四通道Infiniium 90000A系列示波器組成。如下所示，多通道示波器非常適合雙通道和四通道 的MIMO 測(cè)量，因?yàn)樗鼈兲峁r(shí)間相干多通道輸入、可測(cè)量射頻調(diào)制載波的寬帶寬，以及更深層的存儲(chǔ)器來(lái)分析多個(gè)數(shù)據(jù)幀，數(shù)據(jù)幀可通過(guò) Agilent 89600 矢量信號(hào)分析（VSA）軟件進(jìn)行解調(diào)。

　　使用VSA軟件和多通道寬帶示波器進(jìn)行基線四通道MIMO測(cè)量的結(jié)果如圖2右側(cè)所示。圖2左側(cè)顯示了兩層（共四層）空間多路復(fù)用數(shù)據(jù)的16 QAM 物理下行鏈路共享通道（PDSCH）星座圖（此處沒(méi)有顯示第2和第3層）。VSA顯視屏的右上方顯示了射頻頻譜圖，VSA顯視屏的右下方顯示了誤差匯總表。注意，基線測(cè)試案例的剩余復(fù)合EVM（VSA 顯示屏右下方）小于 0.8%，說(shuō)明0層和1層的星座圖狀態(tài)很清晰（VSA 顯示屏的左側(cè)）。