無線MIMO測試開發(fā)策略

圖3 EVM星座圖提供潛在MIMO系統(tǒng)問題的示意圖，這些問題包括噪聲（模糊的圓點(diǎn)），I/O不平衡（偏移的圓點(diǎn)）和相位噪聲（圓點(diǎn)變成了圓環(huán)）

這樣的顏色定義的圖表讓發(fā)射信號(hào)問題的定位十分簡單。例如，紅色或藍(lán)色的子載波星座點(diǎn)如果從理想的白色點(diǎn)偏移就表示I/Q不平衡，而星座點(diǎn)出現(xiàn)模糊則表示傳輸信號(hào)有噪聲，星座點(diǎn)呈現(xiàn)圓環(huán)狀則意味著過多的相位噪聲。

與更為常見的X-Y坐標(biāo)圖一起，信道的一系列測量顯示了MIMO系統(tǒng)中相對(duì)子載波的標(biāo)圖矩陣和信號(hào)矩陣的健康程度。圖4中對(duì)信道翻轉(zhuǎn)和符號(hào)傳輸?shù)南到y(tǒng)能力的測量，可以用來確定MIMO系統(tǒng)中各個(gè)信號(hào)流的正交性。通過傳輸反轉(zhuǎn)的符號(hào)，系統(tǒng)的覆蓋性可以得到分析，通過傳輸并行的符號(hào)，系統(tǒng)吞吐量可以得到評(píng)估。

圖4 X-Y圖示表明了MIMO信道子載波的正交性，標(biāo)示了子載波的情況

信道響應(yīng)測量顯示了子載波的平坦度，這是子載波。例如一個(gè)IEEE 802.16e OFDM信道上的測量（如圖5所示），綠色的軌跡顯示了信號(hào)從第一個(gè)發(fā)射機(jī)（Tx0）到第一個(gè)接收機(jī)（Rx0）的功率；上面的紅色軌跡顯示了信號(hào)從第二個(gè)發(fā)射機(jī)（Tx1）到第二個(gè)接收機(jī)（Rx1）的功率；藍(lán)色軌跡顯示了信號(hào)從第一個(gè)發(fā)射機(jī)（Tx0）到第二個(gè)接收機(jī)（Rx1）的功率；下面的紅色軌跡顯示了信號(hào)從第二個(gè)發(fā)射機(jī)（Tx1）到第一個(gè)接收機(jī)（Rx0）的功率。對(duì)應(yīng)子載波的功率電平指出了信道平坦度，主要信號(hào)和間接信號(hào)的區(qū)別顯示了信道隔離（圖例中小于40dB）。這些測量通過直接將發(fā)射機(jī)和接收機(jī)用同軸電纜連接來進(jìn)行。

圖5通過直接連接MIMO的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，可評(píng)估信道平坦度和信道隔離度，示例中為一個(gè)2×2 MIMO系統(tǒng)

一系列針對(duì)時(shí)域和頻域的測量可以顯示出MIMO性能在不同的情況下會(huì)改變。例如，對(duì)應(yīng)OFDM符號(hào)時(shí)間的EVM測量可以指出隨著時(shí)間變化的干擾問題或性能變化。對(duì)應(yīng)子載波的EVM測量可以用來分析帶內(nèi)噪聲效應(yīng)，例如，假信號(hào)。針對(duì)OFDM符號(hào)時(shí)間的功率測量可分離出帶內(nèi)幅度偏差。針對(duì)OFDM符號(hào)時(shí)間的頻率測量可以用來檢查頻率精度，分離出一個(gè)信息包內(nèi)一段時(shí)間的頻率漂移問題。

硬件構(gòu)造
針對(duì)MIMO測量的測試系統(tǒng)必須精確地模擬MIMO系統(tǒng)的工作，可以產(chǎn)生需要的信號(hào)頻率、幅度和相位，可以在測試設(shè)備（DUT）中捕獲和分析信號(hào)。測試系統(tǒng)必須支持采用的調(diào)制格式，并支持測試中的所有調(diào)制帶寬。對(duì)于測試信號(hào)產(chǎn)生過程，一個(gè)任意波形發(fā)生器或者矢量信號(hào)發(fā)生器（VSG）需要提供對(duì)產(chǎn)生實(shí)際測試信號(hào)的控制，而一臺(tái)矢量信號(hào)分析儀（VSA）可以作為測試接收機(jī)。為MIMO系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一切測試系統(tǒng)應(yīng)該能提供配對(duì)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)數(shù)量需要的測試信號(hào)源數(shù)量和信號(hào)分析儀數(shù)量，還應(yīng)該能滿足以后的升級(jí)需求。例如，吉時(shí)利公司提供的MIMO測試系統(tǒng)可從單一VSG和VSA升級(jí)到8×8信道系統(tǒng)，并可以靈活的對(duì)信號(hào)源和分析儀在那個(gè)范圍里面進(jìn)行配置。

如果多個(gè)信號(hào)源和分析儀的同步是MIMO測量中最基本的，那么這些儀器還需要一個(gè)普通的參考示波器。例如，在圖6所示的吉時(shí)利公司(www.keithley.com)的2×2 MIMO測量系統(tǒng)中，VSA和VSG設(shè)備需要專門的同步組件。這些組件提供一些通用的信號(hào)，例如，本地振蕩、通用時(shí)鐘和精確觸發(fā)，提供低的采樣和RF載波相位抖動(dòng)，這對(duì)于OFDM MIMO信號(hào)的精確和可重復(fù)測量是非常必要的。特別的，同步組件提供低于1°的峰峰值抖動(dòng)。

圖6 這個(gè)MIMO測試系統(tǒng)基于多通道向量信號(hào)發(fā)生器（VSG），向量信號(hào)分析儀（VSA），和由計(jì)算機(jī)控制工作的同步組件和客戶定制測量軟件

MIMO測試系統(tǒng)的有效和簡單使用也要同時(shí)依靠系統(tǒng)的測試軟件。隨著MIMO技術(shù)在無線通信系統(tǒng)中的不斷采用，實(shí)用測試軟件(off-the-shelf test software)在簡單化系統(tǒng)和信道測量中得到普遍采用。例如，吉時(shí)利公司的SignalMeisterRF通信測試工具包軟件Model 290101，提供了諸如WLAN 802.11n和WIMAX 802.16e Wave 2等MIMO應(yīng)用的復(fù)雜信號(hào)產(chǎn)生和信號(hào)分析能力。這個(gè)軟件包與吉時(shí)利公司的VSG、VSA和MIMO同步組件無縫配合，為復(fù)雜的通信系統(tǒng)組建了一個(gè)完整的測量系統(tǒng)。除了EVM和MIMO信道響應(yīng)測量，該軟件還可以應(yīng)對(duì)SISO系統(tǒng)的評(píng)估。

我們目前討論的測試和測量可以用來評(píng)估理想狀態(tài)下MIMO通信系統(tǒng)和系統(tǒng)中元器件的性能。不過在信號(hào)較弱的情況下MIMO系統(tǒng)的表現(xiàn)又該如何呢？在這種情況下，需要不同種類的測試類型，例如，信道模擬器。它提供了在信道削弱情形下MIMO系統(tǒng)和元器件的分析方法，這些削弱包括信號(hào)衰減、高斯白噪聲(AWGN)、信道串?dāng)_、甚至多普勒效應(yīng)――通常由車內(nèi)通信終端針對(duì)基站的移動(dòng)產(chǎn)生。

信道模擬器必須作為MIMO系統(tǒng)中的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，還必須具備削弱信號(hào)和增加延時(shí)等模擬真實(shí)世界環(huán)境的能力。一個(gè)合格的信道模擬器還提供軟件定義無線電模組，例如，WiMAX中的ITU M.1225 A和B。一個(gè)實(shí)用的信道模擬器必須超越被測系統(tǒng)的性能，并提供需要時(shí)用于生產(chǎn)測試的能力。模擬器還需要具有雙向功能，這樣既可以提供上行鏈路測試還能提供下行測試。通過另外提供互易校準(zhǔn)測試（calibrated reciprocal tests），模擬器對(duì)于采用波束成形技術(shù)的MIMO系統(tǒng)測試非常有用。最后，盡管本文舉的例子是針對(duì)2×2 MIMO系統(tǒng)的，但一個(gè)有效的信道模擬器還能支持4×4 MIMO系統(tǒng)，來實(shí)現(xiàn)各種MIMO系統(tǒng)的完整支持。例如，Azimuth系統(tǒng)公司(www.azimuthsystems.com)的ACE 400WB信道模擬器就是一個(gè)支持4×4 MIMO系統(tǒng)測試的雙向組件。