LTE設(shè)備和系統(tǒng)射頻特性的測(cè)量

對(duì)任何LTE設(shè)備制造商來(lái)說(shuō)，確保產(chǎn)品符合3GPP標(biāo)準(zhǔn)的要求非常重要，例如TS36.141基站一致性測(cè)試和TS36.521 UE一致性規(guī)范射頻傳輸與接收。然而，基于這些標(biāo)準(zhǔn)高效準(zhǔn)確地呈現(xiàn)諸如OFDM、MIMO和Layer1/2/3等通用射頻發(fā)射特性極具挑戰(zhàn)性。使用特定測(cè)試儀器并實(shí)現(xiàn)一定的測(cè)量過(guò)程可以控制測(cè)試成本，并有助于加速產(chǎn)品上市。

OFDM射頻測(cè)試

正交頻分復(fù)用(OFDM)以及使用高階64QAM調(diào)制要求收發(fā)模塊同時(shí)具有高線(xiàn)性、精準(zhǔn)相位和足夠幅值，以防止碼間干擾，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的IQ解調(diào)。為了測(cè)量這些特性，測(cè)試方案需要具備快速、自適應(yīng)的誤差矢量幅值(EVM)測(cè)量功能，以便在自適應(yīng)頻率通道使用期間跟蹤和測(cè)量信號(hào)?？梢韵葴y(cè)試每個(gè)副載波的“單個(gè)副載波”性能，然后再測(cè)試副載波組合點(diǎn)處的“復(fù)合”信號(hào)，這樣就得到了總體性能。

副載波必須具有強(qiáng)大的相位噪聲性能以防范載波之間的信號(hào)泄漏。OFDM的頻率映射和正交屬性要求一個(gè)載波的“零點(diǎn)”準(zhǔn)確地位于相鄰載波的峰值點(diǎn)。因此，為正確設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)，精確地測(cè)量每個(gè)副載波的相位線(xiàn)性度和幅值線(xiàn)性度就非常重要。

此外，還必須“逐個(gè)資源塊”地測(cè)量OFDM傳輸，以確定每個(gè)脈沖簇群的功率水平是否得以正確保持。每個(gè)單獨(dú)的“資源單元”都有特定的發(fā)射功率水平，且必須在整個(gè)資源塊準(zhǔn)確地測(cè)量這些功率水平。

由于具有兩個(gè)特點(diǎn)，EVM測(cè)量需仔細(xì)考慮 。一個(gè)是循環(huán)前綴(CP)，即在每個(gè)符號(hào)開(kāi)始處發(fā)射的一個(gè)短脈沖序列。它實(shí)際上是符號(hào)尾端的一個(gè)重復(fù)，并產(chǎn)生一個(gè)允許因多徑效應(yīng)導(dǎo)致的時(shí)延在傳輸路徑中延展的穩(wěn)定時(shí)間。如果在符號(hào)周期的開(kāi)始立即就進(jìn)行測(cè)試，則前一個(gè)符號(hào)的信號(hào)(碼間干擾或ISI)將破壞此次測(cè)量。

第二個(gè)是符號(hào)傳輸在起點(diǎn)和終點(diǎn)各有一個(gè)“斜坡”，以確保此處沒(méi)有大功率的脈沖串。必須對(duì)測(cè)量的符號(hào)周期進(jìn)行限制，以確保測(cè)量沒(méi)在“斜坡”時(shí)間段進(jìn)行。使用“滑動(dòng)FFT”技術(shù)可同時(shí)解決上述這兩個(gè)問(wèn)題，它可及時(shí)調(diào)整被測(cè)符號(hào)周期，從而提供最佳EVM值。

下面的測(cè)量可體現(xiàn)出斜坡效應(yīng)。左邊的波形沒(méi)有斜坡，因此每個(gè)符號(hào)間的開(kāi)/關(guān)很尖銳。這將導(dǎo)致較大的“由于開(kāi)關(guān)動(dòng)作引起的頻譜”發(fā)散，即圖1中所示超出期望系統(tǒng)帶寬的輸出頻譜的展寬，在本例中是5MHz。右邊是使能了斜坡的波形，所以符號(hào)間的開(kāi)/關(guān)就遠(yuǎn)非那么陡突。這樣可以明顯減少頻譜發(fā)散。為確保發(fā)射器輸出保持在分配的頻段范圍且不會(huì)干擾任何相鄰頻率，就需要這類(lèi)斜坡(也稱(chēng)為頻譜整形)。

圖1：斜坡效應(yīng)。

在MIMO系統(tǒng)中，必須徹底地理解天線(xiàn)到空中的耦合特征。MIMO鏈路的數(shù)據(jù)速率和性能取決于多副射頻天線(xiàn)相互間的耦合程度。為實(shí)現(xiàn)一個(gè)成功的MIMO系統(tǒng)，需要精確的天線(xiàn)路徑校準(zhǔn)、工廠校準(zhǔn)和現(xiàn)場(chǎng)安裝校準(zhǔn)。

基站發(fā)射天線(xiàn)陣列可以使用專(zhuān)門(mén)的相控陣列技術(shù)(如巴特勒矩陣)，以便精確控制每個(gè)天線(xiàn)路徑的相位/時(shí)序。這要求在電氣路徑長(zhǎng)度、耦合和來(lái)自?xún)啥说姆瓷涞确矫鎸?duì)射頻路徑進(jìn)行精確表征。表征數(shù)據(jù)再饋入MIMO自適應(yīng)算法來(lái)激活波束控制等功能。通常可以使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行天線(xiàn)路徑的完整表征。

在MIMO測(cè)試中，應(yīng)測(cè)量基帶處理部分和射頻的產(chǎn)生/規(guī)整，并且應(yīng)對(duì)兩者做功能和性能測(cè)試。另外，通過(guò)有意使用錯(cuò)誤信號(hào)執(zhí)行“負(fù)面測(cè)試”也很有用，這樣可確保這些錯(cuò)誤信號(hào)得到了正確處理或被拒絕。

在MIMO系統(tǒng)中， 計(jì)算從每副發(fā)射天線(xiàn)到每副接收天線(xiàn)的射頻路徑特性是有必要的。為此，系統(tǒng)必須能夠?qū)崟r(shí)地精確測(cè)量射頻路徑特性。這些算法被嵌入在具體MIMO系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，但它們都要求對(duì)已知信號(hào)的前導(dǎo)或?qū)ьl音進(jìn)行精確的相位和幅值測(cè)量。對(duì)測(cè)試環(huán)境來(lái)說(shuō)，它提出了兩個(gè)挑戰(zhàn)：

接收信號(hào)的測(cè)量精度 測(cè)試系統(tǒng)必須經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)以將測(cè)量本身系統(tǒng)的不確定性與被測(cè)MIMO系統(tǒng)的精度和不確定性分隔開(kāi)來(lái)。這樣受測(cè)試系統(tǒng)的影響最小，可以測(cè)到MIMO系統(tǒng)的真實(shí)特性。為此，測(cè)試環(huán)境必須產(chǎn)生參考信號(hào)，并以參考信號(hào)為基準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)量。測(cè)試方法需要通過(guò)調(diào)整參考信號(hào)質(zhì)量、檢查測(cè)量結(jié)果與產(chǎn)生的變化是否匹配來(lái)加以確認(rèn)。

射頻耦合 對(duì)于在性能測(cè)量、算法調(diào)整、集成與驗(yàn)證(IV)和生產(chǎn)質(zhì)量測(cè)試中使用的測(cè)試環(huán)境來(lái)說(shuō)，如果要得到絕對(duì)的性能指標(biāo)，那么天線(xiàn)間的射頻耦合就必須是被定義的、可重復(fù)的、已表征的。這要求使用具有完善信號(hào)發(fā)生功能的合適的衰減與多徑測(cè)試儀器以創(chuàng)建天線(xiàn)間的不同耦合。為此需要使用靜態(tài)信號(hào)(如基于信號(hào)發(fā)生器的參考信號(hào))進(jìn)行初始測(cè)試；使用基帶衰減仿真器進(jìn)行算法級(jí)操作正確性測(cè)試；使用射頻衰減仿真器進(jìn)行端到端的系統(tǒng)級(jí)測(cè)試。

數(shù)據(jù)模塊的MIMO編碼基于的是空間－時(shí)間塊編碼，其中實(shí)際數(shù)據(jù)編碼是同時(shí)基于空間(即哪副天線(xiàn))和時(shí)間(何時(shí)發(fā)射)的。MIMO的分集增益基于所發(fā)送數(shù)據(jù)的每個(gè)塊的空間與時(shí)間多樣性。因此，每副天線(xiàn)的時(shí)間規(guī)整性和天線(xiàn)間路徑的空間規(guī)整性是必須測(cè)量的。

MIMO分析要求對(duì)所用的信號(hào)處理和MIMO編碼算法進(jìn)行充分的測(cè)試和評(píng)估。這里采用了分步方法，其中MIMO算法的每個(gè)處理和反饋步驟都可以被隔離和測(cè)量。這些測(cè)試需要在受控環(huán)境中開(kāi)展，其中MIMO算法內(nèi)各部分的驗(yàn)證可以通過(guò)將其與參考狀態(tài)比較來(lái)完成。驗(yàn)證要求利用從發(fā)射器到接收器的射頻耦合以及在發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間得到的測(cè)量和反饋報(bào)告創(chuàng)建出已知狀態(tài)。

算法檢驗(yàn)不僅需要測(cè)試射頻空中接口，也需要純基帶級(jí)的測(cè)試。另外，要求精確控制基帶處理和射頻耦合。這通常是通過(guò)使用衰減仿真器和系統(tǒng)仿真器實(shí)現(xiàn)的。衰減仿真器提供一個(gè)受控的空中接口耦合，而系統(tǒng)仿真器提供一個(gè)受控的基帶環(huán)境(如用受控的UE測(cè)試基站，或用受控的基站測(cè)試UE)。

當(dāng)MIMO測(cè)試中包含衰減功能時(shí)，每條路徑的衰減必須被完整描述，然后再描述每個(gè)射頻路徑之間的相關(guān)性。在2x2 MIMO場(chǎng)合，共有4條路徑，分別以h11、h12、h21和h22表述。對(duì)MIMO來(lái)說(shuō)，在理想環(huán)境，不同射頻路徑是不相關(guān)的，因此處理算法可以將信號(hào)與每條路徑徹底分開(kāi)以充分提升數(shù)據(jù)速率。