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），I/O不平衡（偏移的圓點）和相位噪聲（圓點變成了圓環(huán)）

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

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

圖4 X-Y圖示表明了MIMO信道子載波的正交性，標示了子載波的情況

信道響應測量顯示了子載波的平坦度，這是子載波。例如一個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從第一個發(fā)射機（Tx0）到第一個接收機（Rx0）的功率；上面的紅色軌跡顯示了信號從第二個發(fā)射機（Tx1）到第二個接收機（Rx1）的功率；藍色軌跡顯示了信號從第一個發(fā)射機（Tx0）到第二個接收機（Rx1）的功率；下面的紅色軌跡顯示了信號從第二個發(fā)射機（Tx1）到第一個接收機（Rx0）的功率。對應子載波的功率電平指出了信道平坦度，主要信號和間接信號的區(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)射機和接收機用同軸電纜連接來進行。

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

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

硬件構造
針對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)生需要的信號頻率、幅度和相位，可以在測試設備（DUT）中捕獲和分析信號。測試系統(tǒng)必須支持采用的調制格式，并支持測試中的所有調制帶寬。對于測試信號產(chǎn)生過程，一個任意波形發(fā)生器或者矢量信號發(fā)生器（VSG）需要提供對產(chǎn)生實際測試信號的控制，而一臺矢量信號分析儀（VSA）可以作為測試接收機。為MIMO系統(tǒng)設計的一切測試系統(tǒng)應該能提供配對發(fā)射機和接收機數(shù)量需要的測試信號源數(shù)量和信號分析儀數(shù)量，還應該能滿足以后的升級需求。例如，吉時利公司提供的MIMO測試系統(tǒng)可從單一VSG和VSA升級到8×8信道系統(tǒng)，并可以靈活的對信號源和分析儀在那個范圍里面進行配置。

如果多個信號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普通的參考示波器。例如，在圖6所示的吉時利公司(www.keithley.com)的2×2 MIMO測量系統(tǒng)中，VSA和VSG設備需要專門的同步組件。這些組件提供一些通用的信號，例如，本地振蕩、通用時鐘和精確觸發(fā)，提供低的采樣和RF載波相位抖動，這對于OFDM MIMO信號的精確和可重復測量是非常必要的。特別的，同步組件提供低于1°的峰峰值抖動。

圖6 這個MIMO測試系統(tǒng)基于多通道向量信號發(fā)生器（VSG），向量信號分析儀（VSA），和由計算機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依靠系統(tǒng)的測試軟件。隨著MIMO技術在無線通信系統(tǒng)中的不斷采用，實用測試軟件(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應用的復雜信號產(chǎn)生和信號分析能力。這個軟件包與吉時利公司的VSG、VSA和MIMO同步組件無縫配合，為復雜的通信系統(tǒng)組建了一個完整的測量系統(tǒng)。除了EVM和MIMO信道響應測量，該軟件還可以應對SISO系統(tǒng)的評估。

我們目前討論的測試和測量可以用來評估理想狀態(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，這些削弱包括信號衰減、高斯白噪聲(AWGN)、信道串擾、甚至多普勒效應――通常由車內(nèi)通信終端針對基站的移動產(chǎn)生。

信道模擬器必須作為MIMO系統(tǒng)中的發(fā)射機和接收機，還必須具備削弱信號和增加延時等模擬真實世界環(huán)境的能力。一個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。一個實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測試（calibrated reciprocal tests），模擬器對于采用波束成形技術的MIMO系統(tǒng)測試非常有用。最后，盡管本文舉的例子是針對2×2 MIMO系統(tǒng)的，但一個有效的信道模擬器還能支持4×4 MIMO系統(tǒng)，來實現(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支持4×4 MIMO系統(tǒng)測試的雙向組件。