目前，TD-LTE、FDD-LTE和LTE-Advanced(LTE-A)無(wú)線(xiàn)技術(shù)使用了幾種不同的多種輸入多路輸出(MIMO)技術(shù)。鑒于MIMO系統的復雜性正在日益提高，因此相關(guān)的測試方法也將更具挑戰性。例如，當前已部署的MIMO技術(shù)利用兩具天線(xiàn)來(lái)改善信道性能。還有一些LTE社區已率先開(kāi)始采用八天線(xiàn)技術(shù)來(lái)實(shí)現更高的性能。這些先進(jìn)的技術(shù)將使測試方法的選擇變得更為至關(guān)重要。

要想找到正確的方法，必須要充分理解每一版本的LTE所使用的天線(xiàn)技術(shù)。例如，波束是TD-LTE的一項關(guān)鍵特性。盡管它在某些場(chǎng)景下是一種極具吸引力的傳輸方案(例如開(kāi)放的鄉村地區或熱點(diǎn)覆蓋區)，但它并不總是最佳的方法。波束賦型可以提高蜂窩中接收信號的信噪比(SNR)，從而擴大覆蓋范圍或改善蜂窩邊緣區域的用戶(hù)體驗。它還可以從空間上對信號的范圍加以限制，從而將干擾降至最低。在信噪比充足的地區，波束賦型并不能使數據速率得到提高。

通過(guò)在空間上復用并發(fā)數據流，MIMO可以在低關(guān)聯(lián)、高信噪比信道條件下提高數據吞吐量。為了優(yōu)化MIMO數據速率，TD-LTE使用包含八具天線(xiàn)的組件。在圖1中，有四具天線(xiàn)(以藍色顯示)在物理上形成了角度相同的極化，而另外四具天線(xiàn)(以綠色顯示)則與前面的四具天線(xiàn)形成了物理正交的關(guān)系。
在傳統的性能測試中，天線(xiàn)模式，即一個(gè)天線(xiàn)陣列在每個(gè)方向上的信號增益，通常都會(huì )被忽視。這部分是因為，在傳統的單路輸入單路輸出(SISO)系統進(jìn)行的測試中，人們往往會(huì )假設天線(xiàn)都是全向的。但對于多數基站來(lái)說(shuō)，事實(shí)并非如此。信號強度的方向性在MIMO空間信道中發(fā)揮著(zhù)重要的作用，而在波束賦型應用中的作用則更為關(guān)鍵。因此，在測試八天線(xiàn)系統時(shí)，認真考慮天線(xiàn)的模式將是至關(guān)重要的。

為了發(fā)揮八天線(xiàn)陣列的全部?jì)?yōu)勢，LTE和LTE-A系統會(huì )使用雙層波束賦型，以及干擾抑制和合并(IRC)等接收機技術(shù)。使用IRC技術(shù)時(shí)，eNodeB基礎接收機站(BTS)使用從多種用戶(hù)設備收集到信息(通常是各噪音源之間的交叉共變)，從而以智能化的方式對噪音加以抑制。這類(lèi)方案會(huì )增加MIMO信道仿真的復雜性。此外，它們還會(huì )帶來(lái)如下的測試挑戰：

信道的數量：要想對一個(gè)波束賦型系統進(jìn)行測試，必須建立起MIMO信道。在TD-LTE中，上行和下行鏈路在特性上是相同的。在FD-LTE中，信道的關(guān)聯(lián)程度可能較高或較低–這要依頻率間隔或所觀(guān)察到的(Rayleigh衰減、陰影衰減等)衰減水平等因素的而定。在實(shí)驗室中為測試用途而創(chuàng )建的任何RF信道必須將這些細節考慮在內。

對于八天線(xiàn)系統來(lái)說(shuō)，此類(lèi)測試很明顯將涉及大量的RF信道。例如，一個(gè)8x2雙向MIMO信道就需要16個(gè)RF信道。在許多實(shí)驗室中，空間RF都是一個(gè)重要的因素。因此，提供這一能力可以大幅度增強能力，同時(shí)又不會(huì )導致測試平臺的規模出現不成比例的異常增長(cháng)。

此外，要想實(shí)現信道互易性，就要求對8x2雙向MIMO測試系統進(jìn)行相位校準，只有校準后才能對系統的波束賦型能力進(jìn)行測試。有效的相位調整和信道校準都是實(shí)現可靠和高效測試的關(guān)鍵因素。信道數量的這種增加還要求更RF硬件更密集地集成到系統中。如果不能有效集成，在有大量外側分離器、合并器和循環(huán)器等設備的條件下，精確和可靠地實(shí)現RF信道幾乎會(huì )成為一項不可能完成的任務(wù)。

先進(jìn)的信道建模：由于八天線(xiàn)LTE系統使用了先進(jìn)的天線(xiàn)技術(shù)，測試中所用的建模信道必須重現這些技術(shù)中所用信道的實(shí)際物理特性。如果在仿真結果中不能將所有的細節都囊括在內，則有可能建立不正確的基準，從而無(wú)法對真正的系統性能進(jìn)行評價(jià)。例如，極化會(huì )影響用戶(hù)設備接收到的信號功率。與無(wú)極化的案例相比，接收到的信號功率明顯較低。這種由于極化直接造成的損失取決于用戶(hù)設備與eNodeB天線(xiàn)陣列之間的相對方向。

天線(xiàn)模式也對信號強度有直接的影響。接收信號的功率會(huì )隨信號行進(jìn)方向的不同而有所變化。由于每種可能的場(chǎng)景都有一系列獨特的離去角(AoD)，因此功率也會(huì )隨方向的不同而有所變化。當天線(xiàn)模式和極化結合在一起時(shí)，這個(gè)問(wèn)題會(huì )變得更難應付。下表顯示的雙信道場(chǎng)景下不同組合造成的功率損失。表中的“X”代表一個(gè)交叉極化天線(xiàn)對，而豎線(xiàn)(||)代表的是無(wú)極化的天線(xiàn)組件。

動(dòng)態(tài)場(chǎng)景：對于一種波束賦型系統而言，僅在靜態(tài)(非移動(dòng))條件下進(jìn)行測試是遠遠不夠的。波束賦型基本上包含兩個(gè)步驟：估計用戶(hù)設備的方向，以及將波束指向該方向。當用戶(hù)設備移動(dòng)時(shí)，它(相對于eNodeB天線(xiàn)陣列)的方向也會(huì )改變。在理解系統性能的過(guò)程中，這種現象會(huì )帶來(lái)兩個(gè)基本的問(wèn)題：系統跟蹤用戶(hù)設備移動(dòng)的速度有多快，以及系統的性能會(huì )因此受到怎樣的影響？為了解答這些問(wèn)題，我們必須使用能夠代表實(shí)際運行條件的動(dòng)態(tài)場(chǎng)景來(lái)對波束賦型系統進(jìn)行測試。
[page]
八天線(xiàn)LTE測試方法

鑒于前文中所討論過(guò)的原因，行之有效的測試方法必須能夠應對所描述的這些挑戰：通過(guò)便攜機體尺寸提供數量較大的互易性RF信道、考慮到天線(xiàn)模式和極化的信道建模，以及在動(dòng)態(tài)(活動(dòng))場(chǎng)景中測試波束賦型的能力。雙向8×N系統測試所需的信道數量會(huì )帶來(lái)前所未有的挑戰。圖3顯示的是8x2雙向測試所用的現代系統圖示。傳統的信道仿真器可能占用一個(gè)40U機架，并且需要大量的外部RF硬件才能實(shí)現相同的信道場(chǎng)景。


隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，對測試系統的要求只會(huì )變得越來(lái)越具挑戰性，而且會(huì )變得越來(lái)越苛刻。實(shí)例之一就是雙層波束賦型應用，其中包含兩個(gè)從不同物理位置與同一eNodeB BTS通話(huà)的用戶(hù)設備。所需的測試拓撲結構中包含一個(gè)8×4雙向MIMO信道(也就是包含32個(gè)數字信道的16個(gè)RF信道)。另外一個(gè)實(shí)例就是IRC。要想對IRC進(jìn)行測試，需要eNodeB BTS，即本測試案例中的被測設備(DUT)，從一個(gè)“預期”的用戶(hù)設備和多個(gè)起干擾作用的用戶(hù)設備接收信號，而且測試中還會(huì )考慮到衰減的效應。

隨著(zhù)新技術(shù)的開(kāi)發(fā)和現有技術(shù)在高天線(xiàn)數MIMO系統中的部署，未來(lái)還會(huì )出現一些極具挑戰性的測試場(chǎng)景。例如，多用戶(hù)MIMO(MU-MIMO)并非什么新的測試。但在LTE的MIMO用戶(hù)設備條件下進(jìn)行的此類(lèi)測試則會(huì )帶來(lái)一些重大的挑戰，因為有多種復雜的技術(shù)都以“分層”的方式層疊在一起。在MU-MIMO中，系統會(huì )使用信號處理來(lái)發(fā)揮多用戶(hù)設備之間的空間差異特性。另外一個(gè)實(shí)例是LTE-A中的協(xié)同多點(diǎn)(CoMP)傳輸。當用戶(hù)設備連接至多個(gè)eNodeB BTS時(shí)(通常在重疊的蜂窩邊緣處)，該技術(shù)會(huì )對網(wǎng)絡(luò )冗余加以利用。

圖4顯示的是測試雙層波束賦型、MU-MIMO和集成雙向MIMO信道的CoMP時(shí)的典型袖珍設置。集成式解決方案的信道密度所發(fā)揮的作用遠不止于在有限的實(shí)驗室空間中應對大量RF信道的挑戰。在相信校準和穩定性方面，它也是一種穩定得多的平臺。


幾何信道模型

當需要對LTE和LTE-A系統的先進(jìn)天線(xiàn)技術(shù)進(jìn)行測試時(shí)，基于關(guān)聯(lián)的傳統MIMO信道建模就已經(jīng)無(wú)法勝任了。這種傳統的建模方法無(wú)法捕獲MIMO信道的空間特性或前文所討論過(guò)的先進(jìn)天線(xiàn)技術(shù)的效果。

多數基于關(guān)聯(lián)的MIMO信道建模都建立在一項假設的基礎之上，即信號離開(kāi)發(fā)射天線(xiàn)時(shí)是全方向的，而且以同樣的方式到達接收天線(xiàn)。4但在MIMO波束賦型中，實(shí)際情況并非如此。

為解決這一問(wèn)題，研究人員們提出了一種全新的信道建模方法，即所謂的幾何信道建模(GCM)。在GCM中，從發(fā)射天線(xiàn)到接收天線(xiàn)的每條信號路徑都從幾何上受到追蹤，并且合并在一起而形成了信道。這種方法從本質(zhì)上為天線(xiàn)模式和極化提供了支持。由于具體了這些特質(zhì)，GCM已被選定對下一代無(wú)線(xiàn)技術(shù)進(jìn)行評估。

實(shí)時(shí)衰減

實(shí)時(shí)衰減方法可以實(shí)時(shí)生成信道數據，而不是預先計算出的數據，同時(shí)還可以從緩存存儲內容中對其加以回放。推動(dòng)實(shí)時(shí)衰減有兩項主要的動(dòng)力：創(chuàng )建真正的動(dòng)態(tài)場(chǎng)景并且實(shí)現試驗和查錯式的研發(fā)故障查找。在動(dòng)態(tài)或移動(dòng)場(chǎng)景中，信道參數會(huì )隨時(shí)間而改變。實(shí)時(shí)衰減使測試人員可對信道參數編制腳本，從而對信道的動(dòng)態(tài)加以模仿。利用實(shí)時(shí)衰減引擎，為波束賦型測試創(chuàng )建不同類(lèi)型用戶(hù)設備移動(dòng)的工作將會(huì )變得非常簡(jiǎn)潔而直觀(guān)。

在研發(fā)測試中，需要具備控制信道來(lái)實(shí)現故障查找的靈活能力。利用幾何信道建模和實(shí)時(shí)衰減能力，工程師能夠對一項或多項信道參數進(jìn)行調節，并且立即獲得響應。這種“實(shí)驗和查錯式的故障查找”方法在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中是通用的，而且已經(jīng)廣泛用于各類(lèi)系統測試中。

由于整個(gè)行業(yè)都在為實(shí)現更新的無(wú)線(xiàn)應用而追求更高的數據速率，所用的天線(xiàn)數量和先進(jìn)天線(xiàn)技術(shù)的復雜性都必然會(huì )與日俱增。這種趨勢將對包含先進(jìn)天線(xiàn)技術(shù)的LTE和LTE-A測試構成巨大的挑戰。因此，新的方法和新的測試場(chǎng)景思維方式都將是不可或缺的。

八天線(xiàn)系統可以將2x2 MIMO系統所用的信道數量提高至原有水平的四倍。但研究人員已經(jīng)開(kāi)始探討天線(xiàn)組件數量為2x2系統的8倍的技術(shù)。如果在實(shí)驗室中重現互易式高天線(xiàn)數測試場(chǎng)景，將會(huì )面臨空間和其它資源方面諸多的嚴重制約。與傳統的信道建模相比，新興的先進(jìn)天線(xiàn)技術(shù)也會(huì )帶來(lái)新的挑戰。當測試人員需要完整理解系統的性能時(shí)，在動(dòng)態(tài)場(chǎng)景中對系統進(jìn)行測試是必不可少的。

能夠應對這些挑戰的有效測試方法必須使用可支持各種先進(jìn)天線(xiàn)技術(shù)的幾何信道建模。它還必須能夠以實(shí)時(shí)方式運行動(dòng)態(tài)場(chǎng)景。最后，這種測試方法還必須能夠可靠、高效地創(chuàng )建八天線(xiàn)系統中雙向MIMO信道的所有細節，而且必須在小巧便攜的設備規格內實(shí)現所有這些功能。

相關(guān)閱讀：
TD-LTE系統干擾分析
http://zzmyjiv.cn/rf-art/80013330
下半年市場(chǎng)需求將趨強勁，TD-LTE是主要推動(dòng)力
http://zzmyjiv.cn/rf-art/80020111
LTE智能手機差異化設計點(diǎn)：基帶平臺
http://zzmyjiv.cn/gptech-art/80019721
LTE手機叫好不叫座 發(fā)展4G需先打好3G攻堅戰
http://zzmyjiv.cn/rf-art/80012678