如何加快MIMO測試速度和降低測試成本

多入多出(MIMO)技術(shù)是指同時(shí)在發(fā)射機(jī)和接收端使用多根天線，以提高頻譜效率。該方法可以極大地改善無線局域網(wǎng)或者蜂窩技術(shù)，例如WiMAX或者LTE解決方案的性能。通過利用MIMO技術(shù)，用戶可以獲得直接范圍或者吞吐率等優(yōu)點(diǎn)。因此，MIMO在許多未來的無線通信系統(tǒng)中發(fā)揮重要的作用。但是，這些優(yōu)點(diǎn)并非完美無缺。一個(gè)MIMO系統(tǒng)需要多臺接收機(jī)和發(fā)射機(jī)，這會產(chǎn)生附加成本，并且增加系統(tǒng)復(fù)雜度。為了實(shí)現(xiàn)更好的性能，MIMO測試在進(jìn)行多信道測試時(shí)的要求更復(fù)雜、規(guī)范更嚴(yán)格、測試成本更高，所需要的測試時(shí)間也更長。

本文提供一些MIMO功率測量的要點(diǎn)及建議，能夠降低測試成本、縮短測試時(shí)間，以及提高測試精度。

MIMO系統(tǒng)中的信號在分配的時(shí)隙內(nèi)包含調(diào)制射頻信號的觸發(fā)信號，因此對功率測量的主要要求就是能夠精確、可重復(fù)和快速地測量觸發(fā)內(nèi)或者觸發(fā)門控部分的峰值、均值、峰值-均值功率比。仔細(xì)選擇適當(dāng)?shù)墓β蕼y量工具及方法，可以確保滿足嚴(yán)格的MIMO規(guī)范。

測量能力

市場上有多種功率測量工具可供使用。首先，我們必須確定需要什么測量功能，以便選擇適當(dāng)?shù)墓ぞ?。對于研發(fā)應(yīng)用，需要進(jìn)行高度復(fù)雜的分析，因此，我們需要可執(zhí)行各種測量功能的功率計(jì)。除常規(guī)的平均功率測量之外，峰值功率計(jì)通過查看功率計(jì)屏幕上的功率觸發(fā)包絡(luò)，可以測量觸發(fā)門控部分的峰值、均值或者峰值-均值功率比。

此外，用戶可以使用互補(bǔ)累計(jì)分布函數(shù)(CCDF)統(tǒng)計(jì)分析，以確保MIMO系統(tǒng)組件不會受到正交頻分復(fù)用(OFDM)信號高峰值功率的壓縮。這種功率計(jì)的一個(gè)良好示例就是安捷倫P系列功率計(jì)(參見圖1)。

另一方面，在制造測試中需要進(jìn)行較低復(fù)雜度的測量，并且通常只對觸發(fā)平均功率進(jìn)行簡單的pass/fail測試。制造商主要關(guān)心在最短時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)出產(chǎn)品，并保持低成本。在此情形下，簡單的低成本USB功率傳感器(例如安捷倫U2000系列)可能是提供經(jīng)濟(jì)高效和省時(shí)功率測量解決方案的理想選擇(參見表1)。

提高精度

MIMO測量的關(guān)鍵參數(shù)之一就是測量射頻觸發(fā)或者子幀過程中的信道功率。此參數(shù)測量僅在發(fā)送信號期間進(jìn)行，通常稱為觸發(fā)功率。為了獲得可重復(fù)和精確的觸發(fā)功率，捕捉穩(wěn)定、一致的觸發(fā)信號非常關(guān)鍵。

可用多種觸發(fā)方式進(jìn)行穩(wěn)定的捕捉。三種常見的功率計(jì)觸發(fā)方式包括：(1)被測設(shè)備(DUT)提供的外部觸發(fā)信號，(2)其他同步源或者(3)被測信號的幅度電平。

外部觸發(fā)源是最常用和首選的觸發(fā)機(jī)制，因?yàn)樗梢蕴峁┳顝?qiáng)健的觸發(fā)形式，以將該儀器采集的數(shù)據(jù)與所測量的射頻觸發(fā)信號同步。對于基站測量，可從基站本身獲得外部觸發(fā)源。而對于MIMO組件測量，可從提供激勵(lì)波形的信號發(fā)生器中獲得外部觸發(fā)信號。

一旦實(shí)現(xiàn)可靠的觸發(fā)，可用功率計(jì)捕捉穩(wěn)定的觸發(fā)信號。然后可配置功率計(jì)，以精確、可靠地捕捉整個(gè)觸發(fā)的峰值或者平均功率、前導(dǎo)功率或者空閑時(shí)間。

P系列功率計(jì)支持以上所有三種觸發(fā)方法，以高精度采集功率測量值，誤差小于0.2dB。對于U2000系列USB功率傳感器，需要使用外部觸發(fā)源捕捉OFDM信號高峰-均值功率比(PAPR)特性的觸發(fā)平均功率。與其它功率測量解決方案相比，可用這些傳感器獲得最適合的精度(參見圖2)。

多信道并行測試可縮短測試時(shí)間、降低測試成本

MIMO系統(tǒng)中發(fā)射機(jī)和接收機(jī)數(shù)目的增加會導(dǎo)致測試時(shí)間和測試系統(tǒng)復(fù)雜度的增加。由于測試成本與測試時(shí)間成正比，所以可將費(fèi)時(shí)的功率測試從昂貴的信號分析系統(tǒng)中分離出來，轉(zhuǎn)移到更具經(jīng)濟(jì)效益的功率測量系統(tǒng)。然后，可在兩個(gè)系統(tǒng)上進(jìn)行并行測試，以使多信道設(shè)備的測試時(shí)間和成本增加最小化。典型信號分析系統(tǒng)需要花費(fèi)30000多美元，而典型的高性能峰值功率計(jì)大約只花費(fèi)11000美元，同時(shí)擁有可提高M(jìn)IMO功率測量精度的附加優(yōu)點(diǎn)。

獲得更快的速度

現(xiàn)代功率計(jì)整合了各種配置，以優(yōu)化測量精度或速度。有三種常用方法可以優(yōu)化速度，其中每種方法各有自己的優(yōu)缺點(diǎn)：

最常用的方法就是默認(rèn)模式，該模式應(yīng)用正常的速度并根據(jù)測量的功率電平自動設(shè)置平均值數(shù)。本方法提供最佳精度和可重復(fù)性。測量速度取決于所選擇的平均值數(shù)，低功率測量的速度也較慢。通常，本方法相對于其他兩種方法而言，速度最慢。

可以使用帶有觸發(fā)計(jì)數(shù)命令的功率計(jì)緩沖存儲器實(shí)現(xiàn)更快的測量速度。功率計(jì)的存儲器通常填充最新測量數(shù)據(jù)，直到預(yù)定緩沖大小充滿為止。然后，用簡單的“提取”命令返回測量值。本方法相對于前面一種方法而言速度更快，但是由于處理的采樣數(shù)據(jù)更少，所以精度會稍微降低。

第三種方法提供最快的功率測量速度。由于采用雙通道二極管架構(gòu)，并完全在二極管IV曲線(電流-電壓特性曲線)的平方律區(qū)域內(nèi)運(yùn)行，所以功率計(jì)能夠?qū)⒂|發(fā)功率轉(zhuǎn)換為比例電壓波形，以快速地進(jìn)行信號處理。因此，功率計(jì)可提供極其快速和精確的觸發(fā)平均功率測量，每次讀數(shù)可小于10ms。

前兩種方法可用于P系列功率計(jì)，而最后一種方法可在U2000系列USB功率傳感器內(nèi)實(shí)施。

結(jié)論

安捷倫P系列功率計(jì)和U2000系列USB功率傳感器是一種理想的解決方案，可以滿足嚴(yán)格的MIMO功率測量需求。P系列提供最佳MIMO觸發(fā)功率測量精度，而U2000系列有助于降低成本和提高M(jìn)IMO測量速度。