八通道信號(hào)分析系統(tǒng)應(yīng)對(duì)TD-LTE雙流波束賦形測(cè)試挑戰(zhàn)

雙流波束賦形概念在 3GPP Release9 的 LTE 標(biāo)準(zhǔn)中提出來，同時(shí)也是 TD-LTE 標(biāo)準(zhǔn)中最為重要的關(guān)鍵技術(shù)之一。它的提出，主要是為了解決多天線條件下，如何有效提升系統(tǒng)吞吐率，以及在 TD-LTE 同頻組網(wǎng)情況下，如何解決小區(qū)邊緣用戶由于同頻干擾而導(dǎo)致吞吐率下降的難題。本文將在闡述雙流波束賦形原理的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)講述 TD-LTE 雙流波束賦形技術(shù)的測(cè)試難點(diǎn)和挑戰(zhàn)，并詳細(xì)介紹安捷倫公司針對(duì)該技術(shù)特點(diǎn)而最新推出的八通道雙流波束賦形測(cè)試解決方案。

一、基本原理闡述

在 3GPP release9 的 LTE 標(biāo)準(zhǔn)中，新增加了一個(gè)傳輸模式 8，也就是業(yè)界通常提到的 TM8 (Transmission Mode 8)。在這種模式下，eNB 端可以發(fā)送單流的port7 或 port8 的下行信號(hào)，也可以發(fā)送同時(shí)包含 port7 和 port8 的下行信號(hào)，也就是我們這里提到的雙流波束賦形。

實(shí)際上，波束賦形技術(shù)本身，并不是一個(gè)新鮮的概念。這個(gè)概念早已經(jīng)在雷達(dá)、航空航天以及太陽能系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。從本質(zhì)上，波束賦形是一種多天線技術(shù)，通過對(duì)每個(gè)天線的發(fā)送信號(hào)在幅度和相位上進(jìn)行加權(quán)，從而使得各天線進(jìn)行相長(zhǎng)相干或是相干相消，以使發(fā)送的信號(hào)具有空間選擇性。

下圖是在不同的天線數(shù)目情況下，仿真得到的賦形效果圖 :

目前 TD-LTE 產(chǎn)業(yè)界普遍采用 8 天線的方法實(shí)現(xiàn)波束賦形，從 release8 標(biāo)準(zhǔn)中提出單流波束賦形，到目前 release9 提出的雙流波束賦形，對(duì)應(yīng)的實(shí)現(xiàn)方式和實(shí)現(xiàn)效果如下圖所示 :

TD-LTE 的 eNB 端，無論是實(shí)現(xiàn)單流還是雙流波束賦形，幾乎無一例外地采用了 8 天線技術(shù)，其實(shí)現(xiàn)方式如下框圖所示 :

從上圖不難看出，在信號(hào)生成到發(fā)射的流程中，3GPP 對(duì)此都做了嚴(yán)格的規(guī)定，而對(duì)于波束賦形部分，標(biāo)準(zhǔn)中并未強(qiáng)制規(guī)定采用何種加權(quán)矩陣和算法，因此，各個(gè)廠商在具體的實(shí)現(xiàn)方法上均不盡相同。這也對(duì)后續(xù)的測(cè)試提出了一定的要求和挑戰(zhàn)。

二、目前業(yè)內(nèi)的主流測(cè)試方法及主要問題

與傳統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式不同，TD-LTE 的雙流波束賦形在實(shí)現(xiàn)上采用了 8 天線技術(shù)，同時(shí)又利用了LTE 標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于MIMO 的相關(guān)概念，因而其測(cè)試難度也顯著增加。目前，大多數(shù)的廠商在做系統(tǒng)級(jí)驗(yàn)證時(shí)大多采用的如下所示的方法 :

由上圖所示，經(jīng)過校準(zhǔn)的 8 根天線上的射頻信號(hào)通過一個(gè)配置為 8x2MIMO 的信道仿真器，將兩路輸出信號(hào)發(fā)送至 UE 終端，UE 根據(jù)信道條件和自身測(cè)量結(jié)果，會(huì)將對(duì)信道的反饋信息 ( 如 CQI,RI 等 ) 再通過另外一臺(tái)配置為 2x8 MIMO 的信道仿真器將 8 路信號(hào)回傳至 eNB 的 8 根接收天線。最終，雙流波束賦形的效果將從 UE 終端的吞吐率結(jié)果得以驗(yàn)證。

對(duì)于 eNB 端測(cè)試而言，上述測(cè)試方法有如下幾個(gè)疑問需要進(jìn)一步解決 :
1) 賦形效果的好壞只是通過唯一的吞吐率結(jié)果給出，如果 UE 測(cè)得的吞吐率結(jié)果不符合預(yù)期，如何定位問題所在 ?

2) eNB 端的 BBU 算法工程師可以從基帶數(shù)據(jù)繪出預(yù)期的波束賦形效果圖，而信號(hào)一旦經(jīng)過 RRU 之后，如何從空口直接觀測(cè)到實(shí)際賦形效果 ? 換言之，如何驗(yàn)證每根天線上的加權(quán)系數(shù)是否符合預(yù)期，并且驗(yàn)證 RRU 端的校準(zhǔn)過程準(zhǔn)確無誤 ?

3) 雙流波束賦形引入了兩個(gè)新的天線端口 port7 和 port8，如何有效測(cè)得每個(gè)端口的實(shí)際工作狀態(tài)，包括 EVM, 星座圖，RB 分配情況，DCI 解碼信息，CRC 檢驗(yàn)結(jié)果等。

4) 當(dāng)出現(xiàn)測(cè)試結(jié)果與預(yù)期結(jié)果不相吻合時(shí)，如何利用第三方工具定位問題出在 eNB 端的實(shí)現(xiàn)上還是信道仿真器的配置上 ?

安捷倫公司最新推出的 8 通道信號(hào)分析系統(tǒng) N7109A，配合功能強(qiáng)大的89601B VSA TD-LTE 信號(hào)分析選件，完美解決了以上難題，為 eNB 研發(fā)工程師提供了一套實(shí)用的分析工具。

三、安捷倫最新推出的八通道雙流波束賦形方案介紹

如圖所示，基于安捷倫 8 通道的 TD-LTE 雙流波束賦形解決方案，將信號(hào)直接從 eNB 的耦合盤通過功分器引出 ( 另外一路則正常通過信道仿真器 )，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)純凈的未經(jīng)過衰落的 eNB 發(fā)射信號(hào)進(jìn)行解調(diào)解碼分析，以可視化的形式給出賦形效果圖。

與此同時(shí)，該方案也可在研發(fā)早期階段，進(jìn)行半實(shí)物仿真時(shí)定位分析問題。此時(shí)測(cè)試系統(tǒng)搭建上則更為簡(jiǎn)單，直接將 8 根射頻線纜送入 8 通道N7109A 即可。

下面，就一個(gè)實(shí)測(cè)結(jié)果做一個(gè)簡(jiǎn)要分析 :
以上是安捷倫 89601B VSA 軟件分析得到的一個(gè)測(cè)試實(shí)例截圖。由于測(cè)試的是雙流波束賦形，所以給出每層 (layer) 的 EVM，星座圖，資源塊分配以及CRC 檢驗(yàn)結(jié)果。

更為有效直觀的顯示結(jié)果，是每路天線上的加權(quán)系數(shù)，以及最終繪得的實(shí)際天線賦形效果圖。圖中用不同顏色區(qū)分了不同用戶，并且用藍(lán)色繪出廣播信道的賦形效果。不僅如此，通過改變賦形效果圖的坐標(biāo)系，還可以方便讀取出每組天線賦形后的波束方向角度以及賦形增益。