用多通道寬帶示波器進(jìn)行MIMO射頻測(cè)試

多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)通過使用多個(gè)天線傳輸兩路或四路數(shù)據(jù)流，為單個(gè)用戶數(shù)據(jù)傳輸速率的提升提供了可能性。例如，此前有介紹LTE的文章曾指出，64QAM2x2下行鏈路FDDMIMO和64QAM4x4下行鏈路FDDMIMO可分別提供高達(dá)172.8Mbps和326.4Mbps的峰值數(shù)據(jù)速率。但是，與單輸入單輸出(SISO)單個(gè)天線相比，實(shí)現(xiàn)雙通道或四通道MIMO將會(huì)增加復(fù)雜性，從而影響可能達(dá)到的峰值數(shù)據(jù)速率，而且硬件設(shè)計(jì)和實(shí)施方面的不利影響(例如天線串?dāng)_和定時(shí)誤差)有可能降低多天線技術(shù)可能帶來的性能增益。

    另外，多天線技術(shù)的實(shí)現(xiàn)過于復(fù)雜，使得對(duì)硬件性能問題進(jìn)行故障診斷和調(diào)試頗具難度；增加天線和數(shù)據(jù)流數(shù)量(從2x2MIMO增加到4x4MIMO)將進(jìn)一步增加調(diào)試的復(fù)雜程度。

    本文主要討論天線串?dāng)_損害、相位噪聲和定時(shí)誤差對(duì)MIMO下行鏈路系統(tǒng)性能的影響，以及采用了時(shí)間相干多通道示波器和89600矢量信號(hào)分析儀(VSA)軟件的故障診斷技術(shù)，希望能夠幫助工程師深入了解誤差機(jī)制對(duì)硬件誤差矢量幅度(EVM)性能和系統(tǒng)級(jí)射頻發(fā)射機(jī)性能的影響。本文將以LTE作為研究對(duì)象，其概念也可應(yīng)用到其他信號(hào)格式中，例如MobileWiMAX。

    LTEMIMO參考信號(hào)和EVM

    LTEMIMO交叉生成一個(gè)貫穿頻域和時(shí)域的已知信號(hào)，稱為參考信號(hào)(RS)。該信號(hào)是恢復(fù)MIMO信號(hào)的基礎(chǔ)，因?yàn)樗试S每個(gè)接收天線針對(duì)各個(gè)發(fā)射機(jī)建立一個(gè)信號(hào)參考。圖1顯示了如何將參考信號(hào)的各個(gè)符號(hào)分配到兩個(gè)天線下行鏈路信號(hào)的子載波中。

    如圖所示，y軸表示參考信號(hào)的子載波分配(每六個(gè)子載波)，x軸表示時(shí)間交叉。注意，從占用子載波和時(shí)間(符號(hào))兩方面查看天線0和天線1之間參考信號(hào)的變化。

圖 1兩個(gè)天線的下行鏈路參考符碼的正交結(jié)構(gòu)

    誤差矢量幅度(EVM)是描述射頻發(fā)射機(jī)性能的重要系統(tǒng)指標(biāo)。通過對(duì)RS EVM和復(fù)合EVM 進(jìn)行比較，不僅可以幫助工程師深入了解發(fā)射機(jī)硬件設(shè)計(jì)減損，還能夠幫助診斷天線串?dāng)_、放大器增益壓縮失真、相位噪聲和其他誤差機(jī)制等特定減損。

    下面的案例將闡明如何利用RS EVM和復(fù)合EVM 來深入了解可能會(huì)影響系統(tǒng)性能誤差的減損類型。該案例還將重點(diǎn)研究發(fā)射天線定時(shí)誤差對(duì)參考信號(hào)正交性的影響，并在解釋天線串?dāng)_、星座圖和EVM測(cè)量結(jié)果時(shí)，說明如何考慮這種影響。

    案例研究——MIMO下行鏈路射頻發(fā)射機(jī)測(cè)量

    本案例研究中使用的四通道 MIMO 測(cè)試設(shè)置如圖 2 左側(cè)所示，它是由四個(gè)帶有任意波形發(fā)生器的安捷倫信號(hào)發(fā)生器和一個(gè)安捷倫四通道Infiniium 90000A系列示波器組成。如下所示，多通道示波器非常適合雙通道和四通道 的MIMO 測(cè)量，因?yàn)樗鼈兲峁r(shí)間相干多通道輸入、可測(cè)量射頻調(diào)制載波的寬帶寬，以及更深層的存儲(chǔ)器來分析多個(gè)數(shù)據(jù)幀，數(shù)據(jù)幀可通過 Agilent 89600 矢量信號(hào)分析(VSA)軟件進(jìn)行解調(diào)。

    使用VSA軟件和多通道寬帶示波器進(jìn)行基線四通道MIMO測(cè)量的結(jié)果如圖2右側(cè)所示。圖2左側(cè)顯示了兩層(共四層)空間多路復(fù)用數(shù)據(jù)的16 QAM 物理下行鏈路共享通道(PDSCH)星座圖(此處沒有顯示第2和第3層)。VSA顯視屏的右上方顯示了射頻頻譜圖，VSA顯視屏的右下方顯示了誤差匯總表。注意，基線測(cè)試案例的剩余復(fù)合EVM(VSA 顯示屏右下方)小于 0.8%，說明0層和1層的星座圖狀態(tài)很清晰(VSA 顯示屏的左側(cè))。

圖 2使用 Agilent Infiniium 90000A 系列示波器進(jìn)行四通道 MIMO 測(cè)試設(shè)置和基線測(cè)量的結(jié)果

    多通道示波器和 VSA 軟件通常被用于兩通道或四通道中頻－射頻發(fā)射機(jī)/上變頻器硬件被測(cè)裝置(DUT)，以進(jìn)行MIMO測(cè)試。由于DUT不適于測(cè)試，因此需要使用 Agilent SystemVue仿真器建模具有仿真設(shè)計(jì)減損的四通道射頻發(fā)射機(jī)。每個(gè)發(fā)射機(jī)均由中頻/射頻帶通濾波器、LO 混頻器和功率放大器(PA)組成。功率放大器指定了10kHz頻率偏置時(shí)的LO相位噪聲以及1dB增益壓縮點(diǎn)。發(fā)射機(jī)的輸出端使用了定制模型子網(wǎng)，對(duì)天線串?dāng)_進(jìn)行建模，然后使用ESG接收機(jī)將仿真的IQ波形(包含仿真的設(shè)計(jì)減損)下載到四個(gè)ESG中，如圖3所示。

圖 3包括相位噪聲、PA 增益壓縮和天線串?dāng)_減損的仿真射頻發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)