滿足4G LTE的測試挑戰(zhàn)

　　引言

　　隨著射頻設(shè)計者快速投入到支持長期演進(jìn)(LTE)手機(jī)無線標(biāo)準(zhǔn)的新產(chǎn)品的開發(fā)過程中，理解LTE的測試需求變得更加重要，因?yàn)樵摷夹g(shù)已經(jīng)越來越普遍。本文介紹了LTE的概念以及測試工程師面臨的挑戰(zhàn)。

　　LTE是什么?

　　LTE是3GPP手機(jī)網(wǎng)絡(luò)定義的下一代無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，允許運(yùn)營商越過其他已有的無線接入技術(shù)提供同樣的應(yīng)用和服務(wù)，能實(shí)現(xiàn)非常高的數(shù)據(jù)率，為終端用戶提供顯著提升的用戶體驗(yàn)?；贚TE的網(wǎng)絡(luò)和基于正交頻分復(fù)用(OFDM)并采用多輸入多輸出(MIMO)的傳輸方式，有時也稱之為4G。

　　測試挑戰(zhàn)

　　LTE測試有兩個主要的挑戰(zhàn)：從單載波到多載波的OFDM調(diào)制信號以及從SISO(單輸入單輸出)到MIMO的信號傳輸流。

　　OFDM信號有多個子載波，互相之間精確排列并占用較寬的帶寬(達(dá)到20MHz)，較大多數(shù)射頻工程師熟悉的傳統(tǒng)單載波信號更加復(fù)雜。從各個方面測量這些信號對于確認(rèn)無線電通信的正確工作并在出問題時快速診斷出問題所在區(qū)域非常重要。例如，測量在整個頻道內(nèi)每個子載波的調(diào)制質(zhì)量，即EVM(誤差向量幅度)測量，可探測出放大器、濾波器、頻率響應(yīng)波形，或窄帶干擾問題。簡單地說，在覆蓋整個傳輸幀的整個時間段內(nèi)測量EVM分量，可探測出由放大器熱效應(yīng)、失效以及開關(guān)或頻率引起的問題。

　　OFDM信號較單載波信號具有更高的峰值-均值比(PAR)，這增加了發(fā)送級功率放大器增益壓縮引起誤碼的可能性。與WiMAX不同，LTE在移動設(shè)備中使用不同的調(diào)制方法(SC-FDMA)來進(jìn)行補(bǔ)償。但這增加了放大器的功率消耗，使基帶處理變得更加復(fù)雜并最終造成更多功耗。

　　MIMO

　　從SISO到MIMO的轉(zhuǎn)變需要新的測量和測試儀器，來滿足對多信號流的測量。MIMO是商用無線電技術(shù)自從模擬過渡到數(shù)字傳輸以來最為重要的轉(zhuǎn)變之一。下一代無線標(biāo)準(zhǔn)，如WiMAX、HSPA+和LTE都是基于MIMO的系統(tǒng)，也對商用通信設(shè)備的設(shè)計者提出了新的挑戰(zhàn)。因?yàn)橛脩粜枰嗟姆?wù)和更可靠的連接，今天的MIMO系統(tǒng)能提供更高的吞吐量或更廣范圍的覆蓋，然而這就需要新的技術(shù)，如波束成型，來增加發(fā)送機(jī)、接收機(jī)和單個設(shè)備上的天線的數(shù)量。

　　MIMO測量由復(fù)合多信號流數(shù)據(jù)通道和單信號流構(gòu)成。通過一系列新的測量幫助確定信號的質(zhì)量和MIMO系統(tǒng)的信道質(zhì)量，包括信道響應(yīng)、N×M MIMO發(fā)送機(jī)的單路空間流功率、矩陣情況、發(fā)射機(jī)分離多路信號流傳輸?shù)哪芰托亲鶊D。

　　典型的MIMO系統(tǒng)如圖1所示。

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　　圖1 在LTE系統(tǒng)中的典型MIMO系統(tǒng)

　　MIMO系統(tǒng)的性能依賴于信道的表現(xiàn)。因此發(fā)送機(jī)和接收機(jī)須采用多通道模型進(jìn)行測試，依靠預(yù)定義的標(biāo)準(zhǔn)和用戶定義的模型保證設(shè)計在各種外部環(huán)境下的一致性能。信道在很多情況下都會使信號失真，如周圍物體的反射會造成信號的多徑效應(yīng)，使一些信號在不同的時間到達(dá)接收機(jī)。多徑效應(yīng)引起幅度變?nèi)跫皶r間、相位延遲。越多的通道失真疊加到信號中，接收機(jī)算法就越有可能解析出原始的傳輸信號。如果發(fā)送機(jī)或接收機(jī)進(jìn)一步加入幅度、時間和相位誤差，信道將不能精確建模，符號就不能被有效分辨出來。

　　測試儀器

　　除了要確保高測量集成度，應(yīng)用于LTE的測試儀器還必須快速和靈活。SISO測量將持續(xù)在MIMO基礎(chǔ)架構(gòu)和用戶儀器上實(shí)現(xiàn)，可執(zhí)行SISO測量并可升級支持八通道精確同步MIMO信號的信號發(fā)生器和分析儀組成的MIMO測試儀器將節(jié)省時間和成本。因?yàn)長TE將與其他無線標(biāo)準(zhǔn)，如GSM、W-CDMA和WLAN在設(shè)備上一同工作，測試儀器就必須適應(yīng)多種標(biāo)準(zhǔn)，包括信號帶寬達(dá)到40MHz的非移動電話標(biāo)準(zhǔn)，同時還需要具備時間和成本的優(yōu)勢。

　　針對LTE的下一代測試儀器將采用高速DSP技術(shù)來進(jìn)行信號處理，而不是沿用傳統(tǒng)的微處理器，這樣才可以快速的對高度復(fù)雜的多種無線標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試。圖2所示為吉時利公司的4×4 MIMO射頻測試系統(tǒng)。

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　　圖2 吉時利的4×4 MIMO射頻測試系統(tǒng)

　　對于波束成型，測試儀器需要有能力控制每個信號源的幅度和相位，這樣才能在恰當(dāng)理解信道的基礎(chǔ)上建立需要的射頻輻射方向圖。

　　實(shí)際應(yīng)用中，精密的MIMO測量測試儀器，如信號源和分析儀，需要對本地振蕩器進(jìn)行相位校準(zhǔn)，并對參考頻率、D/A、A/D采樣率進(jìn)行時間校準(zhǔn)，來最小化它們對信道的影響。理想情況下，相位誤差小于1度，時間誤差小于1ns可帶來精確的結(jié)果。

　　結(jié)語

　　LTE的逐漸普及對射頻設(shè)計者提出了前所未有的測試挑戰(zhàn)。信號更加復(fù)雜，需要新的和更廣闊范圍的測試。