基于多通道寬帶示波器的MIMO射頻測試調試

多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)通過(guò)使用多個(gè)天線(xiàn)傳輸兩路或四路數據流，為單個(gè)用戶(hù)數據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，64 QAM 2x2下行鏈路FDD MIMO和64 QAM 4x4下行鏈路FDD MIMO可分別提供高達172.8Mbps和326.4Mbps的峰值數據速率。但是，與單輸入單輸出（SISO）單個(gè)天線(xiàn)相比，實(shí)現雙通道或四通道MIMO將會(huì )增加復雜性，從而影響可能達到的峰值數據速率，而且硬件設計和實(shí)施方面的不利影響（例如天線(xiàn)串擾和定時(shí)誤差）有可能降低多天線(xiàn)技術(shù)可能帶來(lái)的性能增益。

　　另外，多天線(xiàn)技術(shù)的實(shí)現過(guò)于復雜，使得對硬件性能問(wèn)題進(jìn)行故障診斷和調試頗具難度；增加天線(xiàn)和數據流數量（從2x2 MIMO增加到4x4 MIMO）將進(jìn)一步增加調試的復雜程度。

　　本文主要討論天線(xiàn)串擾損害、相位噪聲和定時(shí)誤差對MIMO下行鏈路系統性能的影響，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制對硬件誤差矢量幅度（EVM）性能和系統級射頻發(fā)射機性能的影響。本文將以L(fǎng)TE作為研究對象，其概念也可應用到其他信號格式中，例如 Mobile WiMAX。

　　LTE MIMO參考信號和EVM

　　LTE MIMO交叉生成一個(gè)貫穿頻域和時(shí)域的已知信號，稱(chēng)為參考信號（RS）。該信號是恢復MIMO 信號的基礎，因為它允許每個(gè)接收天線(xiàn)針對各個(gè)發(fā)射機建立一個(gè)信號參考。圖1顯示了如何將參考信號的各個(gè)符號分配到兩個(gè)天線(xiàn)下行鏈路信號的子載波中。

　　如圖所示，y軸表示參考信號的子載波分配（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）兩方面查看天線(xiàn)0和天線(xiàn)1之間參考信號的變化。

　　圖 1――兩個(gè)天線(xiàn)的下行鏈路參考符碼的正交結構

　　誤差矢量幅度（EVM）是描述射頻發(fā)射機性能的重要系統指標。通過(guò)對RS EVM和復合EVM 進(jìn)行比較，不僅可以幫助工程師深入了解發(fā)射機硬件設計減損，還能夠幫助診斷天線(xiàn)串擾、放大器增益壓縮失真、相位噪聲和其他誤差機制等特定減損。

　　下面的案例將闡明如何利用RS EVM和復合EVM 來(lái)深入了解可能會(huì )影響系統性能誤差的減損類(lèi)型。該案例還將重點(diǎn)研究發(fā)射天線(xiàn)定時(shí)誤差對參考信號正交性的影響，并在解釋天線(xiàn)串擾、星座圖和EVM測量結果時(shí)，說(shuō)明如何考慮這種影響。

案例研究——MIMO下行鏈路射頻發(fā)射機測量

　　本案例研究中使用的四通道 MIMO 測試設置如圖 2 左側所示，它是由四個(gè)帶有任意波形發(fā)生器的安捷倫信號發(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 測量，因為它們提供時(shí)間相干多通道輸入、可測量射頻調制載波的寬帶寬，以及更深層的存儲器來(lái)分析多個(gè)數據幀，數據幀可通過(guò) Agilent 89600 矢量信號分析（VSA）軟件進(jìn)行解調。

　　使用VSA軟件和多通道寬帶示波器進(jìn)行基線(xiàn)四通道MIMO測量的結果如圖2右側所示。圖2左側顯示了兩層（共四層）空間多路復用數據的16 QAM 物理下行鏈路共享通道（PDSCH）星座圖（此處沒(méi)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(xiàn)測試案例的剩余復合EVM（VSA 顯示屏右下方）小于 0.8%，說(shuō)明0層和1層的星座圖狀態(tài)很清晰（VSA 顯示屏的左側）。