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引言 隨著射頻設(shè)計(jì)者快速投入到支持長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE)手機(jī)無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)的新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，理解LTE的測(cè)試需求變得更加重要，因?yàn)樵摷夹g(shù)已經(jīng)越來(lái)越普遍。對(duì)于無(wú)線通信產(chǎn)業(yè)，這些改變幾乎與模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)變一樣重要，這需要新的測(cè)量測(cè)試儀器。本文介紹了LTE的概念以及測(cè)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，允許運(yùn)營(yíng)商越過(guò)其他已有的無(wú)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)。基于LTE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(shí)也稱之為4G。 測(cè)試挑戰(zhàn) LTE測(cè)試有兩個(gè)主要的挑戰(zhàn)：從單載波到多載波的OFDM調(diào)制信號(hào)以及從SISO(單輸入單輸出)到MIMO的信號(hào)傳輸流。 OFDM信號(hào)有多個(gè)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(hào)更加復(fù)雜。從各個(gè)方面測(cè)量這些信號(hào)對(duì)于確認(rèn)無(wú)線電通信的正確工作并在出問(wèn)題時(shí)快速診斷出問(wèn)題所在區(qū)域非常重要。例如，測(cè)量在整個(gè)頻道內(nèi)每個(gè)子載波的調(diào)制質(zhì)量，即EVM(誤差向量幅度) 測(cè)量，可探測(cè)出放大器、濾波器、頻率響應(yīng)波形，或窄帶干擾問(wèn)題。簡(jiǎn)單地說(shuō)，在覆蓋整個(gè)傳輸幀的整個(gè)時(shí)間段內(nèi)測(cè)量EVM分量，可探測(cè)出由放大器熱效應(yīng)、失效以及開(kāi)關(guān)或頻率引起的問(wèn)題。 OFDM信號(hào)較單載波信號(hào)具有更高的峰值-均值比(PAR)，這增加了發(fā)送級(jí)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(dòng)設(shè)備中使用不同的調(diào)制方法(SC-FDMA)來(lái)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(cè)量和測(cè)試儀器，來(lái)滿足對(duì)多信號(hào)流的測(cè)量。MIMO是商用無(wú)線電技術(shù)自從模擬過(guò)渡到數(shù)字傳輸以來(lái)最為重要的轉(zhuǎn)變之一。下一代無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)，如WiMAX、HSPA+和LTE都是基于MIMO的系統(tǒng)，也對(duì)商用通信設(shè)備的設(shè)計(jì)者提出了新的挑戰(zhàn)。因?yàn)橛脩粜枰嗟姆⻊?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(lái)增加發(fā)送機(jī)、接收機(jī)和單個(gè)設(shè)備上的天線的數(shù)量。 MIMO測(cè)量由復(fù)合多信號(hào)流數(shù)據(jù)通道和單信號(hào)流構(gòu)成。通過(guò)一系列新的測(cè)量幫助確定信號(hào)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(hào)流傳輸?shù)哪芰托亲鶊D。 典型的MIMO系統(tǒng)如圖1所示。 
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(cè)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(jì)在各種外部環(huán)境下的一致性能。信道在很多情況下都會(huì)使信號(hào)失真，如周?chē)矬w的反射會(huì)造成信號(hào)的多徑效應(yīng)，使一些信號(hào)在不同的時(shí)間到達(dá)接收機(jī)。多徑效應(yīng)引起幅度變?nèi)跫皶r(shí)間、相位延遲。越多的通道失真疊加到信號(hào)中，接收機(jī)算法就越有可能解析出原始的傳輸信號(hào)。如果發(fā)送機(jī)或接收機(jī)進(jìn)一步加入幅度、時(shí)間和相位誤差，信道將不能精確建模，符號(hào)就不能被有效分辨出來(lái)。 測(cè)試儀器 除了要確保高測(cè)量集成度，應(yīng)用于LTE的測(cè)試儀器還必須快速和靈活。SISO測(cè)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(cè)量并可升級(jí)支持八通道精確同步MIMO信號(hào)的信號(hào)發(fā)生器和分析儀組成的MIMO測(cè)試儀器將節(jié)省時(shí)間和成本。因?yàn)長(zhǎng)TE將與其他無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)，如GSM、W-CDMA和 WLAN在設(shè)備上一同工作，測(cè)試儀器就必須適應(yīng)多種標(biāo)準(zhǔn)，包括信號(hào)帶寬達(dá)到40MHz的非移動(dòng)電話標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)還需要具備時(shí)間和成本的優(yōu)勢(shì)。 針對(duì)LTE的下一代測(cè)試儀器將采用高速DSP技術(shù)來(lái)進(jìn)行信號(hào)處理，而不是沿用傳統(tǒng)的微處理器，這樣才可以快速的對(duì)高度復(fù)雜的多種無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。圖2所示為吉時(shí)利公司的4×4 MIMO射頻測(cè)試系統(tǒng)。
圖2 吉時(shí)利的4×4 MIMO射頻測(cè)試系統(tǒng) 對(duì)于波束成型，測(cè)試儀器需要有能力控制每個(gè)信號(hào)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(cè)量測(cè)試儀器，如信號(hào)源和分析儀，需要對(duì)本地振蕩器進(jìn)行相位校準(zhǔn)，并對(duì)參考頻率、D/A、A/D采樣率進(jìn)行時(shí)間校準(zhǔn)，來(lái)最小化它們對(duì)信道的影響。理想情況下，相位誤差小于1度，時(shí)間誤差小于1ns可帶來(lái)精確的結(jié)果。 結(jié)語(yǔ) LTE的逐漸普及對(duì)射頻設(shè)計(jì)者提出了前所未有的測(cè)試挑戰(zhàn)。信號(hào)更加復(fù)雜，需要新的和更廣闊范圍的測(cè)試。因此，測(cè)試儀器制造商必須設(shè)計(jì)出具備更高測(cè)量集成度和更大靈活性的儀器，來(lái)適應(yīng)這些新的測(cè)試需求，并幫助設(shè)計(jì)者節(jié)省時(shí)間、降低測(cè)試成本。 作者：吉時(shí)利儀器公司射頻市場(chǎng)總監(jiān) Mark Elo 來(lái)源:電子設(shè)計(jì)應(yīng)用2009年第11期 |
